《检测仪表》实验指导书

-1-检测仪表实验指导书李丽娟南京工业大学自动化学院2011-11-01-2-目录实验一Pt100热电阻特性及K型热电偶特性实验………………1实验二智能调节仪表接口及控制实验…………………………6附录………………………………………………………………9-3-实验一Pt100热电阻特性及K型热电偶特性实验一．实验目的1．了解铂电阻Pt100的特性与应用。2．了解K型热电偶的特性与应用。二．实验内容1．铂电阻Pt100的特性测试。2．K型热电偶的特性测试。三．实验设备及仪器1．温度源2．Pt100热电阻3．智能调节仪4．水银温度计5．调压模块6．万用表7．K型热电偶四．实验注意事项1．开始加热前应先将风扇打到强档对加热铝块吹风1分钟左右。2．实验中拔出的一只温度传感器应放在有机玻璃罩外。3．当铝块温度超过200度时，应停止实验，并打开风扇降温。实验结束后应打开风扇将铝块温度降到常温。4．将设备恢复原状，Pt100传感器、工业水银温度计和万用表应交实验室老师妥善保管。五．实验线路及原理利用铂电阻电阻随温度变化的特性，把温度值转化为电阻值。铂电阻用于测量时，要-4-求器件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的关系。电阻Rt与温度t之间近似直线关系的关系为：Rt＝R0(1+At+Bt2)0≤t≤650℃Rt＝R0(1+At+Bt2＋C(t-100)t3)-200℃≤t≤0R0为温度0℃时的电阻。Pt100为在0℃时R0=100Ω。A、B、C是由实验测得的常数，其中A=3.9684×10-3，B=-5.847×10-7，C=-4.22×10-12，B、C在一般的计算中可以忽略不计。Pt100温度传感器时是利用金属铂在温度变化时自身电阻值也随之改变的特性来测量温度的，显示仪表将会指示出铂电阻的电阻值所对应的温度值。当被测介质中存在温度梯度时，所测得的温度是感温元件所在范围内介质层中的平均温度。K型热电偶是当镍铬-镍硅（镍铝）两种不同的金属组成回路，产生的二个接点有温度差会产生热电势，这就是热电效应。温度高的接点是工作端，将其置于被测温度场配以相应电路就可间接测得被测温度值。本实验主要时利用可控硅调压模块改变加热器的加热功率，来改变温度源的温度。智能调节仪（opi设置为4，opl设置为0，oph设置为100）调节输出0－100，相对与输出4－20mA给可控硅调压模块，调压模块改变电压的相位角，从而输出相应的交流电压0-220V，来控制加热器的加热功率。六．实验方法与步骤1．测Pt100热电阻的特性A．打开控制面板总电源、打开智能调节仪的电源开关和加热电源开关。B.拔出一只温度传感器，插入设备配带的专用的Pt100传感器和工业水银温度计。C.将Pt100的引出线用专用接线头接到万用表上。将调压模块信号输入+、-分别接到智能仪表的信号输出+、-端。D.智能仪表参数设置：opi设置为4，opl设置为0，oph设置为100;将智能仪表的调节输出改为手动状态，并设为最大值100。E.记下温度为50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃（以水银温度计为准）时的电阻-5-值。F.当铝块温度超过200度时，关掉加热电源开关，打开风扇降温，将铝块温度降到常温。注：读电阻值时可以使用万用表的HOLD功能2．测K型热电偶的特性A.打开加热电源开关，插入工业水银温度计。B.将K型热电偶的引出线接到万用表上。将调压模块信号输入+、-分别接到智能仪表的信号输出+、-端。C.智能仪表参数设置：opi设置为4，opl设置为0，oph设置为100。D.将智能仪表的调节输出改为手动状态，并设为最大值100。E.记下温度为50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃、180℃、190℃、200℃（以水银温度计为准）时的电压值。F.关掉加热电源开关，打开风扇至强档，将铝块温度降到常温。注：读电压值时可以使用万用表的HOLD功能七．实验报告内容与要求1．列出温度－电阻原始数据记录表，表格如下：2．根据记录数据画出温度—电阻值曲线，并分析说明Pt100热电阻的特性。3．列出温度－电压原始数据记录表，表格如下：4．根据记录数据画出热电偶温度特性曲线，并分析说明K型热电偶的特性。序号1234567891011…16温度℃5060708090100110120130140150200电阻Ω序号1234567891011…16温度℃5060708090100110120130140150200电压mV-6-实验二智能调节仪表接口及控制实验一．实验目的1．熟悉智能调节仪的功能及通信协议。2．学会用编程语言实现简单PID控制。3．掌握智能调节仪与计算机双向通信的方法及编程实现。二．实验内容1．熟悉智能调节仪的功能及通信协议。2．编写PID控制算法程序和通信程序，由计算机对温度源进行控制。三．实验设备及仪器1．温度源2．Pt100或K型热电偶3．智能调节仪4．调压模块5．计算机6．RS485/232转接线四．实验线路及原理本实验采用计算机进行温度PID闭环控制。对温度实际值与设定温度值进行比较得到偏差，再根据设定的P、I、D参数进行PID运算，输出信号对可控硅调压模块进行控制，从而控制加热功率以达到控制温度稳定的目的。原理如下图所示：智能调节仪计算机温度对象热电偶/热电阻测量值-7-PID控制的原理基于下面的公式：M（t）＝Kc*e+Kc∫edt＋Kc*de/dt＋Mintal输出＝比例项＋积分项＋微分项M（t）——PID回路的输出，是时间函数Kc——PID回路的增益e——PID回路的偏差Mintial——PID回路输出的初始之值算法需要从智能调节仪取当前温度数据，并把计算后得到的控制量写入调节仪，因此需要智能调节仪与计算机进行双向通信。五．实验方法及步骤1．熟悉智能调节仪的基本性能规格和操作，熟悉智能调节仪的通信协议，通信协议见附录。2．用VB或VC等高级语言编写智能调节仪与计算机双向通信的程序并编译通过。3．打开智能调节仪电源，打开温度源电源，测试通信程序。4．编写PID控制算法程序并编译通过，输入数据来自智能调节仪的实时温度值，经PID运算后产生控制输出量，写入到智能调节仪，从而改变可控硅的电压控制温度值。5．联机调试，并通过调节P、I、D参数得到不同的控制曲线。具体步骤如下：A．将Pt100的输出信号+、-端分别接到智能仪表的信号输入+、-端。将调压模块信号输入+、-分别接到智能仪表的信号输出+、-端。用通讯线连接控制面板上RS232通讯口至计算机COM1口；注：用K型热电偶测温时，将K型热电偶的输出信号+、-端分别接到智能仪表的信号输入+、-端。Pt100和K型热电偶不能同时使用B．打开智能调节仪电源，打开温度源加热电源和风扇电源；主要仪表参数设置：sn设置为21，dip设置为1，dil设置为0，dih设置为200，opl设置为4，addr设置为1，baud设置为9600注：用K型热电偶测温时，sn设置为0。C．运行控制程序，观察温度曲线变化情况，若温度不能稳定或与设定值偏差较大，则修改后PID参数重新运行程序，直至得到满意的曲线。D．将铝块温度降至常温，关闭温度源加热电源和风扇电源。注：环境温度较高时，风扇电源可以打到微风档或中风档。-8-六.实验报告内容与要求1．画出通信程序和控制算法程序的程序流程图；2．写出关键程序并做详细注释；3．打印不同参数和设定值时的温度变化曲线。-9-附录AI系列仪表V6.0串行通讯接口协议说明AI系列人工智能调节器/多路巡检仪/流量积算仪的AI通讯接口协议，具备16位的求和校正码，通讯可靠,支持1200,2400,4800,9600,19200等多种波特率,并且将上位机访问一台仪表的平均时间缩短到0.1秒以下．仪表允许在一个RS485通讯接口上连接多达101台仪表。一、接口规格AI系列仪表使用异步串行通讯接口，接口电平符合RS232C或RS485标准中的规定。数据格式为1个起始位，8位数据，无校验位，一个或2个停止位。通讯传输数据的波特率可调为1200--19200bit/S（波特率为19200时需配界高速光耦的通讯模块。AI仪表采用多机通讯协议，如果采用RS485通讯接口，则可将1—101台的仪表同时连接在一个通讯接口上。采用RS232C通讯接口时，一个通讯接口只能联接一台仪表。RS485通讯接口通讯距离长达1KM以上，只需两根线就能使多台AI仪表与计算机进行通讯，优于RS232通讯接口。为使用普通个人计算机ＰＣ能作上位机，可使用RS232C/RS485型通讯接口转换器，将计算机上的RS232C通讯口转为RS485通讯口。宇光电子技术有限公司所为此专门开发了新型RS232/RS485转换器，与其他公司同类产品相比，具备体积小，无需初始化而可适应任何软件，无需外接电源，具有抗雷击等优点．按RS485接口的规定，RS485通讯接口可在一条通讯线路上连接最多32台仪表或计算机。需要联接更多的仪表时需要中继器，也可选择采用特殊芯片的通讯接口，则最多可连接100台AI仪表在一条通讯线路上，目前生产的AI仪表通讯接口模块通常采用特殊芯片，具备一定的防雷和防静电功能，且无需中继器即可连接约101台仪表。AI仪表的RS232C及RS485通讯接口采用光电隔离技术将通讯接口与仪表的其他部分线路隔离，当通讯线路上的某台仪表损坏或故障时，并不会对其它仪表产生影响。同样当仪表的通讯部分损坏或主机发生故障时，仪表仍能正常进行测量及控制，并可通过仪表键盘对仪表进行操作。16位校验码不仅保证数据可靠性，并保证在通讯异常，比如网络上有地址相同的仪表或有其他公司产品时，仪表和计算机机仍能分别正常工作，不会产生数据混乱的问题，因此采用AI仪表组成的集散型控制系统具有较高工作可靠性。由于采用普通计算机作上位机，其软件资源丰富，发展速度极快。新的AI上位机软件广泛采用WINDOWS作为操作环境，不仅操作直观方便，而且功能强大。这使得AIDCS系统价格大大低于传统DCS系统，而性能及可靠性则均可优于传统DCS系统。二、通讯指令-10-AI仪表采用16进制数据格式来表示各种指令代码及数据。AI仪表软件通讯指令经过优化设计，只有两条，一条为读指令，一条为写指令，两条指令使得上位机软件编写容易。不过却能100%完整地对仪表进行操作。地址代号：为了在一个通讯接口上连接多台AI仪表，需要给每台AI仪表编一个互不相同的代号。AI有效的地址为0—100。所以一条通讯线路上最多可连接101台AI仪表。仪表的地址代号由参数Addr决定。仪表内部采用整型数据表示参数及测量值等，数据最大范围为：-2999—+32767。因此采用-32768—-7160之间的数值来表示地址代号，来降低因数据与地址重复造成冲突的可能性。AI仪表通讯协议规定，地址代号为两个字节，其数值范围（16进制数）是80H—BFH，两个字节必需相同，数值为（仪表地址+80H）。例如，仪表参数Addr=10（16进制数为0AH，0A+80H=8AH），则该仪表的地址表示为：8AH8AH参数代号：仪表的参数用1个8位二进制数（一个字节，写为16进制数）的参数代号来表示。它在指令中表示要读/写的参数名。参数代号见下表：AI仪表可读／写的参数代号表参数调节器AI-708M巡检仪流量积算仪AI-338频率调节器代号（AI-708/808/708P/808P）（AI-708H/Y)/IO模块00H状态位（空）SV批量控制给定值SV/SteP给定值/程给定值/程序段序段01HHIAL上限报警HIA(X)FHIAHIAL上限报警02HLoAL下限报警LoA(X)FLoALoAL下限报警03HDHAL正偏差报警（空）SPEDHAL正偏差报警04HDLAL负偏差报警（空）ActDLAL负偏差报警05HdF回差dF(X)EsndF回差06HCtrl控制