熱電偶動(dòng)態(tài)特性的測(cè)定及校正.doc

大 學(xué) 本 科 生 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 專 用 紙課程名稱檢測(cè)技術(shù) 姓名 學(xué)號(hào)學(xué)院專業(yè)年級(jí)成績(jī)溫度調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)熱電偶2熱電偶1X-Y函數(shù)記錄儀溫度變送器管式電爐一、熱電偶動(dòng)態(tài)特性的測(cè)定及校正1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.1 學(xué)習(xí)用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定熱電偶的動(dòng)態(tài)特性并確定熱電偶的時(shí)間常數(shù)；1.2 了解熱電偶特性對(duì)動(dòng)態(tài)測(cè)溫的影響；1.3 掌握提高熱電偶動(dòng)態(tài)測(cè)溫精度的方法。2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2.1 用管式電爐控溫系統(tǒng)和函數(shù)記錄儀測(cè)取鎳鉻鎳硅熱點(diǎn)偶（分度號(hào)K）的特性；2.2 確定所測(cè)定熱電偶的時(shí)間常數(shù)；2.3 將熱電偶與模擬校正裝置串接，根據(jù)所測(cè)熱電偶的時(shí)間常數(shù)適當(dāng)選定校正裝置的參數(shù)，測(cè)定該測(cè)溫系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。3原理：從理論分析和實(shí)驗(yàn)得知，熱電偶具有一階非周期環(huán)節(jié)特性其傳遞函數(shù)為： （1）其中T為熱電偶的時(shí)間常數(shù)，取決于熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)、測(cè)溫介質(zhì)、性質(zhì)及工況。由自控原理可知，要提高熱電偶的動(dòng)態(tài)精度，應(yīng)提高其反應(yīng)速度，采用串聯(lián)超前校正裝置，令超前校正裝置的傳遞函數(shù)為： （2）其中K為校正環(huán)節(jié)放大倍數(shù)串接校正裝置后整個(gè)測(cè)溫系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為： （3）與未經(jīng)校正的熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)相比，校正后的時(shí)間常數(shù)T比T縮小了K倍。4超前校正裝置的實(shí)現(xiàn)模擬校正裝置線路如圖1所示：圖1 校正電路熱電偶時(shí)間常數(shù)放大器放大倍數(shù) 系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)5.實(shí)驗(yàn)設(shè)備5.1 管式電爐；5.2 鎳鉻鎳硅熱點(diǎn)偶（分度號(hào)K）兩支；5.3 溫度變送器420mA輸出；5.4 自制模擬校正裝置；5.5 函數(shù)記錄儀一臺(tái)。6.實(shí)驗(yàn)步驟6.1 測(cè)試熱電偶的時(shí)間常數(shù)（1）按圖2連接測(cè)溫系統(tǒng)各環(huán)節(jié)；圖2測(cè)溫系統(tǒng)（2）熱電偶1、溫度調(diào)節(jié)器，將管式電爐爐溫控制在200；（3）調(diào)整函數(shù)記錄儀：選擇適當(dāng)量程和走紙速度并做好記錄；（4）經(jīng)老師檢查無(wú)誤后開啟所有儀器的電源開關(guān)；（5）爐溫達(dá)到200左右時(shí)，首先開啟記錄儀，然后迅速地將待測(cè)熱電偶插入爐中，從記錄儀得到一條飛升曲線如圖3；圖3 時(shí)間常數(shù)獲?。?）待記錄儀記錄完畢（穩(wěn)態(tài)）后，取出熱電偶自然冷卻到室溫；（7）求取熱電偶時(shí)間常數(shù)。次y()0.632y()T(秒)13924.61866.2 熱電偶動(dòng)態(tài)校正(1) 將模擬校正裝置串聯(lián)到系統(tǒng)中如圖4所示：圖4加入校正后的測(cè)溫系統(tǒng)X-Y函數(shù)記錄儀校正裝置溫度變送器熱電偶2管式電爐熱電偶1溫度調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)大 學(xué) 本 科 生 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 專 用 紙課程名稱檢測(cè)技術(shù) 姓名學(xué)號(hào)學(xué)院專業(yè)年級(jí)成績(jī)經(jīng)過(guò)處理的R3=30Ky()=84，y（0）=44，所以0.632（y()-y（0）=25，從圖上得知T=60S與校正前相比，T=60ST=186S，系統(tǒng)響應(yīng)速度得到明顯的提升。由圖中也可以看出，系統(tǒng)對(duì)于階躍輸入的上升的速度快于校正前。經(jīng)過(guò)處理的R3=50Ky()=79，y（0）=40，所以0.632（y()-y（0）=24.6，從圖上得知T=75S與校正前相比，T=75ST=186S，即系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)減小，響應(yīng)速度變快。然而與R3=30K相比，T=75ST=60S，分析出現(xiàn)這種情況的可能原因有二：1、 實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)R3調(diào)節(jié)旋鈕檔位混亂，因此可能是儀器故障引起的。2、 在第三次將熱電偶插入電爐時(shí)，插入不夠迅速，即此次對(duì)熱電偶的輸入不是標(biāo)準(zhǔn)的階躍響應(yīng)。（2） 設(shè)定R3=30K、50K改變放大倍數(shù)，重復(fù)步驟1中(5)(6),得出兩條不同R3值的升曲線；圖 5 不同K值熱電偶響應(yīng)曲線（3）求取校正后的時(shí)間常數(shù)（4）比較校正前、后所得結(jié)果，作出分析。經(jīng)過(guò)處理的未校正的曲線y()=81，y（0）=42，所以0.632（y()-y（0）=24.6，從圖上得知T=186S大 學(xué) 本 科 生 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 專 用 紙課程名稱檢測(cè)技術(shù) 姓名 學(xué)號(hào)學(xué)院專業(yè)年級(jí)成績(jī)6.3 思考題（1） 在不同溫度下測(cè)取熱電偶的動(dòng)態(tài)特性曲線，求得的時(shí)間常數(shù)是否一樣？為什么？答：在不同溫度下，通過(guò)測(cè)取熱電偶的動(dòng)態(tài)特性曲線，求得的熱電偶的時(shí)間常數(shù)是一樣的。因?yàn)闊犭娕嫉臅r(shí)間常數(shù)，取決于熱電偶的材料、結(jié)構(gòu)、測(cè)溫介質(zhì)、性質(zhì)及工況，但與所測(cè)溫度無(wú)關(guān)。熱電偶的時(shí)間常數(shù)取決于熱電偶的傳遞函數(shù)，而傳遞函數(shù)是對(duì)熱電偶自身物理性質(zhì)的數(shù)學(xué)描述，不會(huì)因?yàn)楸粶y(cè)量量而改變。（2） 測(cè)取熱電偶的時(shí)間常數(shù)時(shí)，不進(jìn)行冷端補(bǔ)償會(huì)有什么影響？為什么？答：