測量實(shí)驗(yàn)五報(bào)告

4-汕頭大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院:工學(xué)院機(jī)電系：10級時(shí)間:2013年04月22日指導(dǎo)教師:鄭志丹姓名:江澤鋒學(xué)號:2010124024合作者：雷宇帆、張兆文、胡國良、閆含、曾令岳實(shí)驗(yàn)五一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鉄犭娮杌驘犭娕嫉葴囟葌鞲衅鞯墓ぷ髟砗团c工作特性，同時(shí)學(xué)習(xí)PID控制方法和原理，加深對各式溫度傳感器工作特性的認(rèn)識。二、基本原理PT100溫度感測器是一種以白金(Pt)作成的電阻式溫度檢測器,屬于正溫度系數(shù)熱敏電阻傳感器，具有抗振動、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。其電阻和溫度變化的關(guān)系式如下：R=Ro(1+αT)其中α=0.00392，Ro為100Ω(在0℃的電阻值)，T依據(jù)1821年塞貝克發(fā)現(xiàn)的熱電現(xiàn)象，即：當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體接成閉合回路時(shí)，如果它們的兩端接點(diǎn)的溫度不同，則在該回路中就會產(chǎn)生電流，這表明回路中存在電動勢，稱為塞貝克溫差電勢，簡稱熱電勢。K型熱電偶是以鎳鉻合金為正極，鎳硅合金為負(fù)極的兩導(dǎo)體的一端焊接而成的。這兩根導(dǎo)體的焊接端稱為K型的熱電極，其焊接端為熱端，非焊接端為冷端。在進(jìn)行溫度測量時(shí)，將插入被測的物體介質(zhì)中，使其熱端感受到被測介質(zhì)的溫度，其冷端置于恒定的溫度下，并用連接導(dǎo)線連接電氣測量儀表。由于兩端所處的溫度不同，在回路中就會產(chǎn)生熱電勢，在保持冷端溫度不變的情況下，產(chǎn)生的熱電勢只隨其熱端溫度而變化，因此，用電氣測量儀表測得熱電勢的數(shù)值后，便可求出對應(yīng)的溫度數(shù)值。由于這種合金具有較好的高溫抗氧化性，可適用于氧化性或中性介質(zhì)中。K型熱電偶能測量較高溫度，可長期測量1000度的高溫，短期可測到1200度。系統(tǒng)框圖控制系統(tǒng)的主要工作過程是：用戶在人機(jī)界面上設(shè)置目標(biāo)溫度及各個(gè)控制參數(shù)，熱電偶測量被控對象的溫度信號，經(jīng)過EM231熱電偶模擬量輸入模塊轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字量，PLC作出相應(yīng)的數(shù)字處理，并進(jìn)行PID控制的運(yùn)算。在固態(tài)繼電器輸出方式下通過輸出過程映像寄存器發(fā)出PWM波來驅(qū)動固態(tài)繼電器控制加熱器工作。在調(diào)壓模塊輸出方式下通過模擬量輸出模塊EM232驅(qū)動調(diào)壓模塊控制加熱器工作。固態(tài)繼電器調(diào)壓原理1.上升時(shí)間tr2.峰值時(shí)間tp3.超調(diào)量Mp在本實(shí)驗(yàn)中，超調(diào)量為最大偏差/設(shè)定溫度，為百分比形式。4.調(diào)整時(shí)間ts實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟在實(shí)驗(yàn)室使用的是一個(gè)1000W的加熱器，加熱水量約為600mL。為了節(jié)省實(shí)驗(yàn)時(shí)間我們首先將設(shè)定溫度設(shè)置為40度，待溫度基本穩(wěn)定后記錄從40度加熱到60度時(shí)的各個(gè)過程參數(shù)。進(jìn)入觸摸屏“PID加熱控制”，設(shè)置合適的PID參數(shù)，點(diǎn)擊“加熱”按鈕開始加熱。進(jìn)入觸摸屏“過程曲線監(jiān)控”或者“過程變量監(jiān)控”對加熱過程進(jìn)行監(jiān)控，摘抄數(shù)據(jù)。同時(shí)在電腦Setp7MicroWIN軟件上監(jiān)控。在菜單欄“工具”調(diào)出“PID調(diào)節(jié)控制面板”，這個(gè)曲線可以保存無數(shù)個(gè)點(diǎn)，能完整地顯示整條溫度曲線，方便截圖。4．設(shè)置不同的參數(shù)，操作并填寫下表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：表1實(shí)驗(yàn)過程相關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)定參數(shù)由40度到60度測量參數(shù)KpTi(分)Td(分)最大偏差(度)超調(diào)量%上升時(shí)間(秒)峰值時(shí)間(秒)42058.3631474407.712.83791638401.83531022409.716.1790276Kp=4，Ti=2圖如下：Kp=4，Ti=4圖如下：Kp=8，Ti=4圖如下：Kp=2，Ti=4圖如下：利用溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)不同的目標(biāo)溫度，測量PT100熱電阻在不同溫度下的阻值，分析其工作原理。表2PT100實(shí)驗(yàn)Kp=8，Ti=4溫度（℃）354045505560阻值（Ω）112.5113.5114.7116.1117.6119.0溫度（℃）657075808590阻值（Ω）120.5122.0123.7125.5127.5129.0由數(shù)據(jù)跟圖表可知，在一定的測量范圍內(nèi)，PT100溫度與阻值是線性關(guān)系。思考題根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果查詢并比較熱電偶和熱電阻傳感器的工作原理和應(yīng)用特性。答：（1）工作原理熱電偶工作原理：將兩種不同的金屬導(dǎo)體焊接在一起，構(gòu)成閉合回路，如在焊接端加熱產(chǎn)生溫差，則在回路中就會產(chǎn)生熱電動勢，此種現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng)。如將另一端溫度保持一定（一般為0℃），那么回路的熱電動勢則變成測量端溫度的單值函數(shù)。熱電阻工作原理：利用物質(zhì)在溫度變化時(shí)自身電阻也隨著發(fā)生變化的特性來測量溫度的。熱電阻的受熱部份是用細(xì)金屬絲均勻地雙繞在絕緣材料制成的骨架上。當(dāng)被測介質(zhì)中有溫度發(fā)生變化時(shí)，所測得的溫度是感溫元件所在范圍內(nèi)介質(zhì)中的平均溫度。（2）應(yīng)用特性熱電偶應(yīng)用特性：熱電偶可將溫度量轉(zhuǎn)換成電量進(jìn)行檢測，對于溫度的測量、控制，以及對溫度信號的放大、變換等都很方便，結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，價(jià)格便宜，惰性小，準(zhǔn)確度高，測溫范圍廣，能適應(yīng)各種測量對象的要求，如點(diǎn)溫和面溫的測量，適于遠(yuǎn)距離測量和控制。測量準(zhǔn)確度難以超過0.2℃，必須有參考端，并且溫度要保持恒定。在高溫或長期使用時(shí)，因受被測介質(zhì)影響或氣氛腐蝕作用等而發(fā)生劣化。熱電阻應(yīng)用特性：準(zhǔn)確度高。在所有常用溫度計(jì)中，準(zhǔn)確度最高，可達(dá)1mk。輸出信號大，靈敏度高。如在0℃用Pt100鉑熱電阻測溫，當(dāng)溫度變化1℃時(shí)，其電阻值約變化0.4Ω，如果通過電流為2mA，則其電壓輸出量變化為800μV。在相同條件下，即使靈敏度比較高的K型熱電偶，其熱電動勢變化也只有40μV左右。由此可見，熱電阻的靈敏度較熱電偶高一個(gè)數(shù)量級。測溫范圍廣，穩(wěn)定性好。在振動小而適宜的環(huán)境下，可在很長時(shí)間內(nèi)保持0.1℃以下的穩(wěn)定性。無需參考點(diǎn)。溫度值可由測得的電阻值直接求出。輸出線性好。只用簡單的輔助回路就能得到線性。采用細(xì)金屬絲的熱電阻元件抗機(jī)械沖擊與振動性能差。元件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難大，尺寸較大，因此，熱響應(yīng)時(shí)間長。不適宜測量體積狹小和溫度瞬變區(qū)域。P(增益Kp)和Ti(積分時(shí)間)參數(shù)對加熱控制效果有何影響？答：當(dāng)Kp增大時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，幅值增高。當(dāng)Kp達(dá)到一定值后，系統(tǒng)將會不穩(wěn)定。當(dāng)Td增大時(shí)，系統(tǒng)的響應(yīng)速度加快，響應(yīng)峰值提