[发明专利]一种单回路快速温度控制实验教学装置

说明书

技术领域

本发明涉及教学仪器技术领域，尤其是一种教学用单回路快速温度控制实验教学装置。

背景技术

温度是生产过程和科学实验中普遍存在而且重要的物理参数之一。在很多生产过程中，温度的测量和控制不仅与生产安全、生产效率、产品质量、能源节约等重大技术经济指标紧紧相连，也是实现工业生产过程自动化的一项重要任务。

温度测量是温度控制的基础，测量技术也比较成熟，温度控制则由于被控对象越来越复杂而存在需要更好的提高控制性能以满足不同系统的控制要求。目前温度测量有多种方法也都比较成熟，从测量体与被测介质接触与否，主要有接触式测温和非接触式测温两种方法。其中接触式测温方法简单、可靠，测量精度高，但是由于测温元件要与被测介质接触进行热交换才能达到热平衡，因而在测量中产生了滞后现象，同时测量体也可能与被测介质产生化学反应而影响测量精度，此外，测量体材料受温度限制大，不适于高温测量。相比之下，非接触式测温的上下限原则上不受限制，测温度速快，可以对运动体进行测量，但是其应用受到物体的辐射率、距离以及空气因素的影响，误差较大。温度控制目前最常用的PID控制，并对PID算法进行了优化，使PID算法更能适应现代温度控制的要求。

随着工业生产自动化的发展及需求，普通高校、职业院校也相继开办了相关专业及课程，但是目前大多数学校的过程控制类课程的教学还停留在书本教学的阶段，而实验仪器则相对匮乏，不能满足高等院校过程控制类专业教学实验的需求，而实验中若采用水温测量，则温度升高速度慢，涉及实验前后的取水、防水问题，并且因为实验仪表和上位机等设备都要与电源相连接，也容易造成潜在的安全隐患，因此，有必要设计提供一种满足过程控制类教学实验的装置，以满足课堂教学实验的要求，增强学生对课程内容及工业生产过程自动化的了解，也可为研究生和科研人员在复杂系统及先进控制系统的研究提供工业过程自动化相关的物理模拟对象和实验手段。

发明内容

本发明创作的目的在于针对现有过程控制类课程教学实验装置的不足，提供一种单回路快速温度控制实验教学装置，该装置结构简单、合理，直观明了，热源升温快，缩短了实验时间，实现了直观式单回路控制原理学习、操作、实时演示、性能分析等系列技能和实验设计功能，可同时满足本科生的课堂实验要求和研究生及科研人员对复杂控制系统和先进控制系统的研究。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种单回路快速温度控制实验教学装置，包括有被控对象、用于感应被控对象温度的温度传感器、连接温度传感器的温度变送器、连接温度变送器的智能调节仪表、以及与智能调节仪表连接的调压模块和上位机；其中，被控对象通过温度传感器和温度变送器与智能调节仪表相互连接，智能仪表实现温度的采集和控制量的输出，输出的控制量通过数据线送给调压模块，并通过RS232通讯口与上位机连接，上位机装有MCGS组态软件，可以通过调节PID参数使系统获得较好的动态性能指标。

进一步地，所述的被控对象为卤钨灯热源，卤钨灯热源采用1000W卤钨灯泡并设计反光罩罩在其外面；该反光罩采用复合抛物面结构的铸铁，将其表面抛光后镀金(银)，以提高抛物面的反射率。

进一步地，所述卤钨灯热源的温度值作为控制量，温度传感器测得卤钨灯热源的温度并将信号送给温度变送器，温度变送器将温度传感器的电压/电流信号转换为标准统一信号送给智能调节仪表，实现温度的采集与控制量的输出。

进一步地，所述温度传感器为热电偶或热电阻，热电偶或热电阻采集的信息通过温度转换器转换为标准电压/电流信号，并通过数据线将标准信号送到智能调节仪表，智能仪表根据温度设定值和测量值的差值，通过自身的PID调节功能调节调压模块的输出电压。

进一步地，所述调压模块包括有移相触发器与随机型固态继电器，两者相匹配使用，实现移相调压功能；其中，所述移相触发器以负载交流电压为相同相位，随着控制电压变化，内部产生相对负载交流电压180°-0°的触发脉冲，驱动随机型固态继电器实现负载端电压的连续调节。

进一步地，所述智能调节仪表包括有两个显示窗可同时显示温度设定值和温度实时测量值，且可以手动调节也可以自动调节。

进一步地，所述温度转换器、智能调节仪表和调压模块安装在同一综合支架上，并设置于实验台的一侧。