[color=#990000]摘要:针对温度跟踪控制中存在热电堆信号小致使控制器温度跟踪控制精度差,以及热电阻形式的温度跟踪控制中需要额外配置惠斯特电桥进行转换的问题,本文提出相应的解决方案。解决方案的核心是采用一个多功能的超高精度PID控制器,具有24AD和16位DA,可大幅提高温差热电堆跟踪温度控制精度。同时,此PID控制器具有远程设定点功能,两个热电阻温度传感器可直接接入控制器就能实现相应的温度自动跟踪控制。由此仅通过一个超高精度PID控制器,可实现热电偶和热电阻形式的高精度温度跟踪控制。[/color][align=center][img=高精度温度跟踪控制,600,330]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/01/202301051642301750_9704_3221506_3.jpg!w690x380.jpg[/img][/align][size=18px][color=#990000][b]1. 问题的提出[/b][/color][/size] 在一些工业领域和热分析仪器领域内,常会用到温度自动跟踪功能,以达到以下目的: (1)保证温度均匀性:如一些高精度加热炉和半导体圆晶快速热处理炉等,为实现一定空间或面积内的温度均匀,一般会采取分区加热方式,即辅助加热区的温度会自动跟踪主加热区。 (2)绝热防护:在许多热分析仪器中,如绝热量热仪、热导率测试仪和量热计等,测试模型要求绝热边界条件。这些热分析仪器往往会采取等温绝热方式手段,由此来实现比采用隔热材料的被动绝热方式更高的测量精度。 自动温度跟踪功能的使用往往意味着要实现快速和准确的温度控制,其特征是具有多个温度传感器和加热器,其中温差探测器多为电压信号输出的热电偶和电阻输出的热电阻形式。对于采用这两种温差探测器的温度跟踪控制,在具体实施过程中还存在以下两方面的问题: (1)在以热电堆为温差传感器的跟踪温度控制过程中,往往会用多只热电偶构成热电堆来放大,N对热电偶组成的热电堆会将温差信号放大N倍,但即使放大了温差信号,总的温差信号对应的输出电压也是非常小。如对于K型热电偶,1℃温差对应40uV的电压信号,若使用10对K型热电偶组成温差热电堆,则1℃温差时热电堆只有400uV的电压信号输出。对于如此小的电压值作为PID控制器的输入信号,若要实现小于0.1℃的温度跟踪控制,一般精度的PID控制器很难实现高精度,因此必须采用更高精度的PID控制器。 (2)在以热电阻测温形式的跟踪温度控制过程中,情况将更为复杂,一般是采用复杂的惠斯登电桥(wheatstonebridge)将两只热电阻温度传感器的电阻差转换为电压信号,再采用PID控制器进行跟踪控制。但这样一方面是增加额外的电桥仪表,另一方面同样要面临普通PID控制器精度不高的问题。 为此,针对上述温度跟踪控制中存在的上述问题,本文将提出相应的解决方案。解决方案的核心是采用一个多功能的超高精度PID控制器,具有24AD和16位DA,可大幅提高温差热电堆跟踪温度控制精度。同时,此PID控制器具有远程设定点功能,两个热电阻温度传感器可直接接入控制器就能实现相应的温度自动跟踪控制。由此通过一个超高精度PID控制器,可实现热电偶和热电阻形式的高精度温度跟踪控制。[b][size=18px][color=#990000]2. 解决方案[/color][/size][/b] 为了实现热电堆和热电阻两种测温形式的温度跟踪控制,解决方案需要解决两个问题: (1)高精度的PID控制器,可检测由多只热电偶组成的温差热电堆输出小信号。 (2)不使用电桥仪器,直接采用PID控制器连接两只热电阻温度传感器进行跟踪控制。 为解决温度跟踪控制中的上述两个问题,解决方案将采用VPC-2021系列多功能超高精度的PID控制器。此控制器的外观和背面接线图如图1所示。[align=center][img=,600,177]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/01/202301051656426331_2008_3221506_3.jpg!w690x204.jpg[/img][/align][align=center][b][color=#990000]图1 VPC 2021系列多功能超高精度PID控制器[/color][/b][/align] 针对温度跟踪控制,VPC 2021系列多功能超高精度PID程序控制器的主要特点如下: (1)24位AD,16位DA,双精度浮点运算,最小输出百分比为0.01%。 (2)可连接模拟电压小信号,可连接各种热电偶,可连接各种铂电阻和热敏电阻温度传感器,共有多达47种输入信号形式。 (3)具备远程设定点功能,即将外部传感器信号直接作为设定点来进行自动控制。 对于由热电偶组成的热电堆温差探测器形式的温度跟踪控制,具体接线形式如图2所示。[align=center][color=#990000][b][img=温差热电堆控制器接线图,500,194]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/01/202301051643371408_3010_3221506_3.jpg!w690x268.jpg[/img][/b][/color][/align][align=center][b][color=#990000]图2 温差热电堆控制器接线图[/color][/b][/align] 图2是典型的温差热电堆控制器接线形式,其中用了两只或多只热电偶构成的热电堆检测物体AB之间的温差,温差信号(电压)直接连接到PID控制器的主输入端,PID控制器调节物体B的加热功率,使温差信号始终保持最小(近似零),从而实现物体B的温度始终跟踪物体A。 对于由热电阻温度传感器形式构成的温度跟踪控制,具体接线形式如图3所示。这里用了控制器的远程设定点功能,这时需要物体AB上分别安装两只热电阻温度计,其中物体B上的热电阻(两线制或三线制)连接到PID控制器的主输入端作为控制传感器,物体A上的热电阻(与物体B热电阻制式保持相同)连接到PID控制器的辅助输入端作为远程设定点传感器,由此实现物体B的温度调节始终跟踪物体A的温度变化。[align=center][img=热电阻温度传感器控制器接线图,500,195]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/01/202301051644317319_3570_3221506_3.jpg!w690x270.jpg[/img][/align][align=center][b][color=#990000]图3 热电阻温度传感器控制器接线图[/color][/b][/align][b][color=#990000][size=18px]3. 总结[/size][/color][/b] 高精度的温度跟踪控制一直以来都是一个技术难点,如对于热电偶组成的温差热电堆温度跟踪控制,若采用普通精度的PID控制器还有实现高精度的温度跟踪控制,通常需要增加外围辅助技术手段,一是通过增加热电偶对数来增大温差电压信号,但这种方式工程实现难度较大且带来导线漏热问题,二是采用较高品质的直流信号放大器对温差电压信号进行放大,这同时增加了控制设备的复杂程度和造价。 对于采用热电阻温度传感器进行温度跟踪控制,以往的实现方法是采用复杂的惠斯登电桥(wheatstone bridge)将两只热电阻温度传感器的电阻差转换为电压信号,这同样增加了控制设备的复杂程度和造价。 由此可见,采用VPC 2021系列多功能超高精度PID调节器,可直接与相应的温度传感器进行连接,简化了温度跟踪控制的实现难度和装置的体积,更主要的是超高精度的数据采集和控制可大幅提高温度跟踪的控制精度。[align=center]~~~~~~~~~~~~~~[/align][align=center][/align][align=center][/align]
热电阻的引出线方式有3种:即2线制、3线制、4线制。 3线制可以消除引线电阻的影响,测量精度高于2线制。作为过程检测元件,其应用最广。 4线制不仅可以消除引线电阻的影响,而且在连接导线阻值相同时,还可以消除该电阻的影响。在高精度测量时,要采用4线制。 2线制热电阻配线简单,但要带进引线电阻的附加误差。因此不适用制造A级精度的热电阻,且在使用时引线及导线都不宜过长。
ES008高精度钳形电流传感器一、特性ES008钳形电流传感器是一种高精度交流电流变换器,采用夹钳形结构设计,使用时可快速、容易的自由取放,小巧的体积更易于携带、使用上更加方便。适用于交流电流、漏电流、高次谐波电流、相位、电能、功率、功率因数等检测。ES008它可配合多种测量仪器,如:电能表现场校验仪、多功能电能表、示波器、数字万用表、电缆识别仪、电缆故障检测仪、双钳式接地电阻测试仪、双钳式相位伏安表、三相数字相位伏安表等,可在不断电的状态下,对多种电参量进行测量和比对。广泛用于变电站﹑发电厂﹑工矿企业以及检测站﹑电工维修部门进行电流检测和野外电工作业等。二、技术规格特点便携式的CT夹钳形结构、使用安全、方便钳口尺寸Φ7.5mm量程AC 0~30A分辨率AC 0.01mA精度±0.2%FS(50Hz/60Hz;23℃±2℃)相位误差≤2°(50Hz/60Hz;23℃±2℃)匝比2500:1(选购2000:1;1000:1)参考负载RL:0~300mA≤100Ω;0~3A≤10Ω;0~30A≤5Ω外形尺寸长42mm×厚20mm×高137mm输出接口3.5mm音频插头输出线长2m质量180g输出方式电流感应输出外壳材料ABS 树脂,阻燃等级94V0线路电压在600Vac(绝缘导线)30Vac(裸露导线)测试工作温度-25o C to +55o C绝缘电阻100 MΩ @ 500Vdc介质强度AC3700V/rms (铁心与外壳之间)电流频率45Hz~65Hz(被测电流频率)频率特性10Hz~100kHz
[color=#990000]摘要:针对低温恒温器中低温介质温度的高精度控制,本文主要介绍了低温介质减压控温方法以及气压控制精度对低温温度稳定性的影响,详细介绍了低温介质顶部气压高精度控制的电阻加热、流量控制和压力控制三种模式,以及相应的具体实施方案和细节。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][align=left][size=18px][color=#990000]1. 引言[/color][/size][/align] 在低温恒温器中,低温介质(液氦和液氮等)温度波动产生的主要原因是沸腾的低温介质顶部气压(真空度)的变化。因此,为了实现低温介质内部的温度稳定,就需要对低温介质顶部的气压进行准确控制。 国内外针对低温恒温器的温度控制大多采用以下三种技术途径: (1)主动控制方式:在浸没于低温介质的真空腔里直接引入加热电路,利用温度计对真空腔温度的实时监测数据,与目标温度值进行比较后来控制加入到加热电路中的电流。 (2)被动控制方式:对低温介质顶部气压进行控制,使低温介质温度稳定。 (3)复合控制方式:复合了上述两种控制方式,在浸没于低温介质的真空腔里直接引入加热控制电路之外,还同时对低温介质上部的气压进行控制。 电阻加热控温方式已经是一种非常成熟的技术,本文将主要针对低温介质顶部气压控制方式,介绍气压控制精度对低温温度稳定性的影响,以及高精度气压控制的实现途径和具体方案。[align=center][img=真空度控制,690,396]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112080959307199_6660_3384_3.png!w690x396.jpg[/img][/align][align=center][color=#990000]图1 液氦饱和蒸气压与温度关系曲线[/color][/align][size=18px][color=#990000]2. 气压控制精度与温度稳定性关系[/color][/size] 以液氦为例,液氦的饱和蒸汽压与对应温度变化曲线如图1所示。 由图1可以看出,在很小的温度范围内,上述曲线可以用直线段来描述,所以可以得到4K左右的温度范围内,气压大约100Pa的波动可引起1mK左右的温度波动。由此可以认为,如果要实现1mK以下的波动,气压波动不能超过100Pa。[size=18px][color=#990000]3. 顶部气压控制的三种模式[/color][/size] 低温介质顶部气压控制一般采用三种模式:电阻加热、流量控制和压力控制。[size=16px][color=#990000]3.1 电阻加热模式[/color][/size] 在低温恒温器的恒温控制过程中,电阻加热模式是在低温介质中放置一电阻丝加热器,如图2所示,真空计检测顶部气压变化,通过PID控制器改变加热电流大小来调节和控制顶部气压,将顶部气压恒定在设定值上。从图2可以看出,电阻加热模式比较适合增加顶部气压的升温控温方式,但无法实现减压降温。[align=center][color=#990000][img=真空度控制,690,569]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112081000054776_8294_3384_3.png!w690x569.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2 电阻加热模式示意图[/color][/align][size=16px][color=#990000]3.2 流量控制模式[/color][/size] 流量控制模式是一种典型的减压降温模式,如图3所示,真空泵按照一定抽速连续抽取低温恒温器来降低顶部气压,真空计、电动针阀和PID控制器构成闭环控制回路,通过电动针阀调节抽气流量使顶部气压准确恒定在设定真空度上。由此可见,流量控制模式比较适合降低顶部气压的降温控温方式,但无法实现增压升温。[align=center][color=#990000][img=真空度控制,690,504]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112081000399321_2525_3384_3.png!w690x504.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图3 流量控制模式示意图[/color][/align] 另外流量控制模式中,真空泵的连续抽气使得低温介质的无效耗散比较严重。[size=16px][color=#990000]3.3 压力控制模式[/color][/size] 压力控制模式是一种即可增压也可减压的控温模式,如图4所示,当采用真空泵抽气时为减压模式,当采用增压泵时为增压模式,由此可实现宽温区内温度的连续控制。所采用的调压器自带一路进气口(大气压),结合真空泵在对顶部气压进行恒压控制的同时,可有效避免低温介质的大量无效耗散。[align=center][color=#990000][img=真空度控制,690,518]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112081000533816_3012_3384_3.png!w690x518.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图4 压力控制模式示意图[/color][/align] 另外,这里的增压方式也可以采用低温介质中增加电加热器来实现。[size=18px][color=#990000]4. 其他实施细节[/color][/size] 在上述三种控制模式实施过程中,还需特别注意以下细节: (1)真空计的选择 真空计是测量顶部气压变化的传感器,是决定低温恒温器温度控制稳定性的关键,所以一定要选择高精度真空计。 目前高精度真空计一般为电容薄膜规,一般整体精度为0.2%。 如前所述,在液氦4K左右的恒温控制过程中,要求气压波动不超过100Pa,及±50Pa,如果对应于100kPa的气压控制,则真空计的精度要求需要高于±0.05%。由此可见,对于温度波动小于1mK的恒温控制,还需要更高精度的真空计。 (2)PID控制器的选择 在恒温控制过程中,PID控制器通过A/D转换器采集真空计的测量值,计算后再将控制信号通过D/A转换器发送给执行器(电动针阀、调压器和加热电源等)。为此,要保证能充分发挥真空计的高精度和控制的准确性,需要A/D和D/A转换器的精度越高越好,至少要16位,强烈建议选择24位高精度的PID控制器。 (3)调压器的配置 调压器是一种集成了真空压力传感器、控制器和阀门的压力控制装置,但真空压力传感器的精度远不如电容薄膜规,控制器精度也比较低。为此在使用调压器时,要选择外置控制模式,即采用电容薄膜规作为控制传感器。 另外,需要特别注意的是,调压器中控制器的A/D和D/A转换器精度较低,因此对于高精度和高稳定性的顶部气压控制而言,不建议采用控压模式,除非采用特殊订制的高精度调压器。[hr/]
电阻计实现了自动化系统中所要求的速度和高精度,而且宽量程、高分辨率、适用于系统测试的电阻计,可用于制造工程中手动的取样检查。 的特点如下: 1、有直观的用户接口,高度抗干扰性,最实用与自动一体化; 2、广范围测量最低0.1μΩ(20.00mΩ),最高110MΩ; 3、快速采样,最快可达0.6ms(*根据设定条件的不同,会有差异); 4、有双重检查功能保证准确接触,实现可靠性测试; 5、补正偏置电压,用9451(Pt)/温度探头进行温度补正功能; 6、运用4端子测量技术,测试线接触电阻可忽略不计; 7、可用于集成电路片电感器和EMC对应零件的低能耗电阻测量; 8、具备统计、演算功能。若再另配选件的9670,可达到印字功能。 9、提供高性能的接触检查功能,比较器功能和数据输出功能。
分享一下有关精密电阻的知识何为精密电阻,一般指精度高(万分之一以上)、温漂低(10ppm以下)及长期稳定性(年变化率小于50ppm)。从品种上讲可以有金属膜电阻、线绕电阻、金属箔电阻。但从整体指标上看,金属箔电阻明显要比其它几类电阻精密得多。第一只金属箔电阻是1962年由物理学家 FelixZandman博士发明的,在随后发展的五十多年间,金属箔电阻在要求高精度、高稳定性、高可靠性的应用方面远远超越其他电阻技术,满足了各种行业的高端应用需求,如航空航天、军用装备、精密测量、医疗设备等领域。目前世界上有三家公司掌握着这种电阻的生产技术,分别是以色列的Vishay(威世精密测量集团,包括被Vishay收购的AE)、中国的山东航天正和电子有限公司(原济宁元器件三厂)、中国的北京718友晟电子有限公司(原北京718厂)。从金属箔电阻的整体技术水平上来说,威士精密测量集团占有绝对的优势。尤其是新研发的Z-Foil金属箔电阻技术,使各项技术指标又有了大幅提高,如在-55℃~+125℃温度范围内、+25℃参考温度下,Z箔电阻具有±0.2 ppm/°C 典型TCR。 下面讲一讲其作为精密电阻的一些主要技术参数n 温度系数(TCR)l ±5 ppm/oC 典型(-55 oC to +125 oC, +25 oC ref.)n 额定功率l 1W at +125 oCn 负载寿命稳定性: ±0.005 %(50ppm) at +70 oC, 5000 小时n 精度: 0.005 % (十万分之五)n 阻值范围: 0.5Ω to 1 MΩn 静电放电负荷 (ESD) 至少25, 000 Vn 无感无容设计n 上升时间: 1 ns 无振铃n 热稳定时间 1sec (常规阻值的稳态值在10ppm以内)n 电流噪声: 0.010 μV (RMS)/Volt加载电压( - 40 dB)n 热EMF: 0.05μV/oCn 电压系数: 0.1 ppm/V
这是在38度发烧论坛看到的。由于在一些分析仪器上比如气相色谱的FID检测电路,就有这种高阻。所以转了一下。高阻电阻1、高阻的意义弱电流的产生离不开高阻做采样,弱电流的测试也需要高阻作为反馈电阻。同样,测试高阻的时候,也同样需要微电流计。高阻与微弱电流就是这样紧密联系在一起的。常见的电阻阻值范围是1欧到10M,达到几十M、100M,就可以认为是高阻了。更高的电阻,用M来表示已经不够,就需要用G来表示,1G=1000M,这个与硬盘的容量的表示方法是一样的有的时候用G表示也不够了,我们就用T来表示,1T=1000G=1E12。2、高阻的特点最简单的弱电流测试,就是让弱电流流过一个高阻电阻,然后测试这个高阻上的压降。例如我们如果有个10G(也就是10,000M)的电阻,那么1pA的电流流过,就能产生10mV的电压,就很有可能测量出来。同样,假设我们要产生一个1pA的电流,也可以先得到10mV的电压,再加上一个10G的电阻就可以了。当要求的测试的电流越小,或者想产生更小的电流,就要求电阻的阻值越高,100G、1T的电阻也是经常能见到的。显然,电流的测试精度和产生精度直接取决于电阻的精度,所以这就对这些高阻提出了更高的要求。 我们知道,最好的电阻材料是金属,也就是金属箔电阻、线绕电阻所用的材料。但是,金属的电导率比较好,一旦电阻超过一定数值,就需要很细(比头发丝细得多)、很长(至少几公里)的线,这就不现实了。所以,高阻电阻都是采用电阻率超高的材料,例如金属氧化膜、有机材料。这些材料的温度系数很难找到好的,而且稳定性也很难做好,成为高阻电阻的一个挑战。上面说了,要想得到精确的电流,或者能精确的测试微小电流,就需要高精度的高阻。而恰恰是高阻电阻很难做到精确,所以微小电流的发生和测试,都不那么精确。高阻除了温度系数比较大、老化比较大以外,还有几个难于克服的弱点:a、湿度系数大。这主要原因在于很多电阻材料容易吸湿,而少许的吸湿就将大比例的改变高阻。另外,尽管很多高阻采取了密封措施,但表面泄露经常是更危险的,表面的脏污加上潮是,将彻底毁掉一个高阻。b、电压系数大。所谓电压系数,就是在不同电压下电阻是不同的。也就是说,在高阻的场合下,电流-电压曲线出现了非线性,不太遵从欧姆定律了。每变化1V,电阻可能改变几ppm、几十ppm甚至更多。越高的阻值这种现象越明显。c、响应时间很慢。这主要是分布电容造成的。如果有个10T的电阻,在10pF的分布电容下,时间常数就是不可思议的τ=100秒!而一般的测试都要等待3τ时间。因此,除非采取特殊措施,否则在T级别的电阻下,就必须忍耐超常的测试时间。3、高阻的使用鉴于此类原因,我们还在可能的情况下,尽量避免高阻的采用。能降低一个级别,就能提高一级性能。比如能采用1G的场合,就不用10G。aRKG) 要达到这一点,在电流发生的场合,就要减少电压。例如本来10pA的电流可以采用1V和100G来产生,要是降低标准电压到0.1V,那么只要10G就可以同样产生10pA电流。要是降低到10mV,那么只需要1G电阻了。同样,在电流的检测和反馈电路,本来10pA在100G上可以产生1V的电压。假设我们把这个满度电压降低到0.1V,就可以把电阻降低到1/10为10G当然,降低电压就需要放大器的Vos更小,也对调零电路、补偿电路提出更高的要求。值得注意的是,高阻往往与高压联系在一起的。原因是高压的发生、测试,都要求高阻;而高阻的测试,往往要用到高压。但是,一旦到了弱小电流领域,对高压、耐压就没什么要求,只要求体积小、性能好。只不过很多高阻为了照顾在高压下的表现,要兼顾两个方面的需求。一旦涉及高压,电阻的体积就比较大。即便不涉及高压的高阻,体积大点也容易做出。 4、虚拟高阻:模拟大电阻高精度实物高阻很难做,因此可以采用有源技术模拟出大电阻来。5、常见的实物高阻这个是国产的100M氧化膜电阻,特点是廉价,但温度系数非常之大,根本不能用于精密场合http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103241529_284900_1786353_3.jpg 这个是日本的100M电阻,随手在日本买的(每只100日元),温度系数很小,30ppm级别http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103241529_284901_1786353_3.jpg国产RHZ合成膜电阻。阻值范围很宽,特性一般,体积较大http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103241529_284902_1786353_3.jpg 这是常见的国产真空电阻。内部也是合成膜的,温度系数一般,但由于彻底隔绝外界,因此稳定性不错的,也不受湿度变化的影响。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103241529_284903_1786353_3.jpgDale的真空电阻,30G的http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103241529_284904_1786353_3.jpg HSK瓷管高阻。10T非常大了,所以能做到5%也很不容易。与玻璃比,瓷管密封的也是相当不错的http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103241530_284906_1786353_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103241530_284907_1786353_3.jpg 日本的RHnHVS,指标还不错,都是1%。阻值是1-3.33-10步进的,从1M一直到1T,是某模拟高阻表上拆下来的最大的1T的,温度系数指标是0.1%/C,即1000ppm/C。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103241530_284909_1786353_3.jpg这是617内部的330G电阻,蓝色的涂层估计是防潮的http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/03/201103241530_284910_1786353_3.jpg
[align=center][img=通过超高精度真空控制提高分子蒸馏分离纯度的方法,550,392]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211040202188410_3231_3221506_3.jpg!w690x492.jpg[/img][/align][color=#990000]摘要:为了提升蒸馏纯度,针对现有分子蒸馏中气体流量计式真空度控制系统存在精度较差和响应速度慢的问题,本文提出了更高精度的真空度控制解决方案。解决方案采用更直接、精密和快速的电动针阀来代替现有的气体质量流量计,并同时使用精度更高的薄膜电容规和24位AD、16位DA控制器,可实现任意设定真空度下±0.5%的控制精度,同时对温度等因素所带来的真空度变化有极快的响应,可保证分子蒸馏过程中真空控制的高精度和稳定性。[/color][align=center][color=#990000]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/color][/align][color=#990000][size=18px]一、问题的提出[/size][/color]分子蒸馏是一种特殊的液-液分离技术,它不同于传统蒸馏依靠沸点差分离原理,而是靠不同物质分子运动平均自由程的差别实现分离。当液体混合物沿加热板流动并被加热,轻、重分子会逸出液面而进入[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相[/color][/url],由于轻、重分子的自由程不同,因此,不同物质的分子从液面逸出后移动距离不同,若能恰当地设置一块冷凝板,则轻分子达到冷凝板被冷凝排出,而重分子达不到冷凝板沿混合液排出,由此达到物质分离的目的。短程蒸馏器是一个工作在0.001~1mbar(0.1~100Pa)绝对压力下热分离技术过程,它较低的沸腾温度,非常适合热敏性和高沸点物。在分子蒸馏工艺中,真空度的控制精度决定了分离物质的纯度,目前绝大多数分子蒸馏设备中真空度控制系统普遍还都采用液环真空泵与旋片式真空泵结合气体流量计的技术,这种通过气体流量计调节进气流量的方法无法实现高精度的真空度稳定控制,具体是以下几方面原因:(1)分子蒸馏过程的真空度变化范围一般为0.1~100Pa,这种高真空范围对气体流量计的真空漏率有较高要求,一般气体流量计很难满足要求,必须使用专门用于高真空的气体流量计。(2)气体流量计的调节精细度普遍较粗,如果要实现高精密的气体流量调节,同样要使用高档更精密的气体流量计。(3)通常气体流量计的响应速度比较慢,很难实现在1秒之内完成全闭到全关的动作时间。(4)多数分子蒸馏中的真空传感器普遍采用精度较差的数字皮拉尼电阻规和电热偶规等。(5)绝大多数调节气体流量计的PID控制器精度较差,多为12位AD和DA转换器,极少用到16位的AD和DA转换器,PID控制器的精度是决定分子蒸馏真空度控制精度的关键。为了提升蒸馏纯度,针对上述现有分子蒸馏中气体流量计式真空度控制系统存在的问题,本文提出了更高精度真空度控制的解决方案。解决方案将采用更直接、精密和快速的电动针阀来代替现有的气体质量流量计,并同时使用精度更高的薄膜电容规和24位AD、16位DA控制器,由此可实现分子蒸馏工艺中任意设定真空度下±0.5%的控制精度,并对温度等因素所带来的真空度变化有极快的响应,有效保证分子蒸馏过程中真空度的高精度和高稳定性。[size=18px][color=#990000]二、解决方案[/color][/size]通过上述分析可以看出,限制现有短程分子蒸馏工艺真空度控制精度的主要因素分别是:(1)气体质量流量计调节精度和响应速度。(2)真空度传感器的测量精度。(3)PID控制器的测量和控制精度。为解决上述问题,本文提出的具体解决方案是采用相应的三个替换装置,如图1所示。[align=center][color=#990000][img=短程分子蒸馏高精度真空度控制装置,690,282]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211040201378335_1412_3221506_3.jpg!w690x282.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图1 短程分子蒸馏高精度真空度控制装置[/color][/align]如图1所示,为提高蒸馏纯度,实现高精度真空度控制,解决方案采用了以下三个装置:[color=#990000](1)采用高速电动针阀代替气体质量流量计[/color]分子蒸馏高真空度控制的基本原理是调节蒸馏器的进气流量和出气流量并达到一个动态平衡,所以这里的技术关键是如何实现进气流量的精密调节。尽管气体质量流量计可以进行进气流量调节,但采用的是电磁阀技术,有着较大的迟滞现象和较慢的响应速度,这些都会影响真空度的控制精度。解决方案中所采用的高速电动针阀是一种高速步进电机驱动的纯机械式针型阀,在大幅度减少迟滞误差的同时,还将整体响应时间缩短到了800微秒,同时精细步长可实现阀门的快速精密调节。驱动控制只需采用0-10V的模拟电压,整体结构简单且可靠性强。多个规格的电动针阀具有不同的气体流量调节能力,可满足不同容积的蒸馏器的真空度控制,同时还可以采用FFKM全氟醚橡胶密封提高耐腐蚀性。[color=#990000](2)采用薄膜电容规代替皮拉尼电阻规和电热偶规[/color]薄膜电容规的测量精度要远高于皮拉尼电阻规和热偶规,在任意真空度下其精度都可以达到±0.25%。那么对于短程蒸馏器0.001~1mbar(0.1~100Pa)的真空度量程内,可直接选择一只1Torr的薄膜电容规即可满足全量程的真空度测量,如果为了保证0.1~1Pa范围内的测量精度,还可以再补充一只0.1Torr的薄膜电容规。这样,通过两只不同量程的薄膜电容规可覆盖全真空度范围内的准确测量。[color=#990000](3)采用超过精度真空控制器代替普通精度PID控制器[/color]在任何PID反馈式闭环控制系统中,无论传感器和执行器精度多高,最终的控制精度都需要控制器的精度予以保证,为此,在解决方案中采用了超高精度的PID真空控制器。此超高精度PID真空度控制器具有24位AD和16位DA,采用了双精度浮点运算可实现0.01%的最小输出百分比,这是目前国内外最高技术指标的工业用PID控制器。采用此真空控制器可充分发挥电动针阀执行器和薄膜电容规真空传感器的精度优势,而且此系列控制器具有单通道和双通道不同型号。单通道控制器是可编程PID控制器,突出特点是可以进行不同量程双真空计的自动切换来实现全量程自动控制。双通道控制器是一种定点控制器,两个通道可以分别独立控制真空度和温度。[size=18px][color=#990000]三、结论[/color][/size]新型的真空控制系统对短程分子蒸馏工艺的真空度控制过程进行了优化,对其中的真空度控制系统做出了以下三方面的改进:(1)采用电动针阀代替气体质量流量计,提高了进气流量调节执行器的精度。(2)采用薄膜电容规代替拉尼电阻规和电热偶规,提高了真空度测量的精度。(3)采用真空控制器代替传统的PID控制器,提高了PID控制精度,并扩展了控制功能,可实现双传感器自动切换和两个工艺参数同时控制。总之,通过以上改进可大幅提高短程分子蒸馏工艺的真空度控制水平,通过大量考核试验和实际应用已经证明,此解决方案成熟度很高,在全真空度范围内可轻松实现±0.5%的控制精度,如果采用更高精度的真空计,此解决方案可进一步达到±0.1%的控制精度。[align=center][/align][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]
一 区别:1.虽然都是接触式测温仪表但它们的测温范围不同热电偶使用在温度较高的环境如铂铑30---铂铑6(B型)测量范围为300度~~1600度短期 可测1800度.S型测一20~~1300(短期1600)K型测一50~~1000 (短期1200).XK型一50~~600(800)E型一40~~800(900).还有J型T型等.这类仪表一般用于500度以上的较高温度因它们在 中低温区时输出热电势很小(查表可以看一下)当电势小时对抗干扰措施和二次表和要求很高否则测量不准还有在较低的温度区域冷端温度的变化和环境温度的变化 所引起的相对误差就显得很突出不易得到全补偿。这时在中低温度时,一般使用热电阻测温范围为一200~~500甚至还可测更低的温度(如用碳电阻可测到1K左右的低温).现在正常使用铂热电阻Pt100(也有Pt50100和50代表热电阻在0度时的阻值在旧分度号中用BA1BA2来表示BA1在0度时阻值为46欧姆在工业上也有用铜电阻分度号为CU50和CU100但测温范围较小在一50~~150之间.在一些特别场合还有铟电阻锰电阻 等)2.热电偶测量温度的基本原理是热电效应.二次表是一个检伏计或为了提高精度时使用电子电位差计.电阻是基于导体和半导体的电阻值随温度而变化的特性而工作的二次表是一个不平衡电桥[font='Times
你知道接地电阻测试仪的发展历程吗?你了解最初人们使用的接地电阻测试仪的测量方法是什么吗?如果不知道,那么我将带你去游历一下接地电阻测试仪的过去。 最初人们对接地电阻的测量是用伏安法,这种试验是非常原始的。在测定电阻时须先估计电流的大小,选出适当截面的绝缘导线,在预备试验时可利用可变电阻R调整电流,当正式测定时,则将可变电阻短路,由安培计和伏特计所得的数值可以算出接地电阻。 伏安法测量地阻有明显的不足之处,第一:繁琐、工作量大。试验时,接地棒距离地极为20~50米,而辅助接地距离接地点40~100米。另外受外界干扰影响极大,在强电压区域内有时无法测量。五六十年代苏联的E型摇表测量取代了伏安法测量。由于携带方便,又是手摇发电机,工作量比伏安法小。七十年代国产接地电阻测试仪问世,无论在测量范围、分度值、准确性还是结构、体积、重量,都要胜于"E"型摇表。因此,相当一段时间内接地电阻仪都以手摇表为典型仪器。手摇式表在使用时,应将设备自身接地体与设备断开,以避免接地体影响测量的准确性。上述仪器由于手摇发电机的关系,精度都很差。 八十年代数字接地电阻测试仪的投入使用给接地电阻测试带来了生机,虽然测试的接线方法同手摇表没什么两样,但是其稳定性远比摇表指针式高得多。在此基础上又出现了一种数字式接地电阻测试仪,测试时采用两线法在线测量,不必打辅助接地桩,把水管、暖气管道或交流电插座的零线做为辅助接地,能测量接地电阻、土壤电阻率、交流电压等指标,并有自动补偿功能,不仅提高了测量精度,还具有防误操作、智能提示等功能。这使接地电阻测量更方便和快捷。后又发展为3线法和四线法。其缺点是在一些无良好辅助接地或不能打地桩的环境下不能使用。真正接地电阻测试仪技术的一个创举是在九十年代---钳口式地阻仪的诞生打破了传统式测试方式。钳口式接地电阻测试仪称得上接地电阻测试的一大革命,钳口式接地电阻测试最大特点是使用快捷、方便,只要钳住接地线或接地棒就能测出其接地电阻。但钳口式地阻仪主要用于检查在地面以上相连的多电极接地网络,通过环路地阻查询各接地极接地情况,但不能替代整个网络的工频接地电阻测量。同时由于钳口法测量采用电磁感应原理,易受干扰,测量误差比较大,不能满足高精度测量要求。 接地电阻测试仪真实值为什么至今仍是一个悬而未解的难题?主要是没有理想的测量仪器,接地摇表由于众所周知的原因,测试值精度很差,有时同一个接地电阻成了一个抽象的物理量,使人很难捉摸。随着科学仪器的发展,先进接地电阻测试仪完全控制了接地电阻测试仪的领域,可以做到测试值正确无误。目前智能式接地电阻测试仪不仅功能强大,而且可以应付现场各种复杂情况,如有效地排除干扰、自动跟踪最合适测试条件、出现各种问题当即智能提示等等。可见随着科技的不断地发展,以前一些不可解决的问题,现在已经在慢慢的不断解决了。
下面介绍几种回路电阻测试仪的用途 1、回路电阻测试仪:接地电阻表 用途及适用范围:接地电阻适用直接测量各种接地装置的接地电阻值,亦可供一般低电阻的测量,四端钮(0~1~10~100Ω规格)还可以测量土壤电阻率.。 2、回路电阻测试仪:单钳回路电阻测试仪 单钳回路接地电阻测试仪性能及特点:独特单钳设计,可避免双钳式两探头之间相互干扰的误差不必打辅助地桩,直接钳住即可测量。 3、回路电阻测试仪:接地阻抗测试仪 钳式接地电阻计系列量测时,不必使用辅助接地棒,也不须中断待测设备之接地,只要钳夹住接地线或棒,就能量测出对地电阻达0.1Ω。也能作电流量测。 4、回路电阻测试仪:环路电阻测试仪 采用微处理器控制,具有高精度和高可靠性。测试时检查三个指示灯检查接线状态是否正确。直读短路保护电流和接地故障电流。测试电阻过热时会自动锁定。法兰球阀 5、回路电阻测试仪:型数字式接地电阻测试仪 该测试仪专门用来测量各类电器设备、避雷针等接地装置的接地电阻值。测试原理先进。 6、回路电阻测试仪:双钳口接地电阻测试仪 具有多种接地电阻测量方法:无辅助极/三极/四极/而极法-----适合多种测量环境;其测量范围为0.002Ω—300KΩ,可以满足多种要求。
使用NTC热敏电阻应该注意以下事项,避免NTC热敏电阻损坏、使用设备损伤或引起误动作。 (1) NTC热敏电阻是按不同用途分别进行设计的。 (2) 设计设备时,请进行NTC热敏电阻贴装评估试验,确认无异常后再使用。 (3) 请勿在过高的功率下使用NTC热敏电阻。 (4) 由于自身发热导致电阻值下降时,可能会引起温度检测精度降低、设备功能故障,故使用时请参考散热系数,注意NTC热敏电阻的外加功率及电压。 (5) 请勿在使用温度范围以外使用。 (6) 请勿施加超出使用温度范围上下限的急剧温度变化。 (7) 将NTC热敏电阻作为装置的主控制元件单独使用时,为防止事故发生,请务必采取设置“安全电路”、“同时使用具有同等功能的NTC热敏电阻”等周全NTC温度传感器的安全措施。 (8) 在有噪音的环境中使用时,请采取设置保护电路及屏蔽NTC热敏电阻(包括导线)的措施。 (9) 在高湿环境下使用护套型NTC热敏电阻时,应采取仅护套头部暴露于环境(水中、湿气中)、而护套开口部不会直接接触到水及蒸气的设计。 (10) 请勿施加过度的振动、冲击及压力。 (11) 请勿过度拉伸及弯曲导线。 (12) 请勿在绝缘部和电极间施加过大的电压。否则,可能会产生绝缘不良现象。 (13) 配线时应确保导线端部(含连接器)不会渗入“水”、“蒸气”、“电解质”等,否则会造成接触不良。 严格遵守以上的注意事项,安全操作。NTC热敏电阻如何非线性解决?NTC热敏电阻通常为一款高阻抗、电阻性器件,当您需要将热敏电阻的阻值转换为电压值时,该器件可以简化其中的一个接口问题。然而更具挑战性的接口问题是,如何利用线性 ADC 以数字形式捕获热敏电阻的非线性行为。 “NTC热敏电阻”一词源于对“热度敏感的电阻”这一描述的概括。热敏电阻包括两种基本的类型,分别为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻。负温度系数热敏电阻非常适用于高精度温度测量。要确定热敏电阻周围的温度,您可以借助Steinhart-Hart公式:T=1/(A0+A1(lnRT)+A3(lnRT3))来实现。其中,T为开氏温度;RT为热敏电阻在温度T时的阻值;而 A0、A1和A3则是由热敏电阻生产厂商提供的常数。 热敏电阻的阻值会随着温度的改变而改变,而这种改变是非线性的,Steinhart-Hart公式表明了这一点。在进行温度测量时,需要驱动一个通过热敏电阻的参考电流,以创建一个等效电压,该等效电压具有非线性的响应。您可以使用配备在微控制器上的参照表,尝试对热敏电阻的非线性响应进行补偿。即使您可以在微控制器固件上运行此类算法,但您还是需要一个高精度转换器用于在出现极端值温度时进行数据捕获。 另一种方法是,您可以在数字化之前使用“硬件线性化”技术和一个较低精度的 ADC。(Figure 1)其中一种技术是将一个电阻RSER与热敏电阻RTHERM以及参考电压或电源进行串联(见图1)。将 PGA(可编程增益放大器)设置为1V/V,但在这样的电路中,一个10位精度的ADC只能感应很有限的温度范围(大约±25°C)。 请注意,在图1中对高温区没能解析。但如果在这些温度值下增加 PGA 的增益,就可以将 PGA 的输出信号控制在一定范围内,在此范围内 ADC 能够提供可靠地转换,从而对热敏电阻的温度进行识别。 微控制器固件的温度传感算法可读取 10 位精度的 ADC 数字值,并将其传送到PGA 滞后软件程序。PGA 滞后程序会校验 PGA 增益设置,并将 ADC 数字值与图1显示的电压节点的值进行比较。如果 ADC 输出超过了电压节点的值,则微控制器会将 PGA 增益设置到下一个较高或较低的增益设定值上。如果有必要,微控制器会再次获取一个新的 ADC 值。然后 PGA 增益和 ADC 值会被传送到一个微控制器分段线性内插程序。 从非线性的NTC热敏电阻上获取数据有时候会被看作是一项“不可能实现的任务”。您可以将一个串联电阻、一个微控制器、一个 10 位 ADC 以及一个 PGA 合理的配合使用,以解决非线性热敏电阻在超过±25°C温度以后所带来的测量难题。
[size=15px][b]工作原理:[/b][/size]热电阻的测温原理是基于导体或半导体的电阻值随温度变化而变化这一特性来测量温度或者与温度有关的参数。绝大多数金属的电阻值随温度而变化,温度越高电阻越大,即具有正的电阻温度系数。而大多数半导体材料具有负的电阻温度系数,即温度越高电阻越小。[size=15px][b]组成材料要求[/b][/size]1、在测温范围内化学和物理性能稳定;2、复现性好;3、电阻温度系数大,以得到高灵敏度;4、电阻率大,可以得到小体积元件;5、电阻温度特性尽可能接近线性;6、价格低廉。[b]常用热电阻原件:常用的热电阻元件有:铂热电阻、铜热电阻、半导体热敏电阻。[/b][list][*]铂热电阻采用高纯度铂丝绕制而成,具有测温精度高、性能稳定、复现性好、抗氧化等优点,因此在基准、实验室和工业中被广泛应用。但其在高温下容易被还原性气氛所污染,使铂丝变脆,改变其电阻温度特性,所以需用套管保护方可使用。铂丝纯度是决定温度计精度的关键。铂丝纯度越高其稳定性越高、复现性越好、测温精度也越高。[*]铜热电阻的电阻值与温度近于呈线性关系,电阻温度系数也较大,且价格便宜,所以在一些测量精度要求不是很高的情况下,就常采用铜热电阻。但其在高于100℃的气氛中易被氧化,故多用于测量-50~150℃温度范围。[*]半导体热敏电阻优点:负电阻温度系数大,因此灵敏度高。电阻率大,可作成体积小而电阻值大的电阻元件,这就使之具有热惯性小和可测量点温度或动态温度。缺点:同种半导体热敏电阻的电阻温度特性分散性大,非线性严重,元件性能不稳定,因此互换性差、精度较低。[/list][b]热电阻连接方式:[/b][list][*]二线制:在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号的方式叫二线制,这种引线方法很简单,但由于连接导线必然存在引线电阻R,R大小与导线的材质和长度的因素有关,因此这种引线方式只适用于测量精度较低的场合。[*]三线制:在热电阻的根部的一端连接一根引线,另一端连接两根引线的方式称为三线制,这种方式通常与电桥配套使用,可以较好的消除引线电阻的影响,是工业过程控制中的最常用的。[*]四线制:在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线制,其中两根引线为热电阻提供恒定电流I,把R转换成电压信号U,再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消除引线的电阻影响,主要用于高精度的温度检测。[/list][size=15px][color=white][back=#3c40eb][b]安装要求:[/b][/back][/color][/size]对热电阻的安装,应注意有利于测温准确,安全可靠及维修方便,而且不影响设备运行和生产操作。在选择对热电阻的安装部位和插入深度时要注意以下几点:1、为了使热电阻的测量端与被测介质之间有充分的热交换,应合理选择测点位置,尽量避免在阀门,弯头及管道和设备的死角附近装设热电阻。2、带有保护套管的热电阻有传热和散热损失,为了减少测量误差,热电偶和热电阻应该有足够的插入深度:1)对于测量管道中心流体温度的热电阻,一般都应将其测量端插入到管道中心处(垂直安装或倾斜安装)。如被测流体的管道直径是200毫米,那热电阻插入深度应选择100毫米;2)对于高温高压和高速流体的温度测量(如主蒸汽温度),为了减小保护套对流体的阻力和防止保护套在流体作用下发生断裂,可采取保护管浅插方式或采用热套式热电阻。浅插式的热电阻保护套管,其插入主蒸汽管道的深度应不小于75mm;热套式热电阻的标准插入深度为100mm。3)假如需要测量是烟道内烟气的温度,尽管烟道直径为4m,热电阻插入深度1m即可。4)当测量原件插入深度超过1m时,应尽可能垂直安装,或加装支支撑架和保护套管。
薄膜材料磁电阻效应实验 王立锦 编 用巨磁电阻(GMR)和各向异性磁电阻(AMR)磁性薄膜材料制作计算机硬盘读出磁头和各种弱磁传感器,已经广泛应用于信息技术、工业控制、航海航天导航等高新技术领域。通过本实验能够使同学们对磁性薄膜材料的知识和磁电子学有所了解,并由此引起对纳米磁性薄膜材料研究和应用的浓厚兴趣。本实验仪器由我校教师设计搭建,采用高精度纳伏表和数控恒流源,计算机自动采集和显示数据,具有结实牢固、操作简便等优点,适用于大专院校教学和科研使用。以下略,详细内容请看附件。
[color=#339999][b][size=16px]摘要:在测量和控制领域内大量应用的各种传感器普遍存在非线性输出特性,需要进行线性化处理才能准确和可靠使用,而出于技术复杂度、应用需求和成本等因素的考虑,目前还是有很多传感器并未进行完备的线性化处理。为了解决这些传感器在实际应用中由非线性带来的测量和控制误差,本文介绍了具有八点拟合线性化处理功能的超高精度多功能[/size][size=16px]PID[/size][size=16px]控制器,线性化处理操作简单,适用于绝大多数非线性传感器的准确测量以及相应的准确控制。[/size][/b][/color][align=center][size=16px] [img=传感器线性化处理,600,320]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/08/202308160927474959_4333_3221506_3.jpg!w690x368.jpg[/img][/size][/align][size=16px][/size][size=18px][color=#339999][b]1. 背景介绍[/b][/color][/size][size=16px] 在工农业生产、军事以及科研领域内的众多控制设备中,会使用到各种传感器,例如电容的、电阻的、电感的、阻抗的、电流计的、电化学的、化学/生物场效应晶体管、表面声波等。通常,传感器的响应可以是电压或电流、频率或时间信号。在大多数情况下,传感器的输出信号随着被测参量的变化而非线性变化。此外,在许多情况下,温度、湿度或压力等环境因素也会非线性地影响传感器特性,有时,这些环境因素会改变传感器的输入-输出关系。作为一个典型例子,图1显示了陶瓷湿度传感器的非线性阻抗响应,图中还显示了所需的线性响应。[/size][size=16px] 从图1所示的响应曲线可以看出,此湿度传感器具有29%的非线性度,如果直接将此非线性严重的传感器直接接入用于湿度控制的PID控制器上,势必给线性控制的PID控制器带来很大误差,为此势必要对传感器进行线性化处理。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=陶瓷湿度传感器的非线性阻抗响应,500,256]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/08/202308160929549200_391_3221506_3.jpg!w690x354.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图1 陶瓷湿度传感器的非线性阻抗响应[/b][/color][/size][/align][size=16px] 由于不同传感器的非线性千差万别,对传感器是否进行以及如何进行线性化处理的选择取决于传感器的非线性复杂度、处理能力、所需精度、执行速度、应用需求和成本,由此目前还存在大量未经线性化处理的传感器。[/size][size=16px] 在各种应用领域中的PID控制,绝大多数PID控制器或PID调节器往往都是线性控制,如果直接在控制过程中直接使用这些非线性传感器作为测量信号进行闭环控制,这些传感器的非线性势必会给控制过程带来很大误差和影响控制效果。为了解决此问题并保障PID控制精度,而且解决方法还需要满足大多数非线性传感器的需要,就势必需要从PID控制器着手,需要PID控制器需要具备传感器信号的线性化处理功能。[/size][size=16px] 在传感器线性化处理方面,有硬件电路线性化和软件数字线性化两种技术。显然,为了适应众多不同非线性响应的传感器,PID控制器中的非线性功能只能采用软件数字线性化技术,且这种技术已经在绝大多数PID控制器中的温度传感器线性化处理中得到应用,对应用最为广泛且非线性特性严重的各种标准规格的热电偶、热电阻、热敏电阻等温度传感器,PID控制器中已经集成了软件数字线性处理功能,但对其他非线性传感器的软件数字线性化处理还是无能为力。[/size][size=16px] 为了解决上述问题,本文将介绍如图2所示的采用了更高端微处理器的超高精度PID控制器,在实现超高精度24位AD模数转换和16位DA数模转换的同时,还充分发挥了微处理器的速度和数据处理能力,在现有各种温度传感器线性化处理的基础上,增加了八点拟合线性化处理功能,通过相应的面板按键操作或所配软件的设置,可满足绝大多数现有非线性传感器的线性化处理需要,并能保证PID控制精度和可靠性。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=VPC-2021系列超高精度PID控制器,500,264]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/08/202308160930189941_1562_3221506_3.jpg!w690x365.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图2 VPC-2021系列超高精度PID控制器[/b][/color][/size][/align][size=18px][color=#339999][b]2. PID控制器8点线性化处理功能[/b][/color][/size][size=16px] PID控制器8点线性化处理功能是通过8组数据组成线性化表,将输入值经过最小二乘法拟合计算产生输出值和显示值。如图3所示,在使用此功能时,所选的输入值(X轴,代表传感器输出的电压或电流值)必须是递增形式,而对应的测量值或显示值则可以是递增或递减关系。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=PID控制器8点线性化处理功能示意图,550,337]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/08/202308160930437614_4725_3221506_3.jpg!w690x423.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图3 八点线性化处理功能示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 自定义传感器非线性输入支持以下三种输入类型和对应量程:[/size][size=16px] (1) 20mV、100mV;(LSB:0.01mV)。[/size][size=16px] (2) 0-10mA、0-20mA、4-20mA;(LSB:0.001mA)。[/size][size=16px] (3) 0-1V、0-2V、0-5V、1-5V、0-10V、2-10V;(LSB:1mV)。[/size][size=16px] 在PID控制器面板上的按键操作以及对应菜单及说明,如图4所示。在计算机软件上的操作以及界面,如图5所示。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=分菜单操作说明,650,332]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/08/202308160931045609_98_3221506_3.jpg!w690x353.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图4 八点线性化处理面板按键操作说明[/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=软件操作设置图,650,250]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/08/202308160931323954_3958_3221506_3.jpg!w690x266.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图5 八点线性化处理计算机软件操作界面[/b][/color][/size][/align][size=18px][color=#339999][b]3. 总结[/b][/color][/size][size=16px] 综上所述,本文所介绍的超高精度PID控制器,除了具有超高的测量精度和控制精度之外,更具有强大的各种辅助功能,共具备47种信号输入类型,在集成热电偶、热电阻、热敏电阻这些典型常用的温度传感器线性化处理功能的基础上,可对各种其他传感器的非线性输出信号(电压和电流)进行8点拟合处理,可有效保障非线性传感器在各种控制仪器和设备中的准确使用。[/size][size=16px] 本文所介绍的超高精度PID控制器,具有单通道和双通道两个型号,其中双通道PID控制器也同样具有8点线性化处理功能,两个独立控制通道可各自选择是否进行线性化处理并进行相应的设置操作。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][/b][/color][/size][/align][align=center][b][color=#339999]~~~~~~~~~~~~~~~[/color][/b][/align][size=16px][/size]
[b][color=#339999][size=16px]摘要:在下落法比热容测试中绝热量热计的漏热是最主要误差源,为实现绝热量热计的低漏热要求,本文介绍了主动护热式等温绝热技术以及相应的解决方案。方案的核心一是采用循环水冷却金属圆筒给量热计和护热装置提供低温环境或恒定冷源,二是采用三通道分布式温差传感器和[/size][size=16px]PID[/size][size=16px]控制器使绝热屏对量热计进行动态温度跟踪。此单层绝热屏技术可以达到小于[/size][size=16px]0.02K[/size][size=16px]的温差控制精度,对于更低漏率量热计和更高温度均匀性的要求可采用多层屏技术。[/size][/color][/b][align=center][size=16px][color=#339999][b]------------------------------------[/b][/color][/size][/align][size=18px][color=#339999][b]1. 背景介绍[/b][/color][/size][size=16px] 下落法,也称之为铜卡计混合法,是一种测量固态材料比热容的绝热量热计标准测试方法,常用于测量100℃至超高温温度范围固态材料的比热容,特别适用于要求更具代表性的较大试样尺寸复合材料和各种低密度材料。[/size][size=16px] 下落法比热容测试的基本原理如图1所示,将已知质量的试样悬挂于加热炉中进行加热,当试样的温度达到设定温度且稳定后使其落入置于自动绝热环境且初始温度为20℃的铜块量热计中。试样放热使量热计温度升高到末温,通过测量量热计的温升,可求出试样的平均比热容。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=下落法原理及其量热计温升变化,650,260]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/08/202308181720089359_1047_3221506_3.jpg!w690x277.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图1 下落法原理及其量热计温升变化[/b][/color][/size][/align][size=16px] 从上述下落法原理可以看出原理十分简单,但要实现比热容的准确测量,最关键的技术是要使量热计始终处于绝热环境,且量热计的起始温度要准确恒定,具体要求如下:[/size][size=16px] (1)下落法测试过程要求量热计始终处于绝热状态,避免量热计热量向四周散失而降低量热计的温升。为此需要采用高精度的主动绝热技术,使位于量热计周围的主动护热装置的温度动态跟踪量热计的温度变化并保持一致,从而形成动态等温绝热效果。[/size][size=16px] (2)为了保证测试的连贯性和准确性,样品下落前量热计的初始温度始终要保持一个恒定值,如20℃,由此要求量热计在处于绝热环境的同时,还需准确控制量热计温度恒定在20℃。[/size][size=16px] 上述两点几乎是所有绝热量热计准确测量最重要的边界条件,也是绝热量热计的关键技术,需要采用精密的温控技术才能实现。为此,本文介绍了实现此关键技术的解决方案。[/size][size=18px][color=#339999][b]2. 解决方案[/b][/color][/size][size=16px] 解决方案的整体思路是样品通过顶部入口落入量热计,对圆柱形量热计按照上中下三个方向进行全方位的主动式护热,量热计及其护热装置全部放置在比20℃起始温度略低的温度环境内,此温度环境由19℃循环水冷却的金属圆筒提供。依此设计的量热计整体结构如图2所示。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=下落法比热仪绝热量热计结构示意图,550,451]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/08/202308181721406706_1103_3221506_3.jpg!w690x567.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图2 下落法比热仪绝热量热计结构示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 如图2所示,量热计内镶嵌了一个圆柱形落样井,落样井外侧镶嵌有金属细丝以提供量热计标定加热功能,测温热电阻则由量热计底部插入固定。[/size][size=16px] 在量热计的侧向四周安装有一个侧向护热圆桶以提供量热计径向绝热所需的径向温度跟踪控制。同样,在量热计的上下两端分别安装有底部护热板和顶部护热板,以提供量热计轴向绝热所需的温度跟踪控制。由此通过径向和轴向的温度动态跟踪控制,使护热装置的温度始终与量热计相同,从而使量热计总是处于等温绝热状态。[/size][size=16px] 由于量热计和护热装置都处于一个温度19℃左右的低温环境,此低温环境就相当于一个恒定冷源,那么护热装置仅采取加热方式就可以对高于此低温环境的量热计温度进行快速跟踪控制,同时也这样可以很精确的控制量热计的20℃起始温度。[/size][size=16px] 为了实现高精度的起始温度控制和跟踪温度控制,除了需要采用高精度铂电阻温度计之外,关键是还需在上中下护热装置与量热计之间分别配置高分辨率的分布式温差传感器,以及三通道的超高精度PID温度控制器,温差传感器的分辨率以及PID温控器的AD和DA精度决定了温度跟踪精度和量热计绝热效果,最终决定了比热容的测量精度。本解决方案所采用的温差传感器以及超高精度PID控制器,可使温度跟踪精度达到0.02K以下,优于标准方法中规定的0.05K精度要求。[/size][size=18px][color=#339999][b]3. 总结[/b][/color][/size][size=16px] 等温绝热是各种高精度绝热量热计普遍使用的技术手段,也是各种高精度温度环境控制首选的技术途径之一。针对下落法比热容测试中的绝热量热计,本解决方案采用的是单层绝热屏结构,而对于绝热或环境温度恒定有更高要求的仪器设备和试验环境,在单层结构基础上可以采用多层绝热屏结构,特别是在恒定的真空压力环境下,单层或多层绝热屏结构更是首选技术方案。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][/b][/color][/size][/align][align=center][b][color=#339999]~~~~~~~~~~~~~~~[/color][/b][/align][size=16px][/size]
[size=16px][color=#339999]摘要:电化学热电池(electrochemical thermcells)作为用于低品质热源的热电转换技术,是目前可穿戴电子产品的研究热点之一,使用中要求具有一定的温差环境。电化学热电池相应的性能测试就对温度和温差形成提出很高要求,特别是要求温度控制仪器具有高控制精度、可编程控制、周期交变控制、通讯和随机软件功能。本文介绍了新型超高精度具有多功能的PID控制仪,并详细描述了电化学热电池特性测试中的温度控制系统结构。[/color][/size][align=center][size=16px][img=电化学热电池性能测试中的TEC半导体制冷片温度控制解决方案,600,379]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/04/202304171026207841_631_3221506_3.jpg!w690x436.jpg[/img][/size][/align][size=18px][color=#339999][b]1. 问题的提出[/b][/color][/size][size=16px] 温差发电在固体材料与半导体材料的发展上均比较成熟,而近年出现了一种新型的电化学热电池(electrochemical thermcells)拥有更高的塞贝克系数,同时成本较低、能够适应复杂热源表面,因而具有一定的应用前景,成为当前研究的热点方向之一。如图1所示,这种电化学热电池的基本原理是利用电化学体系中的赛贝克效应,将冷热电极之间的温差直接转化为电势差而产生发电效果,因此温差环境是使用和测试评价电化学电池的必要条件。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=01.电化学热电池原理图,450,396]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/04/202304171027053355_4631_3221506_3.jpg!w690x608.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图1 电化学热电池基本原理[/b][/color][/size][/align][size=16px] 电化学热电池中的电解质、材料和电极受温度的影响,以及整个热电池的相关性能测试评价,对测试过程中的温差形成有十分复杂的要求,具体内容如下:[/size][size=16px] (1)热电池的两个冷热端电极要处于不同温度以形成温差,两个电极温度要具有一定的变化范围以便在不同电极温度和不同温差条件下测试评价热电池的各种性能。[/size][size=16px] (2)对于冷端温度,可采用TEC半导体制冷片进行调节和控制,但热端温度普遍较高,采用制冷片无法实现高温加热,需采用电阻等加热。[/size][size=16px] (3)在热电池性能测试过程中,需要在冷热电极处实现台阶式或周期交变式可编程温度变化。这样一方面是能够测试不同电极温度和不同温差下的热电池性能,得到热电池最佳工作状态时的温度和温差条件,另一方面是测试考核热电池的疲劳衰减特性。[/size][size=16px] (4)新型的电化学热电池往往很薄,如各种可穿戴电子产品用热电池。在实际应用中,这类薄片或薄膜状热电池上形成的温差很小,这就要求热电池性能测量装置需要具备在冷热电极之间提供小温差的能力。[/size][size=16px] 根据上述要求可以看出,一旦电化学热电池形状确定,热电池性能测试装置的结构也基本确定,而测试装置中温度控制的关键是确定合理的加热方式和温控仪表。[/size][size=16px] 对于加热形式,采用电阻加热和TEC半导体制冷片两种形式,可满足绝大多数电化学热电池在任意温度和温差范围内的测试需要,对于温度不高的测试,可仅使用TEC半导体制冷片进行温度控制。电阻加热用于热电极处的高温加热,温度范围为50~150℃以上。TEC半导体制冷片加热用于冷电极处的低温加热和冷却,温度范围为-10~60℃。[/size][size=16px] 对于温控仪表,满足上述温度控制要求的控温仪表需具备以下功能:[/size][size=16px] (1)可对电阻加热和TEC半导体制冷片分别进行控制。[/size][size=16px] (2)可编程控制功能,可控制温度按照编程设定的温度折线进行变化。[/size][size=16px] (3)交变温度控制功能,可控制温度按照设定周期和幅度进行交替变化。[/size][size=16px] (4)带PID自整定功能,避免繁琐的人工调整PID参数,并可存储和调用多组PID参数。[/size][size=16px] (5)测量和控温精度高,特别是要满足薄膜热电池的温差控制,控温精度要达到0.01℃。[/size][size=16px] (6)带通讯功能可与上位机连接,由上位机进行设置、编程、控制运行、显示和存储。[/size][size=16px] (7)带计算机软件,无需编程,可通过计算机进行设置、编程、控制运行、显示和存储。[/size][size=16px] 从上述功能要求中可以看出,电化学热电池性能测试中对温度和温差形成的要求很高,特别是要求温控仪表具有高控制精度、可编程控制、周期交变控制、通讯和随机软件功能,而这些很多都是目前电化学热电池性能测试用控温仪无法具备的功能。为此,本文介绍了新型超高精度具有多功能的PID控制仪,并详细描述了电化学热电池特性测试中的温度控制系统结构。[/size][size=18px][color=#339999][b]2. 解决方案[/b][/color][/size][size=16px] 解决方案设计的温控系统典型结构如图2所示。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=02.电化学热电池性能测试温控系统结构示意图,690,343]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/04/202304171027488618_9875_3221506_3.jpg!w690x343.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图2 电化学热电池性能测试温控系统结构示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 图2所示的解决方案示意图包含了电化学热电池性能测量装置和温度控制系统两部分。其中的电化学热电池测量装置示出的是对块状、板状或薄膜状热电池的测试结构,电极分别贴服在热电池的顶部和底部,顶部的阴极电极处通过TEC半导体制冷片进行低温控制形成冷电极,底部的阳极电极处通过电阻加热方式(电热膜和电热块)进行高温控制形成热电极,由此在热电池上下两端形成所需温差。需要说明的是,解决方案在冷电极处选择TEC半导体制冷片的主要目的是为了实现高精度的温度控制,这在测试评价薄膜式可穿戴用热电池中实现高精度小温差时非常重要。在热电极出选择电阻加热方式主要是为了满足更高温度的大温差测试需要。[/size][size=16px] 由于半导体制冷片和电阻加热是两种完全不同的发热制冷原理,它们的温度控制方式也完全不同,因此图2所示解决方案设计了两个独立的温控回路,两个温控回路采用的是相同的超高精度PID控制器VPC2021-1。选择使用VPC202-1这种PID控制器,是出于多功能和超高精度的考虑,此控制器可以满足前面所述的对温度控制器的所有要求。[/size][size=16px] 在TEC半导体制冷片温控回路中,使用了VPC2021双向控制功能,通过采集温度传感器信号与设定温度进行比较后,驱动双向电源对TEC制冷片进行加热或制冷控制,由此实现高精度的温度控制。[/size][size=16px] 在电阻加热温控回路中,使用了VPC2021基本的温度控制功能,通过采集温度传感器信号与设定温度进行比较后,驱动固态继电器进行加热,由此实现高精度的温度控制。这里需要注意的是,如果要在电阻加热中实现较高精度的温度控制,除了采用高精度的温度传感器(如铂电阻或热敏电阻)之外,还需要与相应的冷源配合以减小热惯性,如在电阻发热体下面配备冷却装置以便能够形成快速散热。如果是测量薄膜热电池,则无需这些考虑,只需在电阻发热体下面增加绝热层即可,因为热电池和电阻加热膜厚度很小,热惯性自然也小,冷电极的低温可以对热电极进行快速散热,有利于热电极处的温度高精度控制。[/size][size=16px] 为了实现热电池的温度交变试验,解决方案采用了VPC2021控制器的高级功能:远程设定点功能,即在辅助输入通道上接入外部信号发生器以生成各种周期性波形信号作为交变设定值,由此可控制热电极温度按照此设定波形进行周期性变化,从而形成交变温差。如图2所示,此远程设定点功能的选择可以通过一个外置开关进行选择,实现正常控温和交变控温之间的切换。[/size][size=18px][color=#339999][b]3. 总结[/b][/color][/size][size=16px] 本文提出的解决方案,可以满足绝大多数电化学热电池性能测试中的温差环境控制需要,为测试评价热电池性能和优化使用条件提供了便利的试验和考核手段。[/size][size=16px] 更重要的是高精度PID控制器配备了相应的计算机软件,采用了具有标准MODBUS通讯协议的RS485接口,与计算机一起可以组成独立的测控系统,通过计算机可方便的对PID控制器进行远程操控,设置控制器的各种参数,采集、存储和曲线形式显示PID控制器的过程参数,无需再进行任何编程即可进行测试试验,非常适应于实验室研究试验。[/size][size=16px] 此解决方案的另外一个特点是具有很强的灵活性和拓展性,可通过外置不同传感器和信号发生器实现多种物理量和波形的准确控制,更可连接上位机直接与中央控制器进行集成,与整个设备形成很好的配套。[/size][align=center][/align][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]
[size=14px][color=#990000]摘要:为了保证科研生产中的安全运行和控制,针对一些对可靠性、安全性和产品价值要求较高的控制对象,往往要求传感器具有冗余设计。本文介绍了VPC 2021-1系列多功能超高精度PID控制器,主要介绍了此控制器的双传感器冗余功能及其使用方法。[/color][/size][size=14px][/size][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=14px] 在各种工业和科研领域中,会采用大量各种传感器进行相应的过程参数测量和控制。在一些使用环境比较恶劣的条件下,如高低温、高压力、腐蚀、侵蚀、振动和强磁场等,传感器往往会受到损伤而发生故障,由此会在使用过程中给测量和控制带来严重影响,从而造成测量和控制效果降低,甚至造成产品报废和试验失败,更严重的还会造成控制失控而引发事故。特别是在一些高价值产品的长时间生产控制过程中,绝不允许期间出现中断而造成控制参数巨变造成高价值产品报废现象。[/size][size=14px] 为了解决上述运行过程中传感器损坏而带来的控制失效问题,最好的解决方法是进行冗余设计,即对工作用传感器进行备份。如图1所示,在被控对象中布置至少两个传感器,一个作为主传感器,另一个为备份传感器。当主传感器出现故障时,特别是主传感器出现断路时,控制器自动切换到备份传感器。[/size][align=center][size=14px][color=#990000][img=双传感器冗余示意图,500,294]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211161612313860_2879_3221506_3.jpg!w690x407.jpg[/img][/color][/size][/align][size=14px][/size][align=center][color=#990000]图1 冗余设计的双传感器(主传感器和备份传感器)[/color][/align][size=14px] 在控制过程和运行设备中配备双传感器比较容易实现,条件是主传感器和备份传感器的规格型号和量程要完全一致,但发挥这种冗余设计功效的关键是要求相应的PID控制器具有传感器断路自动监测能力,并同时要求能将控制回路自动切换到备份传感器。[/size][size=14px] 为了满足安全生产和控制需要,VPC2021-1系列多功能超高精度PID控制器配备这种双传感器冗余功能。如图2所示,此系列PID控制器具备万能型传感器输入功能,可连接的47种类型的输入信号,其中包括10种热电偶温度传感器、9种电阻型温度传感器、3种纯电阻、10种热敏电阻、3种模拟电流和12种模拟电压。在备份传感器的具体使用中,可以将两只完全相同的传感器分别接入主输入端和辅助输入端,并将辅助输入通道设置为双传感器冗余功能。开始运行后,控制器同时采集两只传感器信号,但采用主传感器信号进行控制。当主传感器开路时,当前测量自动转入辅助输入端(备份传感器)的测量值并继续进行控制。[/size][align=center][size=14px][color=#990000][img=具有双传感器冗余功能的多功能超高精度PID控制器,350,388]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211161614314227_180_3221506_3.jpg!w496x551.jpg[/img][/color][/size][/align][size=14px][/size][align=center][color=#990000]图2 具有双传感器冗余功能的PID控制器[/color][/align][size=14px] 这种双端口输入信号的功能还可以进行扩展,可以通过相应的设置用来进行加热器断丝报警、阀位反馈、远程设定、不同量程双传感器切换。[/size][size=14px] 总之,这种具体双传感器冗余功能的PID调节器完全可以满足安全控制的需要,功能十分强大,同时还保持了超高精度的测量控制能力。[/size][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=14px][/size]
[align=center][color=#990000][img=光谱仪压强控制,690,398]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/07/202107030808077473_8105_3384_3.png!w690x398.jpg[/img][/color][/align][color=#990000]摘要:光谱测量和光谱仪是检测监测中的重要技术手段,为了得到满意的测量精度,光谱仪要求配套高精度的压强和温度传感器、执行机构和PID控制器,并需具有适用范围广、精度高、易集成和成本低的特点。本文将针对光谱仪压强和温度控制的特点,结合上海依阳公司的创新性产品,给出高精度和高性价比的光谱测量和光谱仪温压测控方案。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=18px][color=#990000]1. 问题的提出[/color][/size] 光谱测量作为定性、定量的科学分析方法,以其测量精度高、响应速度快的优势成为各种检测监测研究中的重要技术手段,但在实际应用中样品气体的压强和温度变化会对测量结果产生严重的影响,以下是光谱测量中的温压控制方面国内外所做的一些研究工作以及所表现出来的影响特征:[color=#990000](1)压强控制范围[/color] 不同的光谱测量和光谱仪对压强控制范围有着各自不同的要求,如使用气体吸收池的红外光谱仪,吸收峰的强度可以通过调整试样气体的压强(或压力)来达到,一般压强范围为0.5~60kPa。在采用可调谐二极管激光吸收光谱(TDLAS)技术测量大气中二氧化碳浓度时,就需要6~101kPa范围内的稳定压强。在X射线光谱分析仪检测器内压强的精确控制中,要使得工作气体的密度稳定来保证检测器的测量精度,一般压强控制在一个大气压附近或者更高,而激光诱导击穿光谱仪的工作压强最大可达275kPa。由此可见,光谱仪内工作气体的压强控制范围比较宽泛,一般在0.1~300kPa范围内,这基本覆盖了从真空负压到3倍大气压的4个数量级的压强范围。[color=#990000](2)压强控制精度[/color] 在光谱测试中,观察到的谱线强度与真实气体浓度之间的关系取决于气体样品的压强,所以压强控制精度直接决定了光谱测量精度。如美国Picarro公司的光谱分析仪中的压强控制精度±0.0005大气压(波动率±0.05%@1大气压)。文献[1]报道了设定压强为6.67kPa时对吸收池进行控制,经过连续四小时控制,压强波动为±3.2Pa,波动率为±0.047%。文献[2]报道了样品池内气体压强同样被控制在6.67kPa时压强长期波动幅度为7Pa,波动率为±0.047%。文献[3]报道了激光红外多通池压强控制系统的稳定性测量,目标压强设定为60Torr,在150~200s时间内最大波动为±0.04Torr,波动率为±0.067%。文献[4]专门报道了光谱测量仪器的高精度温压控制系统的设计研究,目标压强值为18.665kPa,42小时的恒压控制,最大偏差为5.33Pa,波动率为±0.014%。文献[5]介绍了X射线光谱仪中探测器的恒压控制结果,在工作气体恒压在940hPa过程中,波动小于±2hPa,波动率为±2%。文献[6]介绍了X射线光电光谱仪在0.05~30mbar压强范围内的恒压控制技术,在设定值为0.1mbar时,恒定精度可达±0.001mbar,波动率为±1%。[color=#990000](3)温度控制精度[/color] 在光谱测试中,谱线强度与真实气体浓度之间的关系还取决于气体样品的温度稳定性,而且温度的稳定性同时也会影响压强的稳定性。文献[2]报道了样品池内气体温度控制在室温(24℃)时,温度短期波动为±0.01℃,长期温漂为±0.025℃,波动率为±0.1%。文献[4]报道的光谱测量仪器的高精度温度控制系统中,温度控制在45℃,42小时内的温度波动为±0.0015℃,波动率小于±0.004%。 综上所述,由于样品气体的压强和温度变化是影响测量结果的主要因素,所以在光谱测量以及各种光谱仪中,对样品气体的压强和温度调节及控制有以下几方面的要求: (1)压强控制范围非常宽泛(0.1~300kPa),但相应的测量和控制精度则要求很高,这就对压强测量传感器、控制阀、真空泵和相应的控制器提出了很高的要求,并且这闭环控制系统中的四个组件必须相互匹配,否则很难得到满意的结果。 (2)同样,在温度的高精度控制过程中,也应选择合适的温度传感器、加热装置、电源和控制器,并在温度闭环控制系统中四者也必须相互匹配。 (3)在压强和温度这两个闭环控制系统中,都会用到高精度控制器,为了降低实验成本和光谱仪造价,希望能用一个具有2路同时PID自动控制功能的高精度控制器。 (4)针对不同的光谱测量和光谱仪,其测试结构并不相同,这就要求温压控制系统中的各个部件具有独立性,由此有利于测试装置和光谱仪结构和合理布局和集成。 总之,为了得到光谱测量的满意精度,要求配套高精度的压强和温度传感器、执行机构和PID控制器,并具有适用范围广、精度高、易集成和成本低的特点。本文将针对这些特点,结合上海依阳公司的创新性产品,给出高精度和高性价比的光谱测量和光谱仪温压测控方案。[color=#990000][size=18px]2. 光谱仪压强和温度一体化测控方案[/size]2.1. 控制模式设计(1)压强控制模式[/color] 针对光谱仪上述的压强测控范围(0.1~300kPa),最佳方案是针对具体使用的压强范围选择相应的测控模式,如图2-1所示,针对低压范围建议采用上游控制模式,针对高压范围建议采用下游测控模式,也可以采用上下游同时控制的双向控制模式。[align=center][color=#990000][img=光谱仪压强控制,690,217]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/07/202107030808325845_3021_3384_3.png!w690x217.jpg[/img][/color][/align][color=#990000][/color][align=center]图2-1 压强控制的三种模式[/align] 针对低压采用上游控制模式,可以重复发挥真空泵的抽速,使得真空腔体内的压强可以快速准确的实现恒定控制。针对高压(如1个大气压左右)采用下游控制模式,可以有效控制真空泵的抽速,使得真空腔体内的压强可以快速准确的实现恒定控制,同时还避免了进气口处的样品气体和其他工作气体的流量太大。 如果对进气流量和腔体压强有严格规定并都需要准确控制,则需要采用双向控制模式,双向控制模式可以在某一恒定压强下控制不同的进气流量,但双向控制模式需要控制器具有双向控制功能,这对控制器提出了更高的能力要求。以上三种控制模式的特点更详细介绍,请参考文献[7]。[color=#990000](2)温度控制模式[/color] 同样,温度测控模式也要根据不同的温度范围和控温精度要求进行选择,如在室温附近且控温精度较高的情况下,则需要具有加热和制冷功能的双向控制模式,只有这种模式才能保证足够高的控温精度。如果在高温范围内,也建议采用双向控制方式,即以加热为主同时辅助一定的冷却补偿,以提高控温精度和快速的温度稳定。[color=#990000]2.2. 传感器的选配[/color] 传感器的精度是保证压强和温度测控准确的关键,因此传感器的选择尤为重要。 对于上述范围的压强控制,强烈建议采用目前精度最高的薄膜电容真空计[8],这种真空计的测量精度可以达到其读数的0.2%,全量程内具有很好的线性度,非常便于连接控制器进行线性控制,并具有很高的分辨率和很小的温漂。在实际选型中,需要根据不同的压强范围选择合适量程的真空计,如对于上述0.1~300kPa的压强范围,可以选择2Torr和1000Torr两种规格的真空计,由此对相应压强量程实现准确的覆盖。 对于温度控制而言,当温度不高的范围内,强烈建议测量精度最高的热敏电阻温度传感器,较高温度时也建议采用高温型的热敏电阻或铂电阻温度传感器。如果加热温度超过了热敏电阻和铂电阻传感器的使用范围,则建议采用热电偶型温度传感器。这些温度传感器在使用前都需要进行计量校准。[color=#990000]2.3. 执行机构的选配[/color] 压强控制执行机构是决定能否实现高稳定性恒定控制的关键。如图2-2所示,强烈建议采用线性度和磁滞小的步进电机驱动的电动针阀,不建议采用磁滞和控制误差都较大的比例电磁阀。电动针阀可以布置在进气口和出气口处,也可以根据上游或下游控制模式的选择布置一个电动针阀。如果光谱仪的真空腔体庞大,电动针阀就需要更换为口径和流速更大的电控阀门,以便更快的实现压强恒定控制。详细指标可参见文献[8,9]。[align=center][color=#990000][img=电动针阀和电动调节阀,690,369]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/07/202107030808519287_4900_3384_3.png!w690x369.jpg[/img][/color][/align][color=#990000][/color][align=center]图2-2 小流量电动针阀和大流量电动阀门[/align] 温度控制的执行机构建议采用具有帕尔贴效应的半导体热电片,这种热电片具有加热制冷双向工作模式,配合高精度的热敏电阻和控制器可以实现超高精度的温度控制,非常适合光谱仪小工作腔室的控温。 如果光谱仪工作腔室较大且温度在300℃以下,建议采用具有加热制冷功能的外排式循环浴进行加热,这种循环浴同样具有加热制冷功能,可达到较高的控温精度。 如果光谱仪工作在更高温度,则建议采用电阻丝或光加热方式,同时配备一定的通风冷却装置以提高加热的热响应速度,从而保证温控的稳定性和速度。[color=#990000]2.4. 控制器的选配[/color] 控制器是实现高精度和高稳定性压强和温度测控的最终保障。在压强控制设计中,控制器需要根据所选真空计和执行机构进行选配,选配的详细介绍可参见文献[10]。根据文献的计算可得认为,如果要保证压强测控的精度,必须采用至少16位以上的A/D模数采集器。同样,温度测控的精度保证也是由模数采集器的位数决定。因此,对于光谱仪中压强和温度的控制,建议采用了目前上海依阳实业有限公司开发的精度和性价比最高,并结合了PID参数控制功能的24位A/D采集的控制器,详细内容可参见文献[11]。 按照上述的选型,最终压强和温度的测控方案如图2-3所示。[align=center][color=#990000][img=光谱仪压强和温度控制框图,690,291]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/07/202107030809355503_6326_3384_3.png!w690x291.jpg[/img][/color][/align][color=#990000][/color][align=center]图2-3 光谱仪压强和温度测控方案示意图[/align] 特别需要指出的是,上述的压强和温度控制,基本都采用了双向控制模式,而我们所开发的这款高精度控制器恰恰具有这个功能。另外,在光谱仪实际应用中,压强和温度需要同时进行控制,可以采用两台控制器分别进行控制,但相应的光谱仪整体体积增大、操作变得繁复并增加成本。而目前所建议使用的高精度控制器则是一台双通道的PID控制器,两个通道可以独立同时进行不同PID参数的控制和PID参数自整定,并且每个通道都具有双向控制功能,这有效简化了控制器并降低了仪器尺寸和成本。[size=18px][color=#990000]3. 总结[/color][/size] 综上所述,通过对光谱测量和光谱仪的压强和温度测控要求的分析,确定了详细的温压测控技术方案,并详细介绍了方案确定的依据以及相应所选部件的技术参数指标。 整个技术方案完全能满足光谱测量和光谱仪对压强和温度测控的要求,并具有测控精度高、功能强大、适用范围广、易集成和成本低的特点。除了薄膜电容真空计为进口产品之外(也可选国产真空计),方案中的所有选择部件和仪表都为国产制造。[color=#990000]4. 参考文献[/color](1)牛明生, 王贵师. 基于可调谐二极管激光技术利用小波去噪在2.008μm波段对δ13CO2的研究[J]. 物理学报, 2017(02):136-144.(2)孙明国, 马宏亮, 刘强,等. 参数主动控制的痕量气体实时在线测量系统[J]. 光学学报, 2018, v.38;No.434(05):344-350.(3)许绘香, 孔国利. 采用Ziegler-Nichols-PID算法的激光红外多通池压强控制系统研制[J]. 红外与激光工程, 2020(9).(4)周心禺, 董洋, 王坤阳,等. 用于光谱测量仪器的高精度温压控制系统设计[J]. 量子电子学报, 2020, v.37 No.194(03):14-20.(5)Elvira V H , Roteta M , A Fernández-Sotillo, et al. Design and optimization of a proportional counter for the absolute determination of low-energy x-ray emission rates[J]. Review of Scientific Instruments, 2020, 91(10):103304.(6)Kerherve G , Regoutz A , D Bentley, et al. Laboratory-based high pressure X-ray photoelectron spectroscopy: A novel and flexible reaction cell approach[J]. Review of Scientific Instruments, 2017, 88(3):033102.(7)上海依阳实业有限公司,“真空度(气压)控制:上游模式和下游模式的特点以及新技术“,知乎:https://zhuanlan.zhihu.com/p/341861844.(8)上海依阳实业有限公司,“真空压力控制装置:电动针阀(电控针型阀)”:http://www.eyoungindustry.com/2021/621/29.html.(9)上海依阳实业有限公司,“微波等离子体化学[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相[/url]沉积(MPCVD)系统中真空压力控制装置的国产化替代”,知乎:https://zhuanlan.zhihu.com/p/377943078.(10)上海依阳实业有限公司,“彻底讲清如何在真空系统中实现压力和真空度的准确测量和控制”,知乎:https://zhuanlan.zhihu.com/p/343942420.(11)上海依阳实业有限公司,“高精度可编程真空压力控制器(压强控制器和温度控制器)”:http://www.eyoungindustry.com/2021/618/28.html.[align=center]=======================================================================[/align][align=center] [img=,690,345]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/07/202107030804374064_8626_3384_3.jpg!w690x345.jpg[/img][/align]
[align=center][size=18px][color=#990000]TEC温控器:半导体制冷片新型超高精度温度程序PID控制器[/color][/size][/align][align=center][color=#666666]TEC Thermostat: A New Type of Ultra-high Precision Temperature Program PID Controller for Semiconductor Refrigerator[/color][/align][color=#990000]摘要:针对目前国内外市场上TEC温控器控温精度差、无法进行程序控温、电流换向模块体积大以及造价高的现状,本文介绍了低成本的超高精度PID控制器。24位模数采集保证了数据采集的超高精度,正反双向控制功能及其小体积大功率电流换向模块可用于半导体制冷、液体加热制冷循环器和真空压力的正反向控制,程序控制功能可实现按照设定曲线进行准确控制,可进行PID参数自整定并可存储多组PID参数。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align] [size=18px][color=#990000]一、TEC温控器国内外现状[/color][/size]半导体致冷片(Thermo Electric Cooler)是利用半导体材料的珀尔帖效应制成的一种片状器件,可通过改变电流方向来实现加热和制冷,在室温附近的温度范围内可作为冷源和热源使用,是目前温度控制精度最高的一种温控器件。在采用半导体制冷片进行控温时,需配合温度传感器、控制器和驱动电源一起使用,它们的选择决定了控温效果和成本。温度传感器可根据精度要求选择热电偶和热电阻传感器,控制器也是如此,但在高精度控制和电源换向模块方面,国内外TEC温控器普遍存在以下问题:(1)目前市场上二千元人民币以下的国内外温控器,普遍特征是数据采集精度不高,大多是12位模数转换,无法充分发挥TEC的加热制冷优势,无法满足高精度温度控制要求。(2)绝大多数低价的TEC温控器基本都没有程序控制功能,只能用于定点控制,无法进行程序升温。(3)极个别厂家具有高精度24位采集精度的TEC温控器,但没有相应的配套软件,用户只能手动面板操作,复杂操作要求的计算机通讯需要用户自己编程,使用门槛较高,而且价格普遍很高。(4)目前国内外在TEC控温上的另一个严重问题是电源驱动模块。在具有加热制冷功能的高档温控器中,TEC控温是配套使用了4个固态继电器进行电流换向,如果再考虑用于固态继电器的散热组件,这使得仅一个电流换向模块往往就会占用较大体积,且同时增加成本。[size=18px][color=#990000]二、国产24位高精度可编程TEC温控器[/color][/size]为充分发挥TEC制冷片的强大功能,并解决上述TEC温控器中存在的问题,控制器的数据采集至少需要16位以上的模数转换器,而且具有编程功能。目前我们已经开发出VPC-2021系列24位高精度可编程通用性PID控制器,如图1所示。此系列PID控制器功能十分强大,配套小体积大功率的电流换向器,可以完全可以满足TEC制冷片的各种应用场合,且性价比非常高。[align=center][color=#990000][img=TEC温控器,650,338]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112232210356263_6759_3384_3.png!w650x338.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图1 国产VPC-2021系列可编程PID温度控制器[/color][/align]VPC-2021系列控制器主要性能指标如下:(1)精度:24位A/D,16位D/A。(2)多通道:独立1通道或2通道。可实现双传感器同时测量及控制。(3)多种输出参数:47种(热电偶、热电阻、直流电压)输入信号,可实现不同参量的同时测试、显示和控制。(4)多功能:正向、反向、正反双向控制、加热/制冷控制。(5)PID程序控制:改进型PID算法,支持PV微分和微分先行控制。可存储20组分组PID,支持20条程序曲线(每条50段)。(6)通讯:两线制RS485,标准MODBUSRTU 通讯协议。(7)软件:通过软件计算机可实现对控制器的操作和数据采集存储。可选各种功率大小的集成式电流换向模块,只需一个模块就可以完成控制电流的自动换向,减小体积和降低成本。[align=center][/align][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align]
液体介质体积电阻率测定仪符合DL/T421标准,适用于测定绝缘油和抗燃油体积电阻率,可广泛应用于电力、石油、化工、商检及科研等部门。仪器特点采用双CPU微型计算机控制。控温、检测、打印、冷却等自动进行。采用进口转换器,实现体积电阻率的高精度测量。具有制冷和加热功能。整机结构合理,安全方便。油体积电阻率测定仪按DL421.91《绝缘油体积电阻率测定法》的电力行业标准为依据,根据有源电桥的原理研制成功的一种新型电阻率测定专用仪器。具有结构简单、线性度好、灵敏度高、测试结果稳定、操作安全等优点,其性能远高于通常的电压电流法。仪器由参数测量系统、油杯加热控温系统两部分组成,具有自动计时、液晶显示功能。可测量绝缘油体积电阻率。找到符合标准的两种型号都是得利特(北京)公司的,他们家主要就是做油品分析仪器的生产厂家,型号多,性能稳定。体积电阻率测定仪还可以被称作:电阻测试仪,电阻率测试仪,表面电阻测试仪,油介损测试仪,介损测试仪,绝缘油介损测试仪,体积电阻率测试仪,体积表面电阻测试仪,介质损耗测定仪。
法国DGPT2-PT带铂电阻测温探头油浸变压器温度保护装置是一款高性能的油浸变压器综合保护设备,其特点在于采用了高精度的铂电阻测温探头,能够实时监测变压器油温,确保变压器在安全的温度范围内运行。以下是对该产品的详细介绍: [b]一、产品概述[/b] DGPT2-PT是法国Automation 2000公司专为油浸式变压器设计的温度保护装置,集成了铂电阻测温探头和先进的温度保护算法。该装置通过实时监测变压器油温,并在油温超过预设阈值时发出报警或跳闸信号,有效防止变压器因过热而损坏。 [b]二、铂电阻测温探头[/b] [list][*][font=-apple-system, BlinkMacSystemFont, &]高精度[/font]:铂电阻测温探头以其高精度而著称,能够准确测量变压器油的温度。铂电阻的阻值随温度变化而变化,通过测量阻值可以间接推算出温度值。[*][font=-apple-system, BlinkMacSystemFont, &]稳定性好[/font]:铂电阻具有良好的稳定性和可靠性,能够在长时间内保持测量精度,减少因测量误差导致的误报或漏报。[*][font=-apple-system, BlinkMacSystemFont, &]安装方便[/font]:测温探头通常安装在变压器顶部,通过电缆将信号传输至温度保护装置。安装过程简单快捷,不会对变压器造成额外负担。[/list] [b]三、温度保护功能[/b] [list][*][font=-apple-system, BlinkMacSystemFont, &]高温报警[/font]:当变压器油温超过预设的高温报警阈值时,DGPT2-PT会发出报警信号,提醒运维人员注意并采取措施降低油温。[*][font=-apple-system, BlinkMacSystemFont, &]超高温跳闸[/font]:如果油温持续升高并超过预设的超高温跳闸阈值,装置会立即启动跳闸继电器,切断变压器电源,防止变压器因过热而损坏。[*][font=-apple-system, BlinkMacSystemFont, &]多级保护[/font]:除了高温报警和超高温跳闸外,DGPT2-PT还可能提供其他级别的温度保护,如温度预警等,以适应不同的运行条件和保护需求。[/list] [b]四、其他功能[/b] [list][*][font=-apple-system, BlinkMacSystemFont, &]多参数监测[/font]:除了温度保护外,DGPT2-PT还可能具备其他监测功能,如气体监测、压力监测等,以全面保护变压器的安全运行。[*][font=-apple-system, BlinkMacSystemFont, &]远程通讯[/font]:支持多种通讯协议(如Modbus、Profibus等),便于与上位控制系统集成,实现远程监控和故障诊断。[*][font=-apple-system, BlinkMacSystemFont, &]易于维护[/font]:装置结构紧凑、易于维护,定期检查和保养可确保长期稳定运行。[/list] [b]五、应用场景[/b] DGPT2-PT带铂电阻测温探头油浸变压器温度保护装置广泛应用于电力、能源、工业等领域,特别适用于需要高可靠性和稳定性的油浸变压器保护场景。在船舶、海上风电等海洋环境中,该装置同样能够发挥重要作用,确保变压器的安全运行。 综上所述,法国DGPT2-PT带铂电阻测温探头油浸变压器温度保护装置以其高精度、稳定性和可靠性等特点,在油浸变压器保护领域具有广泛的应用前景和重要的应用价值。
[b] 高精度电涡流传感器,[/b]电涡流传感器是一种经典的传感器类型,具有非接触、宽带宽、灵敏度高、可靠性好等优点,并且可以工作在恶劣的环境,具有广泛的应用需求。 [align=center][img=高精度电涡流传感器]https://www.cxyqyb.cn/uploads/191015/1-191015153151515.jpg[/img][/align]https://www.cxyqyb.cn 根据目标导体厚度的不同,电涡流传感器可以划分为两种传感器类型:电涡流位移传感器和电涡流厚度传感器。这两种传感器是应用电涡流效应的自然产物,已经存在并发展了几十年,市场上有各种型号的产品。然而,这两种传感器仍然有大量的应用需求和难题需要去满足和攻克。 工作原理 高精度电涡流传感器系统中的前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈,在探头头部的线圈中产生交变的磁场。当被测金属体靠近这一磁场,则在此金属表面产生感应电流,与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场,由于其反作用,使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变(线圈的有效阻抗),这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。 通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各项同性,则线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率б、磁导率ξ、尺寸因子τ、头部体线圈与金属导体表面的距离D、电流强度I和频率ω参数来描述。则线圈特征阻抗可用Z=F(τ,ξ,б,D,I,ω)函数来表示。 通常我们能做到控制τ,ξ,б,I,ω这几个参数在一定范围内不变,则线圈的特征阻抗Z就成为距离D的单值函数,虽然它整个函数是一非线性的,其函数特征为“S”型曲线,但可以选取它近似为线性的一段。于此,通过前置器电子线路的处理,将线圈阻抗Z的变化,即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压或电流的变化,输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化,高精度电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。
电阻器按材料分可分为以下几个。 a、线绕电阻器由电阻线绕成电阻器 用高阻合金线绕在绝缘骨架上制成,外面涂有耐热的釉绝缘层或绝缘漆。绕线电阻具有较低的温度系数,阻值精度高,稳定性好,耐热耐腐蚀,主要做精密大功率电阻使用,缺点是高频性能差,时间常数大。 b、碳合成电阻器由碳及合成塑胶压制成而成 c、碳膜电阻器在瓷管上镀上一层碳而成,将结晶碳沉积在陶瓷棒骨架上制成。碳膜电阻器成本低、性能稳定、阻值范围宽、温度系数和电压系数低,是目前应用最广泛的电阻器。 d、金属膜电阻器在瓷管上镀上一层金属而成,用真空蒸发的方法 将合金材料蒸镀于陶瓷棒骨架表面。 金属膜电阻比碳膜电阻的精度高,稳定性好,噪声,温度系数小。在仪器仪表及通讯设备中大量采用。 e、金属氧化膜电阻器在瓷管上镀上一层氧化锡而成,在绝缘棒上沉积一层金属氧化物。由于其本身即是氧化物,所以高温下稳定,耐热冲击,负载能力强 按用途分,有通用、精密、高频、高压、高阻、大功率和电阻网络等。
[b][color=#339999][font='微软雅黑',sans-serif]摘要:针对红外目标模拟器的高精度可编程温度控制功能,本文介绍了实现高精度温控的温控装置,给出了温控方案。温控装置主要包括[/font]TEC[font='微软雅黑',sans-serif]半导体制冷加热模组、电源自动换向器、传感器和超高精度[/font]PID[font='微软雅黑',sans-serif]控制器。从超高精度温度控制,关键是[/font]PID[font='微软雅黑',sans-serif]控制器具有[/font]24[font='微软雅黑',sans-serif]位[/font]AD[font='微软雅黑',sans-serif]、[/font]16[font='微软雅黑',sans-serif]位[/font]DA[font='微软雅黑',sans-serif]和[/font]0.01%[font='微软雅黑',sans-serif]最小输出百分比的高性能指标,同时还具有可手动和通讯软件编程功能。[/font][/color][/b][align=center][img=常温黑体中TEC半导体可编程高精度温度控制解决方案,600,337]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/02/202302220435170646_2129_3221506_3.jpg!w690x388.jpg[/img][/align][align=center][color=#339999]~~~~~~~~~~~~~~~[/color][/align][b][size=18px][color=#339999]1. [font='微软雅黑',sans-serif]红外目标模拟器工作原理[/font][/color][/size][/b][font='微软雅黑',sans-serif] 红外目标模拟器([/font]Infrared Target Simulator[font='微软雅黑',sans-serif])广泛应用于红外探测器和红外热像仪整机的工艺测试和评价测试,它为被测装置提供标准的红外测试图像,用于测试关键指标,如[/font]NETD[font='微软雅黑',sans-serif](噪声等效温差)、[/font]MRTD[font='微软雅黑',sans-serif](最小可分辨温差)、[/font]MDRD[font='微软雅黑',sans-serif](最小可探测温差)、[/font]SiTF[font='微软雅黑',sans-serif](信号传递函数)等,以及整个系统的性能评估。[/font][font='微软雅黑',sans-serif][font=微软雅黑, sans-serif] [/font]红外目标模拟器的重要指标包括发射率、辐射均匀性、温度控制精度、温度稳定性和响应速度等,其中前两个指标取决于所用黑体的结构、辐射面材质和黑漆喷涂技术,其余指标则取决于温控系统的性能。红外目标模拟器一般通过单黑体或双黑体实现,但无论采用哪一种黑体结构,高精度的温控技术都是其中的技术关键,它直接关系到红外目标模拟器的性能,是实现红外系统指标测试的关键因素。红外目标模拟器的工作原理如图[/font]1[font='微软雅黑',sans-serif]所示。[/font][align=center][size=14px][b][color=#339999][img=红外目标模拟器原理示意图,500,365]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/02/202302220437236876_9226_3221506_3.jpg!w690x505.jpg[/img][/color][/b][/size][/align][font='微软雅黑',sans-serif][color=#339999][/color][/font][align=center][b][font='微软雅黑',sans-serif]图[/font][font=&]1 [/font][font='微软雅黑',sans-serif]红外目标模拟器工作原理示意图[/font][/b][/align][font='微软雅黑',sans-serif][font=微软雅黑, sans-serif] [/font]如图[/font]1[font='微软雅黑',sans-serif]所示,目标位于准直器反射器焦平面上。热辐射图样将由热辐射表面和目标之间的温差产生,并由准直器转换成平行光以模拟无限远的红外目标,供被测红外系统的成像探测器使用。[/font][font='微软雅黑',sans-serif][font=微软雅黑, sans-serif] [/font]温控系统由温度传感器、[/font]TEC[font='微软雅黑',sans-serif]半导体模组、散热器、风扇、[/font]PID [font='微软雅黑',sans-serif]控制器、自动电源换向器等组成。温度传感器[/font]A[font='微软雅黑',sans-serif]检测的是目标温度,温度传感器[/font]B[font='微软雅黑',sans-serif]检测的是辐射表面温度。根据目标的设定温度,控制器通过[/font]PID[font='微软雅黑',sans-serif]控制算法计算加热或制冷的控制量并驱动电源换向器工作电流的方向和大小,使得[/font]TEC[font='微软雅黑',sans-serif]半导体模组进行加热或制冷输出。[/font][b][size=18px][color=#339999]2. TEC[font='微软雅黑',sans-serif]半导体高精度温度控制标准装置[/font][/color][/size][/b][font='微软雅黑',sans-serif][font=微软雅黑, sans-serif] [/font]根据红外测试设备的检测指标,要求红外目标模拟器的工作温度范围为[/font]0~50[font='微软雅黑',sans-serif]℃,温度分辨率为[/font]0.001[font='微软雅黑',sans-serif]℃,控温精度为[/font]0.03[font='微软雅黑',sans-serif]℃。要实现此技术指标,温度控制系统需包括加热装置、温度传感器、执行器和[/font]PID[font='微软雅黑',sans-serif]控制器这几部分内容,而且需要满足相应的技术指标。为此,专门针对温控系统本文设计了相应的解决方案,具体结构如图[/font]2[font='微软雅黑',sans-serif]所示。以下为图[/font]2[font='微软雅黑',sans-serif]所示温控方案的详细描述:[/font][align=center][size=14px][b][color=#339999][img=温度控制系统方案示意图,550,559]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/02/202302220437516841_6377_3221506_3.jpg!w690x702.jpg[/img][/color][/b][/size][/align][font='微软雅黑',sans-serif][color=#339999][/color][/font][align=center][b][font='微软雅黑',sans-serif]图[/font][font=&]2 [/font][font='微软雅黑',sans-serif]红外目标模拟器温度控制系统方案示意图[/font][/b][/align][font='微软雅黑',sans-serif][font=微软雅黑, sans-serif] [/font]([/font]1[font='微软雅黑',sans-serif])加热方式:有很多种加热方式可供选择,如电加热、循环水加热和[/font]TEC[font='微软雅黑',sans-serif]半导体制冷加热等,但考虑到红外目标模拟器对工作温度范围和超高精度温度控制的要求,目前也只有[/font]TEC[font='微软雅黑',sans-serif]热电半导体制冷加热方式比较适用。[/font]TEC[font='微软雅黑',sans-serif]用于红外目标模拟器的温度控制除能满足温度范围之外,与其他加热方式相比具有更高的控温精度、更快的冷热变化控制速度、结构简单以及造价低的突出特点。[/font][font='微软雅黑',sans-serif][font=微软雅黑, sans-serif] [/font]([/font]2[font='微软雅黑',sans-serif])执行机构:为了实现[/font]TEC[font='微软雅黑',sans-serif]的加热制冷功能,除了需要对[/font]TEC[font='微软雅黑',sans-serif]模组的加载电流进行自动调节之外,还需在调节过程中能自动改变电流方向,为此,[/font]TEC[font='微软雅黑',sans-serif]执行机构配备了电源自动换向器。换向器接收加热和制冷控制信号,并根据控制信号大小和方向输出相应的工作电流。[/font][font='微软雅黑',sans-serif][font=微软雅黑, sans-serif] [/font]([/font]3[font='微软雅黑',sans-serif])温度传感器:温度传感器是决定温度控制精度的关键因素之一,因此本方案中配置了高等级的铂电阻温度计(如标准铂电阻温度计)或高等级热敏电阻温度传感器,使得温度传感器的温度分辨率能达到[/font]0.001[font='微软雅黑',sans-serif]℃以及测温精度能达到[/font]0.01~0.02[font='微软雅黑',sans-serif]℃。[/font][font='微软雅黑',sans-serif][font=微软雅黑, sans-serif] [/font]([/font]4[font='微软雅黑',sans-serif])超高精度[/font]PID[font='微软雅黑',sans-serif]控制器:决定温度控制精度的另一个关键因素是温度控制器的数据采集精度、控制算法和控制输出精度。为此,在本解决方案中采用了目前控制精度最高的[/font]VPC2021-1[font='微软雅黑',sans-serif]系列的工业用[/font]PID[font='微软雅黑',sans-serif]程序调节器,除具有不超过[/font]96mm[font='微软雅黑',sans-serif]×[/font]96mm[font='微软雅黑',sans-serif]×[/font]87mm[font='微软雅黑',sans-serif]的小巧尺寸外,关键是此[/font]PID[font='微软雅黑',sans-serif]调节器的模数转换[/font]AD[font='微软雅黑',sans-serif]为[/font]24[font='微软雅黑',sans-serif]位、数模转换[/font]DA[font='微软雅黑',sans-serif]为[/font]16[font='微软雅黑',sans-serif]位、双精度浮点运行运算以及[/font]0.01%[font='微软雅黑',sans-serif]的最小输出百分比,并可对控制程序进行编辑设计,适合红外目标模拟器在全温度量程内多个设定点的自动温度恒定控制。同时,此调节器采用了高级无超调[/font]PID[font='微软雅黑',sans-serif]控制模式,并具有[/font]PID[font='微软雅黑',sans-serif]参数自整定功能,结合超高精度的数据采集和控制输出,可实现十分精细的温度变化调节和控制。另外,此调节器附带功能强大的计算机软件,通过计算机运行此软件可快速进行[/font]PID[font='微软雅黑',sans-serif]控制器的远程设置和运行操作,同时能图形化的显示和记录所有设置参数、控制程序曲线和温度控制变化曲线。[/font][font='微软雅黑',sans-serif][font=微软雅黑, sans-serif] [/font]总之,本文所述的采用[/font]TEC[font='微软雅黑',sans-serif]模组进行的温度控制系统,已经成为超高精度可编程温度控制的一种标准和通用性方案,完全适用于红外目标模拟器的高精度温度控制。[/font][align=center][color=#339999]~~~~~~~~~~~~~~~[/color][/align]
国产小盲区超声波物/液位仪是最新专为小盲区,精度高的工况控制制造的通用型超声波物/液位计,吸取了国内外多种物/液位仪优点,克服了超声测控盲区大,精度低的不足,实现了完善的物/液位测控.数据传输和人机交流功能。主芯片采用进口工业级单片机,数字温度补偿和超宽电压输入稳压等数十块相关专用集成电路。具有抗干扰性强,可任意设置上下限节点及在线输出调节,并带有现场显示,可选择模拟量,开关量及RS485输出,方便的与相关设施接口。本机是防水外壳,壳体小巧且前端为防腐型不锈钢,它不必接触工业介质就能满足大部分物位测量要求,特别适合小盲区, 高精度的非接触工况控制要求。主要性能最大量程:1m 盲区: 0.06m 可选两组开关限位工 作 频 率 :40KHz~430.0KHz输出信号:4~20mA (其它方式可选)最大负载阻抗:300Ω最小显示分辨率:1mm 最大误差:小于±1.5mm工作温度:-20℃~80℃ 工作压力:常压显示 :四位八段:LED外形尺寸:工作电压:DC12—36V 功耗1.5W安装方式:外直管螺纹M30×1.5
[align=center][font=宋体][url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]常用温度传感器[/font][font='Times New Roman'] [font=Times New Roman]—— [/font][/font][font=宋体]热敏电阻温度传感器[/font][/align][align=center][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font='Times New Roman'][font=宋体]概述[/font][/font][/align][font=宋体]热敏电阻是利用金属氧化物半导体材料的电阻值随温度变化特性制成的热敏元件,与常见的热电阻相比,其电阻温度系数更高,可以获得更高的温度检测灵敏度。热敏电阻成本较低、阻值随温度变化的曲线呈非线性、不同元件之间的特性分散性较大、可测量温度范围较低,一般用于室温或者色谱仪的某些工作于较低温度的辅助单元。[/font][align=center][font=宋体]简介[/font][/align][font=宋体][font=宋体]热敏电阻是金属氧化物半导体材料制成的测温元件,与热电阻(例如铂电阻)测温原理类似,温度变化会改变其电阻值。一般分为负温度系数([/font][font=Times New Roman]NTC[/font][font=宋体])热敏电阻、正温度系数([/font][font=Times New Roman]PTC[/font][font=宋体])热敏电阻和临界温度([/font][font=Times New Roman]CTR[/font][font=宋体])热敏电阻三类。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]各类型的热敏电阻温度特性曲线如图[/font][font=Times New Roman]1[/font][font=宋体]所示,[/font][font=Times New Roman]CTR[/font][font=宋体]热敏电阻在工作温度范围内,当温度超过确定数值时,其电阻值发生急剧变化,主要用于温度开关。[/font][font=Times New Roman]PTC[/font][font=宋体]热敏电阻在工作温度范围内阻值随温度上升而增大,常用于电气设备的过热保护、电路中的限流元件或发热源的定温控制。[/font][/font][font=宋体][font=Times New Roman]NTC[/font][font=宋体]热敏电阻温度特性与[/font][font=Times New Roman]PTC[/font][font=宋体]相反,在工作温度范围内,电阻随温度升高而降低,并且其低温下电阻值较高,电阻值随温度的变化率较大,常用于温度补偿或者温度测量领域。因其较大的电阻变化率,容易得到较高的测温精度。[/font][/font][align=center][img=,264,244]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211231550112039_9513_1604036_3.jpg!w551x510.jpg[/img][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Times New Roman]1 [/font][font=宋体]热敏电阻温度特性曲线[/font][/font][/align][font=宋体][font=宋体]热敏电阻可根据使用要求,封装加工成各种形式的探头,例如棒状、盘装、珠装等,其尺寸较小、响应速度快、灵敏度高,典型外观如图[/font][font=Times New Roman]2[/font][font=宋体]所示。其工作温度范围为[/font][font=Times New Roman]-50~350[/font][font=宋体]℃,高精度测定温度情况下建议使用温度不超过[/font][font=Times New Roman]150[/font][font=宋体]℃。热敏电阻一般常用于数值较低范围温度的检测,例如实验室室温检测或者色谱仪内部器件散热片或仪器外壳的温度测定。[/font][/font][align=center][img=,278,132]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211231550224349_7538_1604036_3.jpg!w535x253.jpg[/img][font='Times New Roman'] [/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体]图[/font][font=Times New Roman]2 [/font][font=宋体]热敏电阻外观[/font][/font][/align][font=宋体][font=宋体]某些分析条件需要[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp][color=#3333ff]气相色谱仪[/color][/url]或者[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相色谱仪[/color][/url]的柱温箱工作温度于接近室温(例如[/font][font=Times New Roman]35[/font][font=宋体]℃),此种情况下高稳定性和高精度的温度控制较为困难,实验室室温的变化会影响柱温箱的温度稳定和控制精度。色谱控制系统需要根据室温的数值确定柱温箱温度的控制参数,此种场合下,测定室温经常会用到热敏电阻用于柱温箱温度的辅助控制。[/font][/font][font=宋体][font=宋体]某些电气或者光学部件(例如[/font][font=Times New Roman]FPD[/font][font=宋体]检测器的干涉滤光片、[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相色谱仪[/color][/url]的氘灯等部件)要求的工作环境温度较低,基于对部件的保护,热敏电阻一般会安装在这些部件的散热片上。当意外情况发生(例如断电或者散热风扇损坏)使部件温度超过其保护温度时,色谱系统将会自动启动散热风扇或者发出报警。[/font][/font][font=宋体]某些型号的[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相色谱仪[/color][/url]使用热敏电阻作为漏液传感器,实质利用了热敏电阻的测温原理。当[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/5p][color=#3333ff]液相色谱[/color][/url]系统发生泄漏,泄漏出的液体接触热敏电阻表面,由于液体蒸发造成热敏电阻表面温度降低,色谱系统感知到其温度变化,会触发漏液报警。[/font][font=宋体][font=宋体]此外还有利用[/font][font=Times New Roman]PN[/font][font=宋体]结温度特性制成的半导体热敏元件,称为固态温度传感器或集成温度传感器。硅管的[/font][font=Times New Roman]PN[/font][font=宋体]结的结电压在温度每升高[/font][font=Times New Roman]1[/font][font=宋体]℃时下降约[/font][font=Times New Roman]2mV[/font][font=宋体],利用此特性,可以将硅二极管或者三极管制成[/font][font=Times New Roman]PN[/font][font=宋体]结温度传感器,其尺寸较小、线性良好、时间常数短、灵敏度高,测温范围一般为[/font][font=Times New Roman]-50~150[/font][font=宋体]℃。其安装位置和使用场合与热敏电阻传感器相同。[/font][/font][font='Times New Roman'] [/font][align=center][font=宋体]小结[/font][/align][font=宋体]简单说明热敏电阻和固态温度传感器的原理。[/font]
[size=16px] 一台有点年头的电阻箱,很长时间没有使用,一直放在仪表柜的角落。最近,公司的一个化工过程控制系统检修,需要校准电路中的电阻,拿出来看看还能不能用。结果许多档位的示值不稳定,60[font=宋体]~[/font]90K[font=宋体]Ω[/font]以上档位开路,自己动手检修一下,下面是故障排除过程。[/size][size=16px][b]一、仪器情况[/b][/size][size=16px]外貌,ZX-21型,0.1级,有6个旋转档位,[font=&]范围0[/font][font=宋体]~[/font][font=&]99999.9[/font][font=宋体]Ω,[/font][font=&]长期搁置,外表有点脏[/font][/size][font=宋体][size=16px]:[/size][/font][align=left][size=16px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209011238059788_2251_1807987_3.jpg[/img][font=&]铭牌,1967年1月生产,呜哇55年零7个月!半个多世纪,元老级。[/font][/size][/align][size=16px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209011238062239_4364_1807987_3.jpg[/img][/size][size=16px][b]二、拆机[/b][/size][size=16px]正面,左下角固定螺丝孔的胶泥封已不见,以前被人开封检修过?[/size][size=16px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209011238063636_2646_1807987_3.jpg[/img][/size][size=16px]背面,卸下其余三颗固定螺丝,轻松打开,天蓝色胶圈是密封圈,内部很干净[/size][size=16px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209011238064915_4466_1807987_3.jpg[/img][/size][size=16px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209011238068593_9268_1807987_3.jpg[/img][/size][size=16px][b]三、查找故障及排除[/b][/size][size=16px]1、许多档位的示值不稳定问题[/size][size=16px]仔细观察旋转开关表面,原出厂应该有一层薄薄的绝缘润滑脂,由于年代久远已经干涸,开关盘面磨损、氧化、灰尘积累,造成接触不良,读数不稳定。[/size][size=16px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209011238072890_5353_1807987_3.jpg[/img][/size][size=16px]处理方法:用精密电器清洁剂擦洗盘面,再用新绝缘润滑脂薄薄地在表面涂一层(不能过多),反复旋转所有档位开关,使得开关刀位接触良好。[/size][size=16px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209011238072493_1325_1807987_3.jpg[/img][/size][size=16px]2、60K[font=宋体]Ω[/font]以上档位开路问题[/size][size=16px]电阻箱在[font=&]10K[/font][font=宋体]Ω[/font][font=&]以上档位,使用5个[/font]康铜丝电阻排(10K,20k+20k,20K+20K)进行组合,见下图:[/size][size=16px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209011238074016_7862_1807987_3.jpg[/img][/size][size=16px]这个10K电阻排好像维修过,表面涂了不少的固定胶:[/size][size=16px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209011238075393_1659_1807987_3.jpg[/img][/size][size=16px]用万用表测量康铜丝电阻排,发现有一组电阻排(20K X2个)断路,该组电阻排关系60K以上档位,取下它:[/size][size=16px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209011238078866_5490_1807987_3.jpg[/img][/size][size=16px]用电烙铁焊下有问题的这一组电阻排,再测量,两个电阻排均断路:[/size][img=,690,517]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209011303342058_8774_1807987_3.jpg!w690x517.jpg[/img][size=16px]用放大镜耐心仔细查找,牙签轻轻拨动,发现一个电阻排断点在引线附近,重新焊接好:[/size][size=16px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209011238081493_7071_1807987_3.jpg[/img][/size][size=16px]拆除另一个电阻排的扎线,发现有2个断点。一个在引线处,另一个在距该引线端1.281K[font=宋体]Ω[/font]处,重新焊接好:[/size][size=16px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209011238080579_2104_1807987_3.jpg[/img][/size][size=16px]将修复后的电阻排装回去,测量60K[font=宋体]Ω[/font]以上档位,恢复正常:[/size][size=16px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209011238081770_4190_1807987_3.jpg[/img][/size][size=16px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209011238083137_5743_1807987_3.jpg[/img][/size][size=16px]做一下卫生,给面板左下角固定螺丝孔贴上封口签:[/size][size=16px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209011238086786_9043_1807987_3.jpg[/img][/size][size=16px][img]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/09/202209011238086223_7788_1807987_3.jpg[/img][/size][size=16px][b]结束语[/b]:早期的高精度电阻没有印刷工艺,高精度低温漂的取样电阻一般都用康铜丝制作。本次发生故障的电阻丝直径只有4丝(0.04mm),这么细的康铜丝,加上制造过程中难免的缺陷,横跨半个多世纪,金属细丝霉断,本人接触的这类原因故障还不少。如果康铜电阻丝霉断太厉害,无法做到小误差修复,只有用RX70-E系列高精度低温漂精密电阻(20K[font=宋体]Ω、1/4W、[/font] 0.01%)整体替代,网上售卖商家比较多。[/size]
[color=#990000]摘要:远程设定点功能是超高精度PID控制器的重要拓展功能之一,其在实际自动控制中有着广泛的应用。本文详细介绍了远程设定点的功能和操作设置过程,同时还介绍了远程设定点功能在跟踪控制、串级控制和比值控制中的具体应用。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~[/align][align=center][color=#cc0000][/color][/align][b][size=18px][color=#990000]一、远程设定点的基本概念[/color][/size][/b] PID控制器中的设定点(set point,简称SP)或设定值(set value,简称SV),是指控制对象最终想要达到的状态或目标。PID控制器作用就是不断检测被控对象与设定点之间的偏差,并通过PID算法设法使此偏差快速趋于最小并达到稳定。需要注意的是,这里所说的设定点只是一种泛指,实际上包括了不随时间变化的固定设定点和随时间变化的设定曲线。 PID控制器中的设定点一般分为以下两种: (1)内部设定点。通常也称之为内部给定值或本地给定值,是指PID控制器内部给出的设定点,如通过控制器面板操作或通过通讯方式由上位机软件操作给出的设定点或设定曲线。 (2)外部设定点。通常也称之为远程设定值或遥控设定值,是指独立于PID控制器的外部装置按照输入信号的函数所给出的设定点,如外部传感器、外部电压电流信号源等。远程设定点与PID控制器其他功能的关系如图1所示。[align=center][b][color=#990000][img=01.远程设定点与PID控制器的结构关系图,600,302]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212061510414734_8875_3221506_3.jpg!w690x348.jpg[/img][/color][/b][/align][align=center][b][color=#990000]图1 远程设定点功能与PID控制器其他功能的关系图[/color][/b][/align] 在工业生产和一些实际应用中,设定点并不能事先人为的给出,设定点有时需要根据实际过程采取远程控制形式,而这些远程设定点一般会随时间和环境不断发生变化。例如在多回路的复杂控制过程中,回路中被控参数的选取会直接影响控制效果和效率,因此远程设定点主要功能对设定点进行优化和对控制系统进行局部调整和优化。[b][size=18px][color=#990000]二、远程设定点的操作设置[/color][/size][/b] 本文以VPC 2021系列多功能超高精度PID控制器为例,详细说明远程设定点的操作设置值。 带有远程设定值的控制器一般都有两个输入通道,第一主输入通道作为过程传感器输入,第二辅助输入通道用来作为远程设定点输入。与主输入信号一样,辅助输入的远程设定点同样可接受47种类型的输入信号,其中包括10种热电偶温度传感器、9种电阻型温度传感器、3种纯电阻、10种热敏电阻、3种模拟电流和12种模拟电压,即任何信号源只要能转换为上述47种类型型号,都可以直接接入第二辅助输入通道作为远程设定点源。 VPC 2021系列超高精度PID调节器是一台具有两路输入(主输入和辅助输入)和两路输出(主控输出1和2)的多功能控制器,具有远程设定点功能,在具体使用远程设定值功能时的具体接线如图2所示。需要注意的是,远程设定点功能只能在单点设定控制模式下有效,即在程序控制模式下无法使用远程设定值功能。 图中在主输入通道上连接的压力传感器为过程传感器,在主控输出1通道连接的是作为执行机构的高压比例阀,由此压力传感器、高压比例阀和PID调节器组成标准的闭环控制回路,在一般情况下可以通过内部设定点进行压力控制。[align=center][b][color=#990000][img=02.远程设定点功能使用接线图,690,267]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212061511218073_2657_3221506_3.jpg!w690x267.jpg[/img][/color][/b][/align][align=center][b][color=#990000]图2 使用远程设定点功能时的接线图[/color][/b][/align] 如果要使用远程设定点功能,如图1所示,需要在辅助输入通道接入远程设定点源,这里是电压信号发生器。在使用远程设定值功能前,需要对PID控制器的辅助输入通道相关参数进行设置,以满足以下几方面要求: (1)辅助通道上接入的远程设定点信号类型要与主输入通道完全一致。 (2)辅助通道的显示上下限也要与主输入通道完全一致。 (3)显示辅助通道接入的远程设定点信号大小的小数点位数要与主输入通道保持一致。 完成辅助输入通道参数的设置后,开始使用远程设定点功能时,还需要激活远程设定值功能。远程设定值功能的激活有以下两种方式: (1)仅使用远程设定点,不使用本地设定点:在PID控制器中,设置辅助输入通道2的功能为“远程SV”,相应数字为3。 (2)可进行远程和本地设定点之间切换:在PID控制器中,设置辅助输入通道2的功能为“禁止”,相应数字为0。然后设置外部开关量输入功能DI1为“遥控设定”,相应数字为2。通过这种外部开关量输入功能的设置,就可以采用图1中所示的纽子开关实现远程设定点和本地设定点之间的切换,开关闭合是为远程设定点功能,开关断开时为本地设定点功能。 需要注意的是,无论采用哪种远程设定点激活和切换方式,在输入信号类型、显示上下限范围和小数点位数这三个参数选项上,辅助输入通道始终要与主输入通道保持一致。[b][size=18px][color=#990000]三、远程设定点功能的典型应用[/color][/size][/b] 远程设定点功能的用途十分广泛,在许多控制领域都可以得到应用,典型应用是手动设定点输入的自动跟踪控制,多个被控对象之间的主从自动跟踪控制、串级控制和比值控制中的自动从属调节等。[b][color=#990000]3.1 各种自动跟踪控制[/color][/b] 自动跟踪控制会出现在许多实际应用中,一般是在两个以上被控对象中,要求一个被控对象始终跟随另一个被动对象的变化。一般自动跟踪控制应用中,要求两个或两个以上的被控对象随时间始终同步变化并尽可能的完全相同,最典型的应用场景是多温区的温度跟踪控制,其目的是实现各个温区的温度始终相同,从而起到温度均匀或使被跟踪对象处于绝热状态。 如图3所示,我们以两个被控对象之间的温度跟踪为例,其中物体A是主温度变化对象,物体B为防护温度变化对象,要求物体B的温度始终跟踪物体A并保持相同,从而使物体A始终处于等温绝热状态,这种等温绝热形式常用于绝热量热计。[align=center][b][color=#990000][img=03.自动跟踪控制示意图,690,195]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212061511438279_8853_3221506_3.jpg!w690x195.jpg[/img][/color][/b][/align][align=center][b][color=#990000]图3 温度自动跟踪中的传感器形式:(a)温差热电堆,(b)热电阻远程设定点[/color][/b][/align] 图3给出了温度跟踪中的两种温度传感器连接方式,图3(a)是典型的温差热电堆形式,其中用了两只或多只热电偶构成的热电堆检测物体AB之间的温差,温差信号(电压)直接连接到PID控制器的主输入端,PID控制器调节物体B的加热功率,使温差信号始终保持最小(近似零),从而实现物体B的温度始终跟踪物体A。 在有些应用场合无法使用热电偶而只能使用热电阻,那么温度跟踪一般会采用图3(b)所示的远程设定点功能。这时需要物体AB上分别安装两只热电阻温度计,其中物体B上的热电阻(两线制或三线制)连接到PID控制器的主输入端作为控制传感器,物体A上的热电阻(与物体B热电阻制式保持相同)连接到PID控制器的辅助输入端作为远程设定点传感器,由此实现物体B的温度调节始终跟踪物体A的温度变化。 采用热电阻温度传感器进行温度跟踪控制一直是个技术难点,以往的实现方法是采用复杂的惠斯登电桥(wheatstone bridge)将图3(b)中的两只热电阻温度传感器的电阻差转换为电压信号,这样就等同于图3(a)所示的功能。由此可见,采用远程设定点功能简化了热电阻温度跟踪的实现难度和装置的体积及造价。[b][color=#990000]3.2 串级控制(级联控制)[/color][/b] 远程设定点功能最主要的应用是在串级控制系统中。一般串级控制系统由两个或两个以上的控制器串联连接组成,一个控制器的输出作为另一个控制器的设定值。串级控制系统的特点是将两个PID调节器相串联,主调节器的输出作为副调节器的设定,当被控对象的滞后较大,干扰比较剧烈、频繁时,可考虑采用串级控制系统。特别是需要进行超高精度控制,以及跨参数和跨量程控制时,串级控制系统则能重复发挥其优势。 图4所示是一个典型的串级控制在管壳式热交换器温度控制中的应用,其中离开热交换器的液体的温度是最终需要的控制变量,即通过操控蒸汽调节阀,使液体温度恒定在某一个设定值上。进入换热器的蒸汽流量直接影响温度,但只要控制好温度,我们并不关心流量有多少。所需的蒸汽量将取决于工作流体的流速和进口温度与出口温度设定点之间的差异。[align=center][b][color=#990000][img=04.热交换器温度的串级系统结构示意图,690,369]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212061512007021_6743_3221506_3.jpg!w690x369.jpg[/img][/color][/b][/align][align=center][b][color=#990000]图4 热交换器温度控制中的串级控制系统[/color][/b][/align] 我们可以用一个PID控制器来控制温度,温度作为输入,输出连接到调节阀。虽然这种安排可以控制温度。但是,在实际控制中存在一些问题: (1)蒸汽集管压力可能发生变化,导致流入换热器的蒸汽流量突然减少。温度控制器将把温度带回它的设定值,但是,由于温度控制器需要缓慢的调谐,校正将花费比预期更长的时间。 (2)温度循环,可能包含多个滞后和死区,是一个更难调优的循环。阀门中的非线性将进一步使调谐复杂化。 如图4所示,使用串级控制方式将纠正这两个问题。在此串级控制系统中,采用了两路控制(或两个PID控制器),其中一个作为主控制器(温度控制器)采集最终需要控制的离开换热器的流体温度,同时根据本地设定点(温度值)进行控制,控制器的输出信号作为作为从控制器(流量控制器)的远程设定点,流量控制器采集流量传感器信号,并根据远程设定点控制调节阀的开度大小。 由此可见,采用串级控制方法,如果管路内压力发生变化而导致流量发生改变,流量测量将检测到这种变化,并立即可以得到反馈和纠正,从而平稳快速的实现温度的最终控制。 这里需要注意的是,主控制器的输出量为电压(或电流值),是作为从控制器的远程设定值,那么此远程设定值的变化范围应与流量传感器的信号类型(电压或电流)和量程保持一致。[b][color=#990000]3.3 比值控制[/color][/b] 远程设定值功能经常在比值控制中得到应用。比值控制,也称之为比率控制,是使得两种或两种以上被控变量的比值保持恒定的一种控制方法。 如图5所示是一个典型的流体混合比值控制应用,通过比值控制方式控制一种流体(受控流体)与另一种流体(自由流体)按照设定的流量比值进行混合。实际上,这也是一种跟踪控制形式,即受控流体的流量按照设定比值自动跟踪自由流体的流量变化。[align=center][b][color=#990000][img=05.两种流体混合时的比值控制系统结构示意图,600,439]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212061512224917_4914_3221506_3.jpg!w690x506.jpg[/img][/color][/b][/align][align=center][b][color=#990000]图5 流体混合中的比值控制系统[/color][/b][/align] 在图5中,用流量传感器1测量自由流体的流量,此流量信号乘以比值发生器的设定比值输出远程设定点信号。PID控制器控制分别接收远程设定点信号作为设定值和接收流量传感器2作为测量信号,由此来控制被控流体。 在具体应用过程中,比值发生器可采用以下两种方式实现: (1)从图5可以看出,比值发生器类似于图4所示串级控制系统中的主控制器,控制电动针阀的PID控制器相当于串级控制系统中的从控制器。因此,采用两路PID控制就可实现比值控制。 (2)更简单的方式是直接采用图2所示的PID控制器的远程设定点功能,将流量传感器1和传感器2分别连接到主输入和辅助输入通道,其中辅助输入通道作为远程设定点。而远程设定点的比值大小则可以通过修改辅助通道的显示上下限来进行改变,但需要注意的是辅助输入通道的信号类型和显示小数点位数要与主输入通道保持一致。[b][size=18px][color=#990000]四、总结[/color][/size][/b] 远程设定点功能是超高精度PID控制器的重要拓展功能之一,在实际自动控制中有着广泛的应用,但详细介绍远程设定点功能的具体操作设置和实际应用的资料内容很少。本文重点侧重介绍远程设定点的功能和操作设置过程,以期便于具体操作使用人员的快速设置和投入控制运行。 远程设定点功能在各种复杂PID控制中的应用十分广泛,本文只是列举了远程设定点功能在自动跟踪、串级控制和比率控制中的典型应用,而在实际控制中还可以有更多种的应用演变。[align=center]~~~~~~~~~~~~~[/align]
接地电阻仪是用校准的,只有校准报告,其精度要求如何确认?有没有哪个规范中有规定它的精度要求?我们的检测依据(国家标准)对此仪器没有明确规定精度,只是在检测项目中要求“接地电阻不得大于4欧姆”请教了谢谢!