测量实验五报告

4-汕头大学实验报告学院:工学院机电系：10级时间:2013年04月22日指导教师:郑志丹姓名:江泽锋学号:2010124024合作者：雷宇帆、张兆文、胡国良、闫含、曾令岳实验五一、实验目的了解热电阻或热电偶等温度传感器的工作原理和与工作特性，同时学习PID控制方法和原理，加深对各式温度传感器工作特性的认识。二、基本原理PT100温度感测器是一种以白金(Pt)作成的电阻式温度检测器,属于正温度系数热敏电阻传感器，具有抗振动、稳定性好、准确度高、耐高压等优点。其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro(1+αT)其中α=0.00392，Ro为100Ω(在0℃的电阻值)，T依据1821年塞贝克发现的热电现象，即：当两种不同的导体或半导体接成闭合回路时，如果它们的两端接点的温度不同，则在该回路中就会产生电流，这表明回路中存在电动势，称为塞贝克温差电势，简称热电势。K型热电偶是以镍铬合金为正极，镍硅合金为负极的两导体的一端焊接而成的。这两根导体的焊接端称为K型的热电极，其焊接端为热端，非焊接端为冷端。在进行温度测量时，将插入被测的物体介质中，使其热端感受到被测介质的温度，其冷端置于恒定的温度下，并用连接导线连接电气测量仪表。由于两端所处的温度不同，在回路中就会产生热电势，在保持冷端温度不变的情况下，产生的热电势只随其热端温度而变化，因此，用电气测量仪表测得热电势的数值后，便可求出对应的温度数值。由于这种合金具有较好的高温抗氧化性，可适用于氧化性或中性介质中。K型热电偶能测量较高温度，可长期测量1000度的高温，短期可测到1200度。系统框图控制系统的主要工作过程是：用户在人机界面上设置目标温度及各个控制参数，热电偶测量被控对象的温度信号，经过EM231热电偶模拟量输入模块转换为标准的数字量，PLC作出相应的数字处理，并进行PID控制的运算。在固态继电器输出方式下通过输出过程映像寄存器发出PWM波来驱动固态继电器控制加热器工作。在调压模块输出方式下通过模拟量输出模块EM232驱动调压模块控制加热器工作。固态继电器调压原理1.上升时间tr2.峰值时间tp3.超调量Mp在本实验中，超调量为最大偏差/设定温度，为百分比形式。4.调整时间ts实验内容和步骤在实验室使用的是一个1000W的加热器，加热水量约为600mL。为了节省实验时间我们首先将设定温度设置为40度，待温度基本稳定后记录从40度加热到60度时的各个过程参数。进入触摸屏“PID加热控制”，设置合适的PID参数，点击“加热”按钮开始加热。进入触摸屏“过程曲线监控”或者“过程变量监控”对加热过程进行监控，摘抄数据。同时在电脑Setp7MicroWIN软件上监控。在菜单栏“工具”调出“PID调节控制面板”，这个曲线可以保存无数个点，能完整地显示整条温度曲线，方便截图。4．设置不同的参数，操作并填写下表1实验数据：表1实验过程相关数据设定参数由40度到60度测量参数KpTi(分)Td(分)最大偏差(度)超调量%上升时间(秒)峰值时间(秒)42058.3631474407.712.83791638401.83531022409.716.1790276Kp=4，Ti=2图如下：Kp=4，Ti=4图如下：Kp=8，Ti=4图如下：Kp=2，Ti=4图如下：利用温控系统设计不同的目标温度，测量PT100热电阻在不同温度下的阻值，分析其工作原理。表2PT100实验Kp=8，Ti=4温度（℃）354045505560阻值（Ω）112.5113.5114.7116.1117.6119.0温度（℃）657075808590阻值（Ω）120.5122.0123.7125.5127.5129.0由数据跟图表可知，在一定的测量范围内，PT100温度与阻值是线性关系。思考题根据实验结果查询并比较热电偶和热电阻传感器的工作原理和应用特性。答：（1）工作原理热电偶工作原理：将两种不同的金属导体焊接在一起，构成闭合回路，如在焊接端加热产生温差，则在回路中就会产生热电动势，此种现象称为塞贝克效应。如将另一端温度保持一定（一般为0℃），那么回路的热电动势则变成测量端温度的单值函数。热电阻工作原理：利用物质在温度变化时自身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的。热电阻的受热部份是用细金属丝均匀地双绕在绝缘材料制成的骨架上。当被测介质中有温度发生变化时，所测得的温度是感温元件所在范围内介质中的平均温度。（2）应用特性热电偶应用特性：热电偶可将温度量转换成电量进行检测，对于温度的测量、控制，以及对温度信号的放大、变换等都很方便，结构简单，制造容易，价格便宜，惰性小，准确度高，测温范围广，能适应各种测量对象的要求，如点温和面温的测量，适于远距离测量和控制。测量准确度难以超过0.2℃，必须有参考端，并且温度要保持恒定。在高温或长期使用时，因受被测介质影响或气氛腐蚀作用等而发生劣化。热电阻应用特性：准确度高。在所有常用温度计中，准确度最高，可达1mk。输出信号大，灵敏度高。如在0℃用Pt100铂热电阻测温，当温度变化1℃时，其电阻值约变化0.4Ω，如果通过电流为2mA，则其电压输出量变化为800μV。在相同条件下，即使灵敏度比较高的K型热电偶，其热电动势变化也只有40μV左右。由此可见，热电阻的灵敏度较热电偶高一个数量级。测温范围广，稳定性好。在振动小而适宜的环境下，可在很长时间内保持0.1℃以下的稳定性。无需参考点。温度值可由测得的电阻值直接求出。输出线性好。只用简单的辅助回路就能得到线性。采用细金属丝的热电阻元件抗机械冲击与振动性能差。元件结构复杂，制造困难大，尺寸较大，因此，热响应时间长。不适宜测量体积狭小和温度瞬变区域。P(增益Kp)和Ti(积分时间)参数对加热控制效果有何影响？答：当Kp增大时，系统响应速度加快，幅值增高。当Kp达到一定值后，系统将会不稳定。当Td增大时，系统的响应速度加快，响应峰值提