温度实验

实验二十九 温度源的温度调节控制实验

一、实验目的：了解温度控制的基本原理及熟悉温度源的温度调节过程，学会智能调节器

和温度源的使用(要求熟练掌握)，为以后的温度实验打下基础。

二、基本原理：当温度源的温度发生变化时温度源中的Pt100热电阻(温度传感器)的阻值

发生变化，将电阻变化量作为温度的反馈信号输给智能调节仪，经智能调节仪的电阻--电压转换后与温度设定值比较再进行数字PID运算输出可控硅触发信号(加热)或继电器触发信号(冷却)，使温度源的温度趋近温度设定值。温度控制原理框图如图29—1所示。

图29—1温度控制原理框图

三、需用器件与单元：主机箱中的智能调节器单元、转速调节0～24V直流稳压电源；温

度源、Pt100温度传感器。

四、实验步骤：

温度源简介：温度源是一个小铁箱子，内部装有加热器和冷却风扇；加热器上有二个测温孔，加热器的电源引线与外壳插座(外壳背面装有保险丝座和加热电源插座)相连；冷却风扇电源为+24V(或12V) DC，它的电源引线与外壳正面实验插孔相连。温度源外壳正面装有电源开关、指示灯和冷却风扇电源+24V(12V) DC插孔；顶面有二个温度传感器的引入孔，它们与内部加热器的测温孔相对，其中一个为控制加热器加热的传感器Pt100的插孔，另一个是温度实验传感器的插孔；背面有保险丝座和加热器电源插座。使用时将电源开关打开(o为关，-为开)。从安全性、经济性即具有高的性价比考虑且不影响学生掌握原理的前提下温度源设计温度≤160℃。

1、智能调节器的简介及面板按键说明参阅实验二十八附言。

2、设置调节器温度控制参数：在温度源的电源开关关闭(断开)的情况下，按图29-2

示意接线。检查接线无误后，合上主机箱上的总电源开关；将主机箱中的转速调节旋钮(0～24V)顺时针转到底，再将调节器的控制对象开关拨到Rt.Vi位置后再合上调节器电源开关，仪表上电后，仪表的上显示窗口(PV)显示随机数或HH；下显示窗口(SV)显示控制给定值(实验值)。按SET键并保持约3秒钟，即进入参数设置状态。在参数设置状态下按SET键，仪表将按参数代码1～20依次在上显示窗显示参数符号［实验二十八的(四)、参数代码及符号］，下显示窗显示其参数值，此时分别按、▼、▲三键可调整参数值，长按▼或▲可快速加或减, 调好后按SET键确认保存数据，转到下一参数继续调完为止,长按 SET将快捷退出, 也可按SET + 直接退出。如设置中途间隔10秒未操作，仪表将自动保存数据，退出设置状态。

图29—2 温度源的温度调节控制实验接线示意图

具体设置转速控制参数方法步骤如下：

(1)、首先设置Sn (输入方式)：按住SET键保持约3秒钟，仪表进入参数设置状态，PV窗显示AL-1(上限报警)。再按SET键11次，PV窗显示Sn (输入方式)，按▼、▲键可调整参数值，使SV窗显示Pt1。

(2)、再按SET键， PV窗显示oP-A (主控输出方式) ，按▼、▲键修改参数值，使SV窗显示2。

(3)、再按SET键，PV窗显示oP-b (副控输出方式) ，按▼、▲键修改参数值，使SV窗显示1。

(4)、再按SET键，PV窗显示ALP (报警方式) ，按▼、▲键修改参数值，使SV窗显示1。 (5)、再按SET键，PV窗显示CooL (正反控制选择) ，按▼键，使SV窗显示0。 (6)、再按SET键，PV窗显示P-SH (显示上限) ，长按▲键修改参数值，使SV窗显示180。 (7)、再按SET键，PV窗显示P-SL (显示下限) ，长按▼键修改参数值，使SV窗显示-1999。 (8)、再按SET键，PV窗显示Addr (通讯地址) ，按、▼、▲三键调整参数值，使SV窗显示1。

(9)、再按SET键，PV窗显示bAud (通讯波特率) ，按、▼、▲三键调整参数值，使SV窗显示9600。

(10)、长按SET键快捷退出，再按住SET键保持约3秒钟，仪表进入参数设置状态，PV窗显示AL-1(上限报警)；按、▼、▲三键可调整参数值，使SV窗显示实验给定值(如100℃)。 (11)、再按SET键，PV窗显示Pb (传感器误差修正) ，按▼、▲键可调整参数值，使SV窗显示0。

(12)、再按SET键，PV窗显示P (速率参数) ，按、▼、▲键调整参数值，使SV窗显示280。

(13)、再按SET键，PV窗显示I (保持参数) ，按、▼、▲三键调整参数值，使SV窗显示380。

(14)、再按SET键，PV窗显示d (滞后时间) ，按、▼、▲键调整参数值，使SV窗显示70。

(15)、再按SET键，PV窗显示FILt (滤波系数) ，按▼、▲、键可修改参数值，使SV窗显示2。

(16)、再按SET键，PV窗显示dp (小数点位置) ，按▼、▲键修改参数值，使SV窗显1。 (17)、再按SET键，PV窗显示outH (输出上限) ，按、▼、▲三键调整参数值，使SV窗显示110。

(18)、再按SET键，PV窗显示outL (输出下限) ，长按▼键，使SV窗显示0后释放▼键。 (19)、再按SET键，PV窗显示At (自整定状态) ，按▼键，使SV窗显示0。 (20)、再按SET键，PV窗显示LoCK (密码锁) ，按▼键，使SV窗显示0。 (21)、长按SET键快捷退出，转速控制参数设置完毕。

3、按住▲键约3秒，仪表进入“SP” 给定值(实验值)设置，此时可按上述方法按、 ▼、▲三键设定实验值，使SV窗显示值与AL-1(上限报警)值一致(如100.0℃)。

4、再合上图29—2中的温度源的电源开关，较长时间观察PV窗测量值的变化过程(最

终在SV给定值左右调节波动)。

1、 做其它任意一点温度值实验时(温度≤160℃)，只要重新设置AL-1(上限报警) 和 “SP” 给定值，即AL-1(上限报警)＝“SP” 给定值。设置方法：按住SET键保持约3秒钟，仪表进入参数设置状态，PV窗显示AL-1(上限报警)。按、▼、▲键可修改参数值，使SV窗显示要新做的温度实验值；再长按SET键快捷退出之后，按住▲键约3秒，仪表进入“SP” 给定值(实验值)设置，此时可按、▼、▲三键修改给定值，使SV窗显示值与AL-1(上限报警)值一致(要新做的温度实验值)。较长时间观察PV窗测量值的变化过程(最终在SV给定值左右调节波动)。

6、大范围改变控制参数P或I或d 的其中之一设置值(注：其它任何参数的设置值不要改动)，观察PV窗测量值的变化过程(控制调节效果)。这说明了什么问题?实验完毕，关闭电源。

实验三十 Pt100铂电阻测温特性实验

一、实验目的：在实验二十九的基础上了解Pt100热电阻—电压转换方法及Pt100热电阻

测温特性与应用。

二、基本原理：利用导体电阻随温度变化的特性，可以制成热电阻，要求其材料电阻温度

系数大，稳定性好，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系。常用的热电阻有铂电阻(500℃以内)和铜电阻(150℃以内)。铂电阻是将0.05～0.07ｍｍ的铂丝绕在线圈骨架上封装在玻璃或陶瓷内构成，图30—1是铂热电阻的结构。 在0～500℃以内，它的电阻Rt与温度t的关系为：

Rt=Ro(1+At+Bt)，式中： Ro系温度为0℃时的电阻 图30—1铂热电阻的结构 值(本实验的铂电阻Ro＝100Ω)。A＝3.9684×10／℃，B＝－5.847×10／℃。铂电阻一般是三线制，其中一端接一根引线另一端接二根引线，主要为远距离测量消除引线电阻对桥臂的影响(近距离可用二线制，导线电阻忽略不计)。实际测量时将铂电阻随温度变化的阻值通过电桥转换成电压的变化量输出，再经放大器放大后直接用电压表显示，如图30—2所示。

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图30—2热电阻信号转换原理图

图中△V=V1-V2；V1=［R3/(R3+Rt)］Vc；V2=［R4/(R4+R1+RW1)］Vc；

△V=V1

-V2=｛［R3/(R3+Rt)］－［R4/(R4+R1+RW1)］｝Vc；

所以Vo=K△V= K｛［R3/(R3+Rt)］－［R4/(R4+R1+RW1)］｝Vc。

式中Rt随温度的变化而变化，其它参数都是常量，所以放大器的输出Vo与温度(Rt)有一一对应关系，通过测量Vo可计算出Rt：

Rt=R3［K(R1+RW1)Vc-(R4+R1+RW1)Vo］／［KVcR4+(R4+R1+RW1)Vo］。

Pt100热电阻一般应用在冶金、化工行业及需要温度测量控制的设备上，适用于测量、控制＜600℃的温度。本实验由于受到温度源及安全上的限制，所做的实验温度值＜160℃。

三、需用器件与单元：主机箱中的智能调节器单元、电压表、转速调节0～24V电源、

±15V直流稳压电源、±2V～±10V（步进可调）直流稳压电源；温度源、Pt100热电阻二支(一支温度源控制用、另外一支温度特性实验)、温度传感器实验模板；压力传感器实验模板(作为直流mV信号发生器)、41位数显万用表（自备）。 2温度传感器实验模板简介：图30—3中的温度传感器实验模板是由三运放组成的测量放大电路、ａｂ传感器符号、传感器信号转换电路(电桥)及放大器工作电源引入插孔构成；其中RW1实验模板内部已调试好(RW1+R1=100Ω)，面板上的RW1已无效不起作用；RW2为放大器的增益电位器；RW3为放大器电平移动(调零)电位器；ａｂ传感器符号：< 接热电偶(Ｋ热电偶或Ｅ热电偶)；双圈符号接AD590集成温度传感器；Rt接热电阻(Pt100铂电阻或Cu50铜电阻)。具体接线参照具体实验。

四、实验步骤

1、温度传感器实验模板放大器调零：按图30—3示意接线。将主机箱上的电压表量程切换开关打到2V档，检查接线无误后合上主机箱电源开关，调节温度传感器实验模板中的RW2(增益电位器)顺时针转到底，再调节RW3(调零电位器)使主机箱的电压表显示为0(零位调好后RW3电位器旋钮位置不要改动)。关闭主机箱电源。

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