實(shí)驗(yàn)一溫度傳感器特性試驗(yàn)

1、實(shí)驗(yàn)一 溫度傳感器特性試驗(yàn)1.1、 Cu50溫度傳感器的溫度特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私釩u50溫度傳感器的特性與應(yīng)用。二、基本原理：在一些測量精度要求不高且溫度較低的場合，一般采用銅電阻，可用來測量-50C+150C的溫度。銅電阻有下列優(yōu)點(diǎn)：2 在上述溫度范圍內(nèi)，銅的電阻與溫度呈線性關(guān)系 Rt = R0(1+at)4 電阻溫度系數(shù)高，a = 4.254.2810-3/ C5 容易提純，價(jià)格便宜三、需用器件與單元：K型熱電偶、Cu50熱電阻、YL系列溫度測量控制儀、直流電源15V、溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、數(shù)顯單元（主控臺電壓表）、萬用表。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、差動電路調(diào)零將溫度測量控制儀上的220V電源

2、線插入主控箱兩側(cè)配備的220V控制電源插座上。首先對溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K的三運(yùn)放測量電路和后續(xù)的反相放大電路調(diào)零。具體方法是把R5和R6的兩個(gè)輸入點(diǎn)短接并接地，然后調(diào)節(jié)Rw2使V01的輸出電壓為零，再調(diào)節(jié)Rw3，使V02的輸出電壓為零，此后Rw2和Rw3不再調(diào)節(jié)。2、溫控儀表的使用注意：首先根據(jù)溫控儀表型號，仔細(xì)閱讀“溫控儀表操作說明”，（見附錄一）學(xué)會基本參數(shù)設(shè)定（出廠時(shí)已設(shè)定完畢）。3、熱電偶的安裝選擇控制方式為內(nèi)控方式，將K型熱電偶溫度感應(yīng)探頭插入“YL系列溫度測量控制儀”的上方兩個(gè)傳感器放置孔中的一個(gè)。將K型熱電偶自由端引線插入“YL系列溫度測量控制儀”正前方面板的的“傳感器”插孔中，紅

3、線為正極。4、熱電阻的安裝及室溫調(diào)零將Cu50熱電阻傳感器探頭插入加熱源的另一個(gè)插孔中，尾部紅色線為正端，插入實(shí)驗(yàn)?zāi)K的a端，其它兩端相連插入b端，見圖11-1，a端接電源+2V，b端與差動運(yùn)算放大器的一端相接，橋路的RW1另一端和差動運(yùn)算放大器的另一端相接（R2=50歐姆）。模塊的輸出V02與主控臺數(shù)顯表相連，連接好電源及地線，合上主控臺電源，調(diào)節(jié)Rw1，使數(shù)顯表顯示為零（此時(shí)溫度測量控制儀電源關(guān)閉）。5、測量記錄合上內(nèi)控選擇開關(guān)（“加熱方式”和“冷卻方式”均打到內(nèi)控方式），設(shè)定溫度控制值為40C，當(dāng)溫度控制在40C時(shí)開始記錄電壓表讀數(shù)，重新設(shè)定溫度值為40C+nt，建議t=5C，n=17，

4、到75C每隔1n讀出數(shù)顯表輸出電壓與溫度值。待溫度穩(wěn)定后記下數(shù)顯表上的讀數(shù)（若在某個(gè)溫度設(shè)定值點(diǎn)的電壓值有上下波動現(xiàn)象，則是由于控制溫度在設(shè)定值的+1C范圍波動的結(jié)果，這樣可以記錄波動時(shí)，傳感器信號變換模塊對應(yīng)輸出的的電壓最小值和最大值，取其中間數(shù)值）填入表3-1。表3-1：T（C）V（mv）6、根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果，計(jì)算t=5C時(shí)，Cu50熱電阻傳感器對應(yīng)變換電路輸出的V數(shù)值是否接近。7、寫出最小二乘法擬合Cu50特性直線方程，求非線性誤差、遲滯和重復(fù)性誤差。從理論上分析產(chǎn)生非線性誤差的原因。1.2* Pt100熱電阻測溫特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉄犭娮璧奶匦耘c應(yīng)用。二、基本原理：利用導(dǎo)體電阻隨溫度

5、變化的特性。熱電阻用于測量時(shí)，要求其材料電阻溫度系數(shù)大，穩(wěn)定性好，電阻率高，電阻與溫度之間最好有線性關(guān)系。常用鉑電阻和銅電阻，鉑電阻在0-630.74C以內(nèi)，電阻Rt與溫度t的關(guān)系為：Rt = R0(1+At+Bt2)R0系溫度為0C時(shí)的鉑熱電阻的電阻值。本實(shí)驗(yàn)R0=100C，A=3.9080210-3 C-1B=-5.10-7 C-2,鉑電阻現(xiàn)是三線連接，其中一端接兩根引線主要是為了消除引線電阻對測量的影響。三、需用器件與單元： K型熱電偶、Pt100熱電阻、溫度測量控制儀、溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、數(shù)顯單元（主控臺電壓表）、萬用表、直流穩(wěn)壓電源15V和2V。接主控箱電源輸出 接主控箱數(shù)顯表 Vi

6、 地 2V 圖11-5 熱電阻測溫特性實(shí)驗(yàn) 四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、同“參照Cu50溫度傳感器實(shí)驗(yàn)”的、步操作。2、將Pt100鉑電阻三根引線引入“Rt”輸入的a、b上：用萬用表歐姆檔測出Pt100三根引線中短接的兩根線（藍(lán)色和黑色）接b端，紅色接a端。這樣Rt（Pt100）與R3、R1、Rw1、R4組成直流電橋，是一種單臂電橋工作形式。Rw1中心活動點(diǎn)與R6相接，見圖11-5。3、測量記錄合上內(nèi)控選擇開關(guān)（“加熱方式”和“冷卻方式”均打到內(nèi)控方式），設(shè)定溫度控制值為40C，當(dāng)溫度控制在40C時(shí)開始記錄電壓表讀數(shù)，重新設(shè)定溫度值為40C+nt，建議t=5C，n=17，到75C每隔1n讀出數(shù)顯表輸出電

7、壓與溫度值。待溫度穩(wěn)定后記下數(shù)顯表上的讀數(shù)（若在某個(gè)溫度設(shè)定值點(diǎn)的電壓值有上下波動現(xiàn)象，則是由于控制溫度在設(shè)定值的+1C范圍波動的結(jié)果，這樣可以記錄波動時(shí)，傳感器信號變換模塊對應(yīng)輸出的的電壓最小值和最大值，取其中間數(shù)值）填入表3-2。 表3-2T（C）V（mv）4、根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果，計(jì)算t=5C時(shí)，Pt100熱電阻傳感器對應(yīng)變換電路輸出的V數(shù)值是否接近。五、思考題：寫出最小二乘法擬合Pt100的特性方程，求非線性誤差、遲滯和重復(fù)性誤差。從理論上分析產(chǎn)生非線性誤差的原因。1.3 熱電偶測溫性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉄犭娕紲y量溫度的性能與應(yīng)用范圍。二、基本原理：當(dāng)兩種不同的金屬組成回路，如兩個(gè)接點(diǎn)有溫

8、度差，就會產(chǎn)生熱電勢，這就是熱電效應(yīng)。溫度高的接點(diǎn)稱工作端，將其置于被測溫度場，以相應(yīng)電路就可間接測得被測溫度值，溫度低的接點(diǎn)就稱冷端（也稱自由端），冷端可以是室溫值或經(jīng)補(bǔ)償后的0C、25C。三、需用器件與單元：熱電偶K型、E型、溫度測量控制儀、數(shù)顯單元（主控臺電壓表）、直流穩(wěn)壓電源15V。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、 在溫度控制儀上選擇控制方式為內(nèi)控方式，將K，E熱電偶插到溫度測量控制儀的插孔中，K型的自由端接到溫度控制儀上標(biāo)有傳感器字樣的插孔中。2、 從主控箱上將15V電壓，地接到溫度模塊上，并將R5，R6兩端短接同時(shí)接地，打開主控箱電源開關(guān)，將模塊上的Vo2與主控箱數(shù)顯表單元上的Vi相接。將Rw2

9、旋至中間位置，調(diào)節(jié)Rw3使數(shù)顯表顯示為零。設(shè)定溫度測量控制儀上的溫度儀表控制溫度T=40。3、 去掉R5，R6接地線及連線，將E型熱電偶的自由端與溫度模塊的放大器R5，R6相接，同時(shí)E型熱電偶的藍(lán)色接線端子接地。觀察溫控儀表的溫度值，當(dāng)溫度控制在40時(shí)，調(diào)節(jié)Rw2，對照分度表將Vo2輸出調(diào)至和分度表10倍數(shù)值相當(dāng)（分度表見后）。4、 調(diào)節(jié)溫度儀表的溫度值T=50，等溫度穩(wěn)定后對照分度表觀察數(shù)顯表的電壓值，若電壓值超過分度表的10倍數(shù)值時(shí)，調(diào)節(jié)放大倍數(shù)Rw2，使Vo2輸出與分度表10倍數(shù)值相當(dāng)。5、 重新將溫度設(shè)定值設(shè)為T=40，等溫度穩(wěn)定后對照分度表觀察數(shù)顯表的電壓值，此時(shí)Vo2輸出值是否與1

10、0倍分度表值相當(dāng)，再次調(diào)節(jié)放大倍數(shù)Rw2，使其與分度表10倍數(shù)值接近。6、 重復(fù)步驟4，5以確定放大倍數(shù)為10倍關(guān)系。記錄當(dāng)T=50時(shí)數(shù)顯表的電壓值。重新設(shè)定溫度值為40+nt,建議t=5,n=17，每隔1n讀出數(shù)顯表輸出電壓值與溫度值，并記入表11-3中。表11-3 E型熱電偶電勢（經(jīng)放大）與溫度數(shù)據(jù)(考慮到熱電偶的精度及處理電路的本身誤差，分度表的對應(yīng)值可能有一定的偏差)T+ntV（mv）五、思考題：1、同樣實(shí)驗(yàn)方法，完成K型熱電偶電勢（經(jīng)放大）與溫度數(shù)據(jù)2、通過溫度傳感器的三個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)銓Ω黝悳囟葌鞲衅鞯氖褂梅秶泻握J(rèn)識？3、擬合K型熱電偶的溫度特性方程，要求R2大于0.9.并利用本實(shí)驗(yàn)臺進(jìn)

11、行實(shí)驗(yàn)。E型熱電偶分度表 E 參考端溫度：0 整10度值01020304050607080900059111921801241930473683432949835646100631769967683837790789787105011122211949126812001341914161149091566116417171781794218710194812025630021033218142259723383241712496125754265492734528143400289432974430546313503215532960337673457435382361905003699937

12、8083942640236410454185342662434704427845085600450854589146697475024830649109499115071351513523127005311053907547035549856291570835787358663594516023780061022618066258863368641476492465700664736724568015900687836954970313710757183572593733507410474857756081000763581.4* 溫度儀表PID控制實(shí)驗(yàn)常規(guī)儀表控制在當(dāng)前檢測和控制領(lǐng)域的應(yīng)用非

13、常廣泛，即使在一些復(fù)雜控制系統(tǒng)中，儀表控制仍起著非常重要的作用。需用器件與單元：K或E型熱電偶、溫度測量控制儀。一、主要功能：針對畢業(yè)設(shè)計(jì)、課程設(shè)計(jì)專門研制的溫度控制系統(tǒng)。YL系列溫度測量控制儀主要功能如下：1、傳感器可以選擇K或E型熱電偶（已提供）。2、溫度測量控制儀輸出標(biāo)準(zhǔn)05V（對應(yīng)0C到100C），作為外部控制系統(tǒng)中的傳感器測量信號。3、提供標(biāo)準(zhǔn)外部輸入信號05V，作為線性加熱控制信號（1A，220V），同時(shí)為了平衡加溫和降溫效果，提供了繼電器冷卻信號，作為外部控制系統(tǒng)的輸出控制信號。4、選擇內(nèi)控方式可以分析PID控制系統(tǒng)中P、I、D各參數(shù)的影響效果，為外控方式的開發(fā)提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。5

14、、可以作為通用的溫度控制對象研究常見PID控制算法、各種智能控制算法等，是一種十分理想的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?、提供了標(biāo)準(zhǔn)的信號源，相關(guān)課程的應(yīng)用模式為：單片機(jī)信號采集與控制、計(jì)算機(jī)控制、自動控制原理、過程控制等。二、實(shí)驗(yàn)步驟：下面就本公司的YL系列溫度測量控制儀中儀表測控系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)步驟加以說明。1、接通YL系列溫度測量控制儀的電源，打開電源按鈕，將“加熱方式”、“冷卻方式”撥至“內(nèi)控”方式。2、檢查溫度儀表的內(nèi)部參數(shù)設(shè)置（實(shí)驗(yàn)指南附錄中有出廠設(shè)置參考值）3、選用E型熱電偶，插在控制儀上方的測溫孔中，另外兩端的傳感器輸出線分別對應(yīng)接至控制儀面板的傳感器（+）和（）端，此時(shí)即可讀出當(dāng)前加熱塊的溫度值。 4

15、、設(shè)定溫度值、P參數(shù)、I參數(shù)、D參數(shù)，觀察控制效果（具體設(shè)定方法參考隨機(jī)的溫度智能控制儀表的說明書），同時(shí)注意在報(bào)警狀下，冷卻裝置(風(fēng)扇)是否運(yùn)行。 5、觀察溫度控制的效果如何？根據(jù)控制規(guī)律可設(shè)置不同的P、I、D參數(shù)，以達(dá)到最佳的控制效果。下圖為設(shè)定溫度50C，當(dāng)前溫度47C的示意圖：1.5* 智能溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)通過E型熱電偶將溫度信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，再由A/D模塊轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，再在PC機(jī)上，由LabVIEW完成PID控制，再經(jīng)過D/A輸出對被控量加熱，DO輸出對被控量冷卻（以啟動風(fēng)機(jī)方式冷卻），實(shí)現(xiàn)對溫度的智能控制，已達(dá)到預(yù)期的要求。操作方法1 將PC機(jī)與實(shí)驗(yàn)箱用串口線進(jìn)行連接，打

16、開實(shí)驗(yàn)箱電源，對串口進(jìn)行測試，保證串口是通的（可用YL3.0軟件測試，詳見補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)部分YL3.0的應(yīng)用）。2 將K型熱電偶插入溫度源上面板的圓槽內(nèi)，熱電偶紅，黑接線端分別與實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)溫度模塊傳感器的紅，藍(lán)接口連接。3 標(biāo)準(zhǔn)信號輸出接口的紅，黑色接口分別與A/D模塊0通道黃，黑色接口連接，用萬用表測量電壓。4 將溫度源電源線插入實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)溫度控制系統(tǒng)模塊面板內(nèi)的加熱輸出插口，風(fēng)機(jī)電源的紅、黑接口與實(shí)驗(yàn)箱上的+15V、地接口連接，冷卻輸入Di與實(shí)驗(yàn)箱溫度控制系統(tǒng)模塊上的Di冷卻控制輸入連接。5 溫度控制系統(tǒng)模塊上的加熱方式和冷卻方式開關(guān)打到外控，加熱手動調(diào)節(jié)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底。6 溫度控制系統(tǒng)模塊內(nèi)的加熱控制輸入（外）Vi與D/A模塊0通道連接。7 冷卻控制輸入Di與實(shí)驗(yàn)箱上DO通道0連接并且與溫度源上的Di相連接。8 打開溫度源電源開關(guān)。9 運(yùn)行由VI生成的【PID】可執(zhí)行程序，如圖20-1所示。圖20-1 PID可執(zhí)行程序界面10 通訊設(shè)置面板中，設(shè)置串口通道選擇【ASRL1:INSTR】，波特率選擇默認(rèn)的9600。11 板卡設(shè)置面板中，下位機(jī)板卡地址選擇【01】，通道號選擇