儀表自動控制實(shí)驗(yàn)報告

1、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過實(shí)驗(yàn)對自控儀表和控制元器件有一具體認(rèn)識。2、 了解自控原理，鍛煉動手能力。學(xué)習(xí)并安裝不同的溫度自控電路。3、通過 對不同電路的調(diào)試和數(shù)據(jù)測量，初步掌握儀表自控技術(shù)。4、要求按流程組裝實(shí)驗(yàn)電路，并測量加熱反應(yīng)釜溫度隨加熱時間的變化。5、要求待反應(yīng)釜加熱腔溫度穩(wěn)定后測量加熱釜軸向溫度分布規(guī)律。二、實(shí)驗(yàn)原理儀表自動控制在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中是極其重要的， 它減少大量手工操作，使 操作人員避免惡劣、危險環(huán)境，自動快速完成重復(fù)工作，提高測量精度，完成遠(yuǎn) 程傳輸數(shù)據(jù)。本實(shí)驗(yàn)就是儀表自動控制在化工生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)中非常重要的一個分支 溫度的儀表自動控制。圖-1所示是本實(shí)驗(yàn)整套裝置圖。按圖由導(dǎo)線連接

2、好裝置，首先設(shè)置“人工 智能控制儀”的最終溫度，輸出端輸出直流電壓用于控制“SSR （固態(tài)繼電器）， 則當(dāng)加熱釜溫度未達(dá)到最終溫度時“ SSR是通的狀態(tài)，電路導(dǎo)通，給加熱釜持 續(xù)加熱；當(dāng)加熱釜溫度達(dá)到最終溫度后“ SSR是不通的狀態(tài)，電路斷開，加熱 釜加熱停止。本實(shí)驗(yàn)研究的數(shù)據(jù)對象有兩個：其一，測量儀表在加熱釜開始加熱 后測量的升溫過程，即溫度隨時間變化；其二，當(dāng)溫度達(dá)到最終溫度并且穩(wěn)定后， 測量溫度沿加熱釜軸向的分布，即穩(wěn)定溫度隨空間分布。圖-1 實(shí)驗(yàn)裝置圖1、控溫儀表，2測溫儀表，3和4、測溫元件（熱電偶），5電加熱釜式反應(yīng)器，6、保險7、電流表，8固態(tài)調(diào)壓器，9、滑動電阻，10、固態(tài)繼電

3、器（SSR，11、中間繼電器，12、開關(guān)實(shí)驗(yàn)裝置中部分儀器的工作原理：1, 控溫儀表：輸出端輸出直流電壓控制 SSR當(dāng)加熱釜溫度未達(dá)到預(yù)設(shè)溫 度時SSR使電路導(dǎo)通，持續(xù)加熱；當(dāng)達(dá)到最終溫度后SSR使電路斷開，加熱停止。2, 測溫儀表：與測溫的熱電偶相連，實(shí)時反饋加熱釜內(nèi)溫度的測量值。3, 4，熱電偶：分別測量加熱腔和反應(yīng)芯內(nèi)的溫度。工作原理：熱電阻是利 用金屬的電阻值隨溫度變化而變化的特性來進(jìn)行溫度測量。 它是由兩種不同材料 的導(dǎo)體焊接而成。焊接的一端插入被測介質(zhì)中，感受被測溫度，稱為熱電偶的工 作端或熱端。另一端與導(dǎo)線連接，稱為自由端或冷端。若將其兩端焊接在一起， 且兩段存在溫度差，則在這個

4、閉路回路中有熱電勢產(chǎn)生。 如在回路中加一直流毫 伏計，可見到毫伏計中有電勢指示，電勢的大小與兩種不同金屬的材料和溫度有 關(guān)，與導(dǎo)線的長短無關(guān)。圖2熱電偶工作原理8, RSA固態(tài)調(diào)壓器原理：通過電位器手動調(diào)節(jié)以改變阻性負(fù)載上的電壓， 來達(dá)到調(diào)節(jié)輸出功率的目的（相當(dāng)于一個滑動變阻器）。輸出端接加熱回路，輸 入端接控溫儀表。10, SSR固態(tài)繼電器工作原理：固態(tài)繼電器是一種無觸點(diǎn)通斷電子開關(guān)， 為 四端有源器件。其中兩個端子為輸入控制端，另外兩端為輸出受控端。在輸入端 加上直流或脈沖信號，輸出端就能從關(guān)斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變成導(dǎo)通狀態(tài)（無信號時呈阻斷 狀態(tài)），從而控制較大負(fù)載?？蓪?shí)現(xiàn)相當(dāng)于常用的機(jī)械式電磁繼電器

5、一樣的功能（圖3），即實(shí)現(xiàn)了用直流電控制交流電。輸出端接加熱回路，輸入端接控溫儀表。圖3固態(tài)繼電器原理11,中間繼電器工作原理（如圖4）:中間繼電器有常開、常閉兩組觸點(diǎn)。 電磁線圈不通電時，電磁鐵 T不吸合，此時觸點(diǎn)B, B'導(dǎo)通，稱為常閉觸點(diǎn)。 觸點(diǎn)A，A'不導(dǎo)通稱為常開觸點(diǎn)。反之，電磁線圈通電時，電磁鐵T吸合，觸點(diǎn)B，B'的狀態(tài)由閉合變?yōu)榇蜷_不導(dǎo)通，而觸點(diǎn) A，A的狀態(tài)由打開變?yōu)殚]合 而導(dǎo)通。BBF電磁線圈斷電時OO電鐵線圈通電時A*22OV圖-4中間繼電器工作原理圖k丄番能悴知儀Z I 4 1 r 1 H.人工営能控制腥作Hffl圖5裝置圖三、實(shí)驗(yàn)儀器控溫儀表（A

6、I-T08 ），測溫儀表（AI-T08 ），熱電偶2個，中間繼電器（C5 X 2 0910），固態(tài)繼電器（SSR-10 DA，固態(tài)調(diào)壓器（XSSVR-2410，電流表 （69L9），開關(guān)，保險絲（RT18-32），導(dǎo)線若干，工具（螺絲刀2個），電加熱釜 式反應(yīng)器。四、實(shí)驗(yàn)步驟1 根據(jù)實(shí)驗(yàn)流程圖5組裝儀表自動控制加熱系統(tǒng)，注意在接線時用不同顏 色的導(dǎo)線標(biāo)識正負(fù)極，以便后期檢查。2 組裝完畢后，經(jīng)過指導(dǎo)教師檢查后方可通電。3通電后設(shè)置控制儀表參數(shù)和溫度。設(shè)置目標(biāo)溫度為120C，加熱電流為1.0-1.5A。4打開加熱電源，測定升溫曲線。每間隔1分鐘進(jìn)行一次記錄，控制儀表和顯示儀表都要記錄。注意加熱釜

7、溫度上升很迅速。5 待加熱釜內(nèi)溫度達(dá)到目標(biāo)溫度穩(wěn)定在 120C（溫度波動不超過1）后，再測量溫度10分鐘，則溫度隨時間變化測量完畢。接下來測量軸向溫度分布，由下至上每間隔1厘米測一個點(diǎn)。6 實(shí)驗(yàn)完畢后，拆除控制電路。所用儀表、元器件、工具等放回原處。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表-1加熱釜升溫數(shù)據(jù)記錄時間/min控制溫度/C顯示溫度/C時間/min控制溫度/C顯示溫度/C3:1625.822.53:32120.051.43:1744.022.73:33120.051.73:1875.823.33:34120.051.93:19102.425.33:35120.252.13:20113.928.73:361

8、20.152.13:21119.132.63:37120.152.13:22120.636.33:38120.152.13:23120.439.83:39120.252.03:24120.342.63:40120.251.93:25120.244.93:41120.251.83:26120.246.63:42120.151.73:27120.148.13:43120.251.53:28120.149.23:44120.151.43:29120.450.03:45120.251.33:30120.250.73:46120.251.13:31120.051.13:47120.151.0表-2加熱釜

9、軸向溫度分布數(shù)據(jù)記錄測溫點(diǎn)距底部距離/cm溫度/C測溫點(diǎn)距底部距離/cm溫度/ c053.920115.8159.021115.6268.222115.4373.023114.4482.324113.4587.025112.2691.026109.9795.327106.5898.828104.39101.929101.310104.83098.311106.63194.312108.73288.313110.83388.014112.23485.515113.53579.416114.43667.717115.23755.718115.63851.819115.8六、數(shù)據(jù)處理根據(jù)表1、表2可

10、以繪制加熱釜升溫圖（圖6）和圖加熱釜穩(wěn)態(tài)軸向溫度分布 圖（圖7）。圖7加熱釜穩(wěn)態(tài)軸向溫度分布圖由圖6可以看出，隨著加熱的進(jìn)行，加熱釜的加熱腔溫度在前5分鐘快速上 升，并到達(dá)指定溫度120C，此后溫度一直維持在120C，伴隨小幅度的上下波 動，可求得此段平均溫度為120.173 C,稍高與設(shè)定值120C。而反應(yīng)芯內(nèi)由于 是隔壁傳熱，溫度上升的比較慢，升溫速率不斷加快，最終穩(wěn)定在51.5 C左右, 可以觀察到到達(dá)穩(wěn)定的時間為15分鐘，比加熱腔的穩(wěn)定時間要靠后10分鐘左右, 穩(wěn)定之后隨著時間推移有微小下降趨勢。由圖7可以看出，隨著距離變化，反應(yīng)芯內(nèi)的穩(wěn)定溫度有所不同，中心部 分的溫度最高，而底部和頂

11、部的溫度最低，整體呈現(xiàn)“凸”形分布，所有軸向溫 度相對于中心溫度基本為對稱分布。七、分析與討論本實(shí)驗(yàn)中可能存在的誤差為：1. 在測量軸向溫度分布時，向外拔出的距離并不能很好地控制在1cm停留時間也不能很好的控制在10s;2. 由于計錄數(shù)據(jù)是每隔1分鐘記一次，可能漏掉重要數(shù)據(jù)，引起實(shí)驗(yàn)誤差。3. 測溫傳感器熱電偶本身存在的誤差八、思考題1. 熱電偶為什么要進(jìn)行冷端補(bǔ)償？冷端補(bǔ)償有幾種方法？。答：熱電偶靠冷熱兩端溫差產(chǎn)生的電勢差測量溫度，設(shè)計時其顯示的溫度要求對應(yīng)的冷端溫度是固定的某一個值，但是在實(shí)際使用過程中冷端未必處于該溫度 下，所以需進(jìn)行冷端修正/補(bǔ)償。共有5種方法：1) 冷端恒溫法：將熱電

12、偶的冷端置于裝有冰水混合物的恒溫容器中，使其溫度 保持0C不變，它可消除to不等于0C而引入的誤差。2) 計算修正法：當(dāng)熱電偶的冷端溫度不等于 0C時，測得的熱電勢E(t,t °)與冷 端為0C時測的E(t,0 C)不同，可利用下式：E(t,0 °C)=E(t,t °)+E(t °,0 C)來修 正，右式第一項(xiàng)為毫伏表直接測得的熱電勢，第二項(xiàng)是由 10在該熱電偶分度表 查出的補(bǔ)償值，二者相加即可。3) 儀表機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整法：當(dāng)熱電偶的冷端溫度比較恒定，對測量精度要求不太 高時，可將機(jī)械零點(diǎn)調(diào)整至熱電偶實(shí)際所處的 t處，相當(dāng)于在輸入熱電偶的電勢 前就給儀表預(yù)

13、輸入一個電勢，此法雖有一定誤差，但很簡便常用。4) 電橋補(bǔ)償法：此法是利用不平衡電橋產(chǎn)生的不平衡電壓來自動補(bǔ)償熱電偶因 冷端溫度變化而引起的熱電勢變化值。5) 補(bǔ)償導(dǎo)線法：此法將熱電偶的冷端溫度從溫度較高、變化大的地方轉(zhuǎn)移到溫 度較低、變化小的方向，等于延長了熱電偶。2. 如果冷端補(bǔ)償溫度為20C，測量儀表顯示的是30C，貝U測量點(diǎn)的真實(shí)溫度是 多少？答：50 C3. 什么叫位式控制？位式控制需要設(shè)定幾個溫度？答：位式控制又稱通斷式控制，是將測量值與設(shè)定值相比較之差值經(jīng)放大處理后， 對調(diào)節(jié)對象作開或關(guān)控制的調(diào)節(jié)。位式控制又分二位式控制和三位式控制，分別介紹如下：1、二位式控制：是指用一個開關(guān)量控制負(fù)載方式，具有接線簡單、可靠性高成 本低廉的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用場合十分廣泛。2、三位式控制：是指用二個開關(guān)量控制分別控制二個負(fù)載，一般情況下一個設(shè) 置為主控，另一個為副控，是為了克服二位式控制容易產(chǎn)生的調(diào)節(jié)速度與過沖量 之間的矛盾面發(fā)展的