数显仪表*概 述

　　数显仪表，全称为数字显示仪表，即数字式面板表(DIGITAL PANEL METER)的简称，一般采用LED数码管显示，也有LCD液晶显示的，用作工业信号的测量、监测、控制、调节、变送、远程通讯。它一般是由模数转换、非线性补偿及标度变换三大部分组成。数字式显示仪表是一种具有模/数转换器并以十进制数码形式显示被测变量值的仪表，它与各种传感器、变送器配套，可以显示出各种不同的参数，实现了对温度、压力、液位、容量、力等物理量的测量显示、调节、报警控制、数据采集和记录，其适用范围非常广泛。与模拟显示仪表相比，数字式仪表具有精度高、功能全、速度快、抗干扰能力强等优点，它体积小、耗电低、读数直观，且能将测量结果以数字形式输入计算机，以而实现生产过程自动化。

　　数显仪表采用专用的集成仪表芯片，测量输入及变送输出采用数字校正及自校准技术，测量**稳定，消除了温漂和时漂引起的测量误差。本系列仪表采用了表面贴装工艺，并设计了多重保护和隔离设计，并通过EMC电磁兼容性测试，抗干扰能力强、可靠性高，具有很高的性价比。

　　但是，数显仪表在石油和化工领域的广泛应用中或试验现场使用时的条件常常是很复杂的，周围存在大量强交变磁场、电场、振动、热噪声、强辐射、温度效应、动力电源等，都有可能影响检测数据的正确采集和生产过程的自动控制而成为干扰源。这些与被测信号无关的电压或电流以多种形式耦合加载到检测、控制、显示设备，使信号采集失准、记录显示失真、被测参数有用信号质量下降、自动控制不能及时进行，甚至操作失控，直接影响正常生产、产品质量和经济效益的提高。这些干扰(扰动)大多很难改变，但设法加以有效抑制却十分必要。

　　数显仪表*构成及原理

　　数显仪表是以电信号为输入量，直接用数字显示被测量。实现数字显示的关键是通过A/D转换装置把连续变化的模拟量变换成断续的数字量。在生产中要求显示仪表反映的显示值是被测参数的函数，并且要求能自动地补偿其它干扰因素，这些函数关系有些是线性的，但多数是非线性的。为了将被测参数能以***的形式显示出来，对于显示仪表，需要将被测参数进行一些必要的运算、处理及非线性补偿，同时补偿其它参数对被测参数的影响。

　　在A/D转换中，采用一定的计量单位使连续变化的模拟量整量化，得到近似的断续的数字量。计量单位越小整量化的误差也就越小，A/D 转换装置的频率响应、前置放大的稳定性等也越高，数字量就越接近于连续量本身的值。这一过程是通过双积分型、电压频率转换型、脉冲宽度调制型及逐次比较电压反馈编码型等A/D转换器来实现的。非线性补偿或标度变换是对检测来的信号进行必要的运算，使数字式显示仪表能以被测参数的直接数字表达出来。模拟式非线性补偿通过改变运算放大器的放大倍数来补偿不同范围的输入电压，而数字式非线性补偿则是先把被测参数的模拟量经过A/D转换成数字量后再进入非线性补偿环节，具有精度高、通用性强的优点，随着电子数字计算机的发展，标度变换及非线性补偿任务由计算机来完成。

　　数显仪表按工作原理分为：不带微处理器和带微处理器的。其原理框图如图1所示。

　　不带微处理器的仪表，通常用运算放大器和中、大规模集成电路来实现;带微处理器的仪表，是借助软件的方式来实现原理框图中的有关功能。

　　不带微处理器的数显仪表一般应具备模数转换，非线性补偿及标度变换三大部分，这三部分又各有很多种类，三者间相互巧妙的组合，可以组成适应于各种不同要求场合的数字式显示仪表。尽管数字仪表的品种繁多，原理各不相同，但其基本构成形式可由图2所示的主要环节组成。模一数转换器是数字仪表的核心，以它为中心，将仪表分为模拟和数字两大部分。

　　仪表的模拟部分一般设有滤波、前置放大器和模拟开关等环节。来自传感器或变送器的统一电量信号一般都比较微弱，并且包含着在传输过程中产生的各种干扰成分，因此在将其转换成数字量之前，首先要进行滤波和放大。前置放大器就是用来提高仪表的灵敏度、输入阻抗及信号的信噪比。

　　仪表的数字部分一般由计数器、译码器、时钟脉冲发生器、驱动显示电路以及逻辑控制电路组成。被放大的模拟信号有模-数转化器转换成相应的数字量后，经译码、驱动，送到显示器件中进行数字显示。也可送到报警系统和打印系统中去，进行报警和记录打印 。在需要的时候，亦可将测量结果以数码形式输出，供计算机数据处理之用。

　　在数字仪表中，逻辑控制电路起着指挥整个仪表各部分协调工作的作用。它是数字仪表中不可缺少的环节之一。

　　另外，高稳定的基准电源和工作电源也是数字仪表的重要组成部分。

　　数字仪表的出现和发展是与计算机技术、电子技术等现代技术的发展紧密相关的，它的优越性和广泛的应用使传统的模拟仪表受到严重挑战。目前出现的一种新型、采用固体电路和模拟显示的面板表一光柱式(条图式)仪表就兼有数字和模拟式仪表的优点。

　　数显仪表*性能特点

　　1、 专用的集成仪表芯片，具备更为可靠的抗干扰性及稳定性。

　　2、 万能信号输入，通过菜单设置即可配接常用热工信号。

　　3、 可在线修改显示量程、变送输出范围、报警值及报警方式。

　　4、 软、硬件结合的抗干扰模式，有效抑制现场干扰信号。

　　5、 数字化校准技术，无电位器等可调部件。

　　6、 热电偶冷端温度及热电阻引线电阻自动补偿。

　　7、 可对外接的二、三线制变送器提供配电功能。

　　8、 具备光电隔离的变送输出功能。

　　9、 具备光柱模拟显示功能。

　　10、具备RS232或RS485通讯功能，与上位机连接可构成数据采集系统及控制系统。

　　11、 具备六个继电器报警(该功能仪表需单独订购)。

　　数显仪表*技术指标

　　1、 显示方式：以双排或单排四位LED显示测量值(PV)和设定值(SV)，以单色或双色光柱进行测量值百分比的模拟显示。

　　2、 显示范围：-1999～9999。

　　3、 测量准确度：±0.2%FS±1字或0.5%FS±1字;±0.1%FS±1字(需特殊订制)。

　　4、 分 辨 率：末位一个字。

　　5、 输入信号：

　　热 电 偶: K、E、S、B、J、T、R、N;冷端温度自动补偿范围0～50℃，补偿准确度±1℃。

　　热 电 阻：Pt100、Cu100、Cu50、BA2、BA1;引线电阻补偿范围≤15Ω。

　　直流电压：0～20mV、0～75mV、0～200mV、0～5V、1～5V;0～10V(订货时需指定，与其他信号不兼容)。

　　直流电流：0～10mA、0～20mA、4～20mA 。

　　线性电阻：0～400Ω(远传压力表)。

　　频 率：0.1Hz-10KHz。(该功能需单独指定，与其它信号不兼容输入)。

　　6、 变送输出准确度：同测量准确度。

　　7、 模拟输入阻抗：电流信号Ri=100Ω;电压信号Ri=500KΩ。

　　8、 模拟输出负载能力：

　　电流信号：4～20mA输出时Ro≤750Ω;0～10mA输出时Ro≤1.5KΩ。

　　电压信号：要求外接仪表的输入阻抗Ri≥250KΩ，否则不保证连接外部仪表后的输出准确度。

　　9、 配电输出：DC24±2V 30mA。

　　10、 报警方式：1-4路报警控制(下下限SP4、下限SP2、上限SP1、上上限SP3)，LED指示。

　　11、 报警精度：±1字。

　　12、 保护方式：输入回路断线、输入信号超/欠量程报警。

　　13、 通讯方式：RS232或RS485 。

　　14、 通讯距离：1km。

　　15、 设定方式：面板轻触式按键数字设定，设定值断电**保存。

　　16、 使用环境温度：-10～55℃;环境湿度：10～90%RH。

　　17、 耐压强度: 输入/输出/电源/通讯 ≥1000V.AC 1分钟。

　　18、 绝缘阻抗: 输入/输出/电源/通讯 ≥100MΩ。

　　19、 电 源：开关电源：交流：85～265V，频率： 50Hz/60Hz;

　　20、 线性电源：交流：220V±10V，频率： 50Hz±2Hz;

　　21、 直流电源：24V±2V。

　　22、 功 耗：<5W。

　　数显仪表*技术参考标准

　　1. 显示位数

　　以十进制测量被测变量值的位数称为显示位数。能够显示“0~9”上的数字为“满位”：仅显示或不显示的数字位，称为“半位”或“1/2位”。

　　2. 仪表的量程

　　仪表标称范围的上、下限之差的模，称为仪表的量程。量程有效范围上限值成为满度值。例如XMZ-101数字式温度仪表，测量范围30~180℃，其量程为150℃，满度值为180℃。

　　3. 精度

　　目前数字式显示仪表的精度表示方法有三种：满度的±a%±n字、读数的±a%±n字、读数的±a%±满度的b%。系数n是显示仪表读数*末一位数字的变化，一般n=1.这是由于把模拟量转换成数字量的过程中至少要产生±1个量化单位的误差，它和被测量无关。显然，数字仪表的位数越多，这种量化所造成的相对误差就越小。

　　4. 分辨力和分辨率

　　数字仪表的分辨力是指末位数字改变一个字所对应的被测变量的*小变化值。它表示了仪表能够检测到的被测量*小变化的能力。数字式显示仪表在不同量程下的分辨力是不同的，通常在*低量程上有*高的分辨力，并以此作为该仪表的分辨力指标。

　　分辨率指仪表现实的*小数值与*大数值之比。

　　5. 输入阻抗

　　数字式显示仪表是一种高输入的阻抗的仪表，阻抗可达1012 。

　　6. 抗干扰能力

　　数字式显示仪表一般用串模干扰抑制比和共模干扰抑制比来表征抗干扰能力的大小。

　　串模干扰抑制比(SMR)为

　　SMR=20 (en/r) (1-1)

　　式中 en-串模干扰电压;

　　r-en所造成的*大显示**误差。

　　共模干扰抑制比(CMR)为

　　CMR=20 (ec/e′c) (1-2)

　　式中ec-串模干扰电压;

　　e′c-ec所造成的*大显示**误差。

　　SMR和CMR得单位是分贝，数值越大，表示数字仪表的抗干扰能力越强。

　　数显仪表*选购指南

　　1、仪表尺寸。即仪表的体积大小，这是个很基本的问题。数显表要装在柜体上，所以要考虑整体的协调性，过大了可能装不下，过小了看不清显示数字，另外，体积大的仪表一般功能扩充性较强，同样功能价格可能会贵，体积小的仪表可能功能扩充性较差。目前数显表面板的国际标准尺寸主要有以下几种：48*24mm;48*48mm;48*96mm;72*72mm;96*96mm;96*48mm;160*80mm。

　　2、显示位数。这直接关系到数显表的测量精度，一般来讲，显示位数越高，测量更**，价格也越贵，主要有以下几种：两位(99，特殊);三位(999，极少);三位半(1999，普通数显表占主流);四位(9999，智能数显表占主流);四位半(19999);四又四分之三(3999);五位及五位以上(常见于计数器、累计表和**仪表)，用户可以根据测量精度要求来选择几位的数显表。

　　3、输入信号。指直接输入仪表的测量信号，有些工业信号是直接接入仪表测量的，有些信号是经过转化后接入仪表的，必须弄清楚测量信号的性质，否则买去的仪表不能用，甚至损坏仪表及原有设备。要弄清信号类型：电流还是电压，交流还是直流，是脉冲信号还是线性信号等等，还要弄清信号的大小。仪表的名称与输入信号不是同一概念，举几个例子：输入信号是0-75mVdc的电流表(名称是电流表，输入信号却是电压信号，因为电流经过分流器取得电压信号);输入信号是0-10Vdc的转速表(名称是转速表，输入信号却是电压表，因为变频器将转速信号转化成电压信号)。

　　4、工作电源。一般分为变压器供电、开关电源供、电池供电三种。开关电源供电优点是输入电压范围宽70-250V，缺点是抗干扰能力差特别是在谐波大的地方，比如炼钢厂，仪表电源部分容易损坏。变压器优点抗谐波抗干扰，缺点：输入电压等级单一订购时需说明电压等级直流供电不可用。目前，数显表的工作电源主要有：220Vac;110/220Vac;85-265VAC/DC开关电源，24Vdc(一般要订制)，5Vdc(小面板表)。

　　5、输入测量信号

　　输入测量信号一半分为，交流信号和直流信号

　　直流信号的精度一般要远远高于交流信号。

　　6、真有效值与平均值

　　万用表显示的是平均值

　　安装式仪表显示的数值一般为真有效值，具有抗干扰能力强，抗谐波和频率变化的特点。

　　7、仪表功能。仪表功能一般都是模块化的，可选择的，仪表价格也会随功能不一样而有所差异，数显表主要有以下可选功能：报警功能及报警输出的组数(即继电器动作输出)，馈电电源输出及输出电压的大小及功率，变送输出及变送输出的类型(4-20mA还是0-10V等)，通讯输出及通讯方式和协议(RS485还是RS232，是Modbus还是其他协议)，对于调节控制仪表，可选功能就更多，具体要参照厂家的选型谱选出一个规范的型号，并与厂家沟通并确认无误后才可以订货。

　　8、几个比较重要的参数要关注一下：测量精度(值越小越**)、响应速度(值越小��应越快)、工作环境、温度系数(值越小受温度影响越小)、过载能力

　　9、特殊要求。若用户有特殊要求就应提出来，让厂家确认能否满足要求，千万不能想当然，比如：IP防护等级、高温工作场合、强干扰场合、特殊信号场合、特殊工作方式等等。

　　其实，数显表选型并不复杂，对于简单的数显表一般买过来就可以用了，对于初次使用或选用功能复杂数显表的用户只要把握了以上几点，也能很好的选购到合适的产品

　　数显仪表*安装指南

　　1. 仪表的接线。

　　2. 配线上的注意。

　　a) 输入信号线为避免杂讯干扰以及强电磁场影响，应远离动力线、负荷线、仪表电源线。

　　b) 热电偶输入使用补偿导线，其它信号线要采用屏蔽线。

　　c) 电源线使用塑料绝缘三芯电缆，与信号线尽可能分开走线。

　　d) 本仪表的继电器输出若接电感性负载,必须在负载两端 (不可在本仪表继电器两端)并接火花吸收电路(可用足够功率的100W电阻器串联足够耐压的0.022mF电容器)组 成。否则,仪表继电器触点释放时会因感应电动势造成的拉 弧而损坏,同时干扰仪表数字电路而影响正常工作。

　　e) 带24V直流电源输出的仪表,仅用于与二线制4-20mA输出的无源变送器配套。该电源在仪表内部与输入采样电路连接,不可作为其它电源使用。

　　3. 仪表安装的位置不应有机械震动、冲击、以及来自信号端、电源端及空间的大电流、火花、强电磁感应灯影响。空气中不得有对金属、塑料件起严重腐蚀作用的气体。

　　数显仪表*校准方法

　　1、输入信号校准(零点、满意)：

　　1.1 将SEL设置为159，按SET键后即进入输入校准菜单，按[表六]的说明按SET键，MAN键选择需要校准的类型的菜单。

　　1.2 根据需校准信号类别，在对应接线端子上接入不低于0.05级的信号源，信号标准值见[表五]。

　　1.3 将输入信号调至零点标准值，按一次 △ 键即开始自动校准，待显示值稳定后或误差在0.05%范围内时，按SET键自动保存零点校准数据;

　　将输入信号调至满度标准值。再按一次 △ 键即开始自动校准，待显示值稳定后，按SET键自动保存满度校准数据;此后可调节信号源大小，观察显示值是否随信号源大小同步并成线性变化，以判断对标准值的校准是否成功。

　　1.4 如校准不成功可重复步骤3，并检查相应接线和校准步骤。如校准成功，可按SET键进入其它项校准类型的菜单，重复步骤2。

　　注：

　　以上步骤适用E0、E2、E3、E5、E7、E9菜单类型的校准，对于E1菜单即冷端温度的校准，请注意，在步骤3中按一次 △ 键开始校准后，稍等几秒后，会开始自动检测并显示当前的环境温度，此时需人工从标准测温器上读取室温值，如同仪表所显示的值有误差则手动输入标准值，再按SET键确认后即可。

　　校准代码及校准值

　　2、模拟输出校准(零点、满度)：

　　将SEL设置为655，连续按SEL键，进入out菜单，将out菜单设置为XX5X(参见表[一]中oE1说明)，其中“5”为输出校准方式，按SET键两次直到数码管显示oE1，此菜单用于校准输出零点4.000mA(1.000V)，将准确度不低于0.05级的测量设备接至仪表电流输出端，按增加键∧一次，测量设备即可测出仪表输出零点的电流值，如和4.000 mA有误差，则可通过按增加键∧和减小键∨来增加调整输出电流大小，以达到4.000 mA，然后按SET键确认即可保存校准的数据;零点校准好之后按SET键则数码管显示oE2，此菜单用于校准输出满度20.000mA(5.000V)，其校准方式和零点校准oE1相同，校准完毕之后按SET键确认即自动退出校准方式，同时自动恢复out在校准之前的菜单。

　　警告:仪表出厂前已用精密仪器进行严格的校验,一般情况下不要进入，严禁随意按键进行此项操作,否则将影响仪表的工作准确度甚至无法正常工作。仅当仪表多年使用后由于零件老化,示值产生不可逆转的漂移且超出精度范围或改变标准信号型仪表的输入信号类型且具备符合检定规范所要求的准确度的标准器时,才能进行本项操作。

　　数显仪表*故障维修