数字显示仪表是如何实现万能输入的

2017/8/8 0:46:26 人评论 次浏览 分类:二次仪表  文章地址:http://yunrun.com.cn/tech/557.html

数字显示仪表在国内应用广泛,其有适用性强、性能稳定可靠和高性价比特点。昌晖仪表就目前国内二次仪表最新发展情况、数字显示仪表表特点、技术优势及万能输入做简单分析。
 
国外进口数字显示仪表以高品质、高稳定性和高价格为特点,尤其在高端PID调节器领域以控制算法先进、控制效果好和高稳定性让国产仪表暂时无法超越,目前厦门宇电自动化科技有限公司AI系列调节器代表同行业最高水品,但高端调节器市场仍被国外欧陆等品牌占据。除去高端PID调节器和一些特殊用途数字仪表国外企业优势明显外,数字显示仪表技术、性能等方面国产仪表和进口仪表已不分伯仲,其中以云南昌晖仪表制造有限公司、厦门宇电自动化科技有限公司、福建上润精密仪器有限公司、福州昌晖自动化系统有限公司、虹福建顺昌润精密仪器有限公司、北京昆仑天辰仪表科技有限公司、北京金立石仪表科技有限公司、福建东辉智能仪器有限公司、厦门安东电子有限公司等生产的数字显示仪表为国产高稳定性和可靠性二次仪表代表。
 
                                                 昌晖YR-GF系列0.2%精度数字显示控制仪
 
万能输入数字显示仪表最大的特点是能接收多种类型的输入信号,一台数字显示仪表要输入多种不同种类的传感器信号和标准信号,首先遇到的问题就是,各种信号的最大量程对应的电量相差很大,如K型热电偶0-1200℃对应的热电势是0-48.838mV;S型热电偶0-1600℃对应的热电势是0-16.777mV。可见仪表的输入信号有大有小,所以对放大器的放大倍数要求是不同的。常规做法只能采用多个放大器。而万能输入数字显示仪表为了降低成本和减少仪表体积,使用了可编程序增益控制放大器,以满足各种类型输入信号要求不同的放大倍数。
 
对于数字显示仪表输入信号的放大,大多选用高精度低漂移低功耗的运算放大器。但由于数字显示仪表输入的量程信号有大有小,放大倍数也就不相同,这时就用程控放大器对各输入信号以适当的增益进行放大。只需把运放的输出适当与A/D转换器的输入电平匹配就行了。因此,对于工业生产中常见的输入信号类型,只要准备几种量程,就可以适应各种输入信号类型,仪表就成为万能输入了。
 
程序控制放大器由电子模拟开关和集成运算放大器构成。电子器件的种类繁多,所以各型数字显示仪表的电路结构、使用器件是不同的,但其基本原理是相似的,原理如图所示。
 
程序控制放大原理
 
从图中可见,针对大小不同的输入信号,为解决放大倍数不相同这一情况,通过模拟开关S1-S4的选择,使电路中的电阻进行不同的组合,来调整放大电路中两个电阻的比值,用不同量程时的电阻比例来决定程控放大器的増益。开关S1接通时假设放大器有50倍的增益,则开关S4接通时放大器将有400倍的增益,就可以用单个运放来完成大小不同输入信号的放大。即不管输入仪表的是什么量程的信号,经过程控放大器处理,就变成了与A/D转换器相匹配的电平信号了。这样一台数字显示仪就可以接收多种类型的信号输入了。图中的S开关是电子模拟开关,应用较多的有CD4050系列,可以把该系列元件理解为就是在程序控制下动作的开关,如:CD4051是单八路模拟开关,相当于一个单刀八掷开关;CD4053是三组二路模拟开关,相当于三组单刀双掷开关。其动作状态与译码器的输入有关;也就是说,仪表的输入信号,是由S电子模拟开关切换进行传输的,S的切换动作与所选输入信号类型,则取决于微处理器的控制信号,如何万能输入信号切换则与组态值有关。
 
由于所要接收的信号类型较多,万能输入数字显示仪表的输入信号端子,除小外型的(如48×48mm)只设计有几个输入端子外。其他的仪表大多设计有4个以上输入端子。因为热电阻需要采用三线制的接线法,毫伏和直流电压信号的输入端子大多是分开使用的,对于线性电流信号的输入,大多是采取外接分流电阻将其转换为电压信号的方式,如4-20mA的电流信号,可用250Ω或500Ω电阻将其变为1-5V或0.2-1V的电压信号输入。
 
万能输入数字显示仪表信号的低电平转换工程控放大器的增益切换都是通过仪表组态设置的。数字显示仪表的所有测量处理过程都是在MCU的控制下进行的,其与软件程序紧密相关,没有组态设置数字显示仪表就无法工作。因此,数字显示仪能实现万能输入,是软件和硬件技术相互配合的结果。

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