汕  头  大  学  实  验  报  告

学院: 工学院       机电系：10级           时间: 20##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  温度测量及控制实验

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为摄氏温度

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。

1.        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。

2.        固态继电器调压原理

1. 上升时间tr

2. 峰值时间tp

3. 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

  

一、 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。

1．  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。

2．  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。

3．  同时在电脑Setp 7 MicroWIN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

Kp=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：

积分环节分析（对比Kp=4,Ti=2和Kp=4,Ti=4实验数据）：

    对比第一组与第二组数据，可以看出，第二组数据明显在峰值差、超调量、上升时间和峰值时间都比第一组数据的要大。所以，在实验的系统中，适当地减少积分时间可以使加热过程中的峰值差和超调量降低，峰值时间和上升时间减少。

比例环节分析（对比Kp=2,Ti=4； Kp=4,Ti=4； Kp=8,Ti=4实验数据）：

通过对比三组数据可以看出峰值差和超调量会随着P值的增大而减小，上升时间和峰值时间随着P值得增大而减小。由此我们可以得出，在实验的系统中，适当地调节Kp可以使系统在加热过程中的峰值差减小，超调量降低，也就是说系统的温度稳定性提高了，系统的动态相应速度也提高了。

4．  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2 PT100实验测量数据

Kp=8，Ti=4

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。

二、 思考题

1.         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。

2.         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，响应峰值提高。

3.         增益越大，上升时间就越短吗？如果不是，什么原因导致了这种误差？

答：由以上实验曲线分析可以看出，增益越大，上升时间没有多大的变化。原因主要是水的比热容较大，自身有较强的稳定性，而加热作用相对较小，因此表现出来的水温反应时间差异不大。另外，积分时间Ti对此也有影响。

第二篇：河南城建学院 工程测量实验报告 实验五 测回法水平角观测

河南城建学院

测量实验报告

实

                                                    班   级:              

                                       姓   名:               

                                       学   号:               

                                       小   组:               

实验五：测回法水平角观测

（一）  实验目的

（1）       进一步熟悉DJ6经纬仪。

（2）       掌握用DJ6经纬仪进行测回法观测水平角观测的操作、记录和计算方法。

（二）  实验要求

对于同一角度，每组观测两个测回，上下半测回互差不得超过+40″，各测回角度值互差不得大于+24″。

（三）  实验设备与学时

(1)   设备：每组1台DJ6型经纬仪（附脚架）、测钎2个、记录板1个、2H铅笔一支。                                       A

(2)   学时课内实验2学时。

（四）                                                       C

                                          B

                                                     图18—2 测回法观测水平角

如图18-2所示，设测站点为B，左目标为A，右目标为C，测定水平角为β，步骤如下：

（1）    在测站点B上安置经纬仪，对中整平。

（2）    使望远镜位于盘左位置，瞄准左边第一个目标A，用经纬仪的度盘变换手轮将水平度盘读数拨到略大于0°00′30″的位置上，读数a左并做好记录。

（3）       按顺时针方向，转动望远镜瞄准右边第二个目标C，读取水平度盘读数C左，记录，并在观测记录表格中计算盘左上半测回水平角值（C右—a左）。

（4）       将望远镜盘左位置换为盘右位置，先瞄准右边目标C，读取水平度盘读数，记录C右。

（5）       按逆时针方向，转动望远镜瞄准左边目标A，读取水平度盘读数a右，记录，并在观测记录表格中计算出盘右下半测回角值（C右—a左）。

（6）    比较计算的两个上、下半测回角值，若限差≦+40″，则满足要求，取平均求出一测回平均水平角值。

（7）    按上述步骤对该角进行第二测回观测。其中盘左位置，瞄准左边第一个目标A时，用经纬仪的度盘变换手轮将水平度盘读数拨到略大于  90°00′30″的位置上。两测回角值互差应不超过+24’’。

(五)  实验注意事项

（1）观测过程中，若发现气泡偏移超过偏移超过两格时，应重新整平仪器并重新观测该测回。

（2）光学经纬仪在一测回观测过程中，注意避免碰动度盘变换手轮，以免发生读数错误。

（3）误差超限须重新观测该测回。

（六）实验结果

                      水平角测回法记录表

日期：          年       月       日     天  气：             观测：          

班级；               小组：              仪器号：             记录：