第三章 温度测量与控制系统
温度控制工作原理
温度控制工作原理
温度控制是一种常见的自动控制系统，其工作原理主要包括传感器测量、信号处理和执行器控制三个步骤。
在温度控制系统中，首先需要使用温度传感器来测量环境的温度。
这些传感器可以是热敏电阻、热电偶、热电阻等。
传感器将温度转化为电信号，并将其发送给信号处理部分。
接下来，信号处理部分将接收到的电信号进行处理和转换，以便后续的控制和操作。
这个过程通常包括放大、滤波、线性化和数字化等步骤。
信号处理的目的是将传感器测得的温度信号转换为适合后续控制器处理的信号。
最后，控制器接收到经过信号处理的温度信号，并根据预设的温度设定值和算法进行计算和决策，以确定是否需要采取控制措施。
控制器可以是PID控制器、模糊控制器或者其他类型的控制器。
根据计算结果，控制器将信号发送给执行器。
执行器负责根据控制器的指令来控制环境条件，以实现温度的调节。
执行器可以是加热器、冷却器、风扇等。
通过控制执行器的工作状态和功率，温度可以被保持在预设的设定值附近。
整个温度控制的过程是一个反馈循环，温度测量值不断地被传感器测量、信号处理和控制器计算，然后再通过执行器进行调节，以实现温度控制的精确度和稳定性。
ARES用户操作手册
ARES 流变仪用户操作手册目录第一章 ARES介绍 (3)第二章校准ARES (7)1、扭矩校正 (9)2、法向力校正 (10)3、应变校正 (11)第三章 ARES温度控制系统 (13)第四章 ARES夹具 (16)第五章实验过程 (18)1：动态模式 (20)2：稳态模式 (23)3：瞬态模式 (24)4：测试选项（Options） (28)第六章 ARES的维护 (33)1．过滤器维护 (33)2．空气轴承锁 (33)3．ARES电源 (33)4．实验过程 (33)5．安全信息 (34)6．寻求帮助 (34)ARES操作手册第一章 ARES介绍1）下图为ARES正面图，各个组件如图所示液氮罐液晶屏力学传感器FCO温控炉驱动马达马达和温控炉冷却氮气液氮汽化器2）下图为ARES侧面图压缩空气管控炉压缩空与压缩氮气测试头升降按钮ARES流变仪3）开机过程1、打开空压机，待压力表达到规定数值后方可开机，压力表规定数字如下图所示传感器压力表调至 35 psi马达压力表调至60psi温控炉压力表调至40psiFCO温控炉内压缩空气与压缩氮气转换阀请注意，这些压力在TA工程师调整好后请不要轻易调节。
2、待压力表达到规定数值后，将空气轴承解锁，如下图、待稳定后，打开位于ARES 后部的主电源开关。
3液晶屏幕上得温度一项会依次出现CAL1，CAL2，当最终显示温度后运行Orchestrator 软件随机携带的CD-ROM 装入PC ，会自动运行安装程序； 电脑；；（请妥善保管随机提供的密码文件） 与ARES 主机联机。
Orchestrator 的安装：将选择English 版本进行安装；待软件安装完成后，重新启动启动安装好的Orchestrator 操作软件；第一次运行软件，将要求提供注册密码一旦通过密码后，出现如下的对话框Instrument ID 请输入仪器类型 ARES；Data Directory 用默认值；Instrument Type 选择Shear Strain-Controlled: ARES, RDA, RDS, RFS, RPR, RMSInstruments Port 选COM1；Baud Rate 选 38400Transit Speed 选 Fast注意，必须将COM1端口的FIFO选项去掉，否则仪器将不能与电脑进行联机，具体方法如下：开始——控制面板——系统——硬件——设备管理器，会出现如下图选择属性选择端口设置——高级，去掉选项“使用FIFO缓冲区”得到如下图所示第二章校准ARES校准工具包如下图所示校准用标准油应变校正工具传感器校正工具内六角扳手校正用标准砝码如下图，将滑轮和校准工具安装在ARES 上法向力校正夹具校正用滑轮安装好后应该如图所示1、扭矩校正1.在Orchestrator操作软件中，选择 Utilities > CalibrationInstrument > Transducer Characteristics ；2.选择 “XducerCal” 按钮，点击 “Zero”按钮；3.约等待30秒后，仪器传感器清零；1.如图所示，根据下表将合适的砝码通过塑料线挂在夹具上；2.在输入点击 “Torque Cal”后，输入相应的扭矩值；3.点击OK。
控制工程基础第三章参考答案(供参考)
第三章 习题及答案传递函数描述其特性，现在用温度计测量盛在容器内的水温。
发现需要时间才能指示出实际水温的98%的数值，试问该温度计指示出实际水温从10%变化到90%所需的时间是多少?解： 41min, =0.25min T T =2.已知某系统的微分方程为)(3)(2)(3)(t f t f t y t y +'=+'+''，初始条件2)0( , 1)0(='=--y y ，试求：⑴系统的零输入响应y x (t )；⑵激励f (t ) (t )时，系统的零状态响应y f (t )和全响应y (t )；⑶激励f (t ) e 3t(t )时，系统的零状态响应y f (t )和全响应y (t )。
解：(1) 算子方程为：)()3()()2)(1(t f p t y p p +=++3.已知某系统的微分方程为)(3)(')(2)(' 3)(" t f t f t y t y t y +=++，当激励)(t f =)(e 4t tε-时，系统的全响应)()e 61e 27e314()(42t t y t t tε-----=。
试求零输入响应y x (t )与零状态响应y f (t )、自由响应与强迫响应、暂态响应与稳态响应。
解：4. 设系统特征方程为：0310126234=++++s s s s 。
试用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别该系统的稳定性。
解：用劳斯-赫尔维茨稳定判据判别，a 4=1，a 3=6，a 2=12，a 1=10，a 0=3均大于零，且有 所以，此系统是稳定的。
5. 试确定下图所示系统的稳定性.解：210110(1)(1)(). ()210(21)1(1)s s s s a G s s s s s s s +++=⋅=⨯+++ 系统稳定。
满足必要条件，故系统稳定。
6.已知单位反馈系统的开环传递函数为)12.001.0()(2++=s s s Ks G ξ，试求系统稳定时，参数K 和ξ的取值关系。
海洋调查知识点总结1
海洋调查知识点总结1、海道测量的历史>从1920年开始>使用声纳测深>从1960年开始使用侧扫声纳帮助确定海底类型1) 海道测量的历史—单波束》单波束测深沿测线方向有很多数据，但在测线之间没有数据2）海道测量历史---多波束》1970年代中期发展起来》后向散射图像类似侧扫深纳图像3）单波束测深仪的局限性》只有未经稳定补偿的单波束》要想得到更窄的波束只能靠加大换能器面积。
这将显著增加费用》要想得到海底的三维图很困难，且精度较差海道测量的历史---多波束多波束的形成发射一个波束，同时接受多个窄的波束4）多波束系统安装要点》安装一个多波束声纳将遇到两个主要问题：噪音、振动》要尽力减小噪音和振动的影响自身噪音》机械噪音—柴油机、齿轮箱、传动轴、螺旋桨及其他辅助机械》流噪音—与速度有关的层流》电子噪音—声纳中的噪音分量》空化—与速度有关的由于极低压引起的气泡断裂噪音---通常有螺旋桨造成》其他测深仪—安装位置靠近或频率及谐波接近多波束声纳头的其他测深仪将干扰多波束信号5）背景噪音》船引起的噪音将极大地减少有用的条带宽度》在船舷安装时，有时会发现靠船一侧比船外侧覆盖宽度要窄》噪音将降低数据质量，给后处理带来很多工作上的麻烦环境噪音》水利的---波浪、潮汐、水流及天气影响》地震---只有低频速度有影响》交通---其他船6）减少噪音》对环境噪音一般没法避免，但有很多办法减少自身噪音》要仔细选择声纳头的安装位置，远离船主机、副机和泵》如果声纳头安装太靠后会受到螺旋桨的影响7）振动的原因》船体噪音引起振动》声纳杆固定不好》声纳杆材料不好》声纳杆太小》声纳杆底端里最后一个支撑点太远1、安装方式船舷安装竖井安装船体安装1）船舷安装》优势1、不用时声纳头可以拿起来2、安装容易3、便携式》劣势1、非常容易受振动和噪音的影响2、可能被其他船撞坏或触底3、不容易维持多波束校正结果船舷安装的要点》必须安装在船上牢固及不活动的部位》安装位置远离噪音源》安装杆要在尽量靠近水线的地方设置固定点》声纳头要超出船底》要做必要的试验以检查回收和放下声纳头后声纳头校准是否有改变2）竖井安装》优点1、竖井可以重复利用2、需要短的安装支架，比较坚固稳定3、可以安装在船的中心线》缺点1、必须有竖井2、安装代价高3）船体安装》优点1、非常稳定2、最好的安装方式》缺点1、价值非常高，安装不允许错误发生2、必须岸上安装3、如果船体上岸，问题很多第三章温度测量3.1 温度测量的意义及目的太阳光照：海水升温海水蒸发，接触低温：海水降温1）温度是海水海洋物理性质中最基本的要素之一：水团划分、封面结构、环流性质判别2）海水的温度影响：海水密度、海水运动、海雾，气温，风的生成3）掌握海水温度的分布变化规律对巩固国防，推动国民经济发展：水面舰船的主机和冷却系统需要根据海水温度的高低来设计、滨海电厂取水口，温排水口、制约生物的生长和活动状况、温差发电1、温度观测的基本要求1）温度观测的精度要求深海和浅海温度变化不同，要求的精度也不同，遵循的基本原则：》必须从客观实际需要出发，并尽量达到一种资料多种用途的效果》规定观测精度还应考虑到现有技术的可能》对于大洋，因其温度变化缓慢，分布均匀，观测精度要较高一般温度应精确到一级，即±0.02℃。
八年级物理上册第三章第1节温度
八年级物理上册第三章第1节温度温度温度是物体内部的热平衡度量，是区分物体冷热程度的物理量。
在物理上，温度用符号"T"表示，单位是摄氏度（℃）或开尔文（K）。
一、温度的概念与热量的关系热量是由于物体之间的温度差而传递的能量。
热量的传递方向是从高温物体到低温物体，直到两者温度达到平衡。
温度是反映物体冷热程度的量值，高温物体的温度较高，低温物体的温度较低。
二、温度的测量方法1. 探温计探温计是测量物体温度的常用工具。
常见的探温计有普通电子探温计和红外线测温仪。
普通电子探温计通过物体的热传导使温度敏感元件温度发生变化，通过测量电子元件的电阻变化来得知温度。
而红外线测温仪则是通过感应物体发出的红外线，根据其辐射特性计算温度。
2. 摄氏度和开尔文度量最常见的温度单位是摄氏度（℃）。
摄氏度的零点是冰点温度，即0℃，而100度则是水的沸点温度，即100℃。
开尔文（K）是国际单位制中的温度单位，与摄氏度有着固定的换算关系：1K = 1℃ + 273.15。
三、温度的影响因素1. 电热效应电热效应指的是电流通过导体时产生的热效应。
当电流通过导体时，导体内部的自由电子会不断碰撞产生热能，导致导体温度升高。
2. 摩擦发热摩擦发热是指两个物体相对运动时由于摩擦产生的热效应。
当物体相互接触并发生相对运动时，微观层面的不规则摩擦会导致能量的转化，使物体的温度升高。
3. 放射和吸收物体的温度会影响其辐射能力和吸收能力。
高温物体辐射的能量较高，能够辐射出更多的电磁波。
而物体对电磁波的吸收程度也与其温度有关，温度越高，吸收能力越强。
四、温度的传导方式热量的传导方式包括传导、对流和辐射。
1. 传导传导是指热量通过固体或液体内部的分子振动传递的过程。
传导的速度与物体的导热性质有关，导热性能好的物体可以更快地传导热量。
2. 对流对流是指热量通过流体（液体或气体）的运动传递的过程。
当流体受热后，由于密度减小，上升并形成对流循环，这使热量能够更快地传递。
2022最新热工测量与自动控制重点总结
（2022最新）热工测量与自动控制重点总结热工测量与自动控制重点总结第一章测量与测量仪表的基本知识1测量：是人们对客观事物取得数量观念的一种认识过程。
人们通过试验和对试验数据的分析计算，求得被测量的值。
2测量方法：是实现被测量与标准量比较的方法，分为直接测量、间接测量和组合测量。
3按被测量在测量过程中的状态不同，有分为静态和动态测量。
4测量系统的测量设备：由传感器、交换器或变送器、传送通道和显示装置组成。
5测量误差的分类：1）系统误差2）随机误差3）粗大误差6按测量误差产生来源：1）仪表误差或设备误差2）人为误差3）环境误差4）方法误差或理论误差5）装置误差6）校验误差.7测量精度：准确度、精密度、精确度。
8仪表的基本性能：一般有测量范围、精度、灵敏度及变差。
9精度：是所得测量值接近真实值的准确程度，以便估计到测量误差的大小。
10仪表的灵敏限是指能够引起测量仪表动作的被测量的最小变化量，故友称为分辨率或仪表死区。
第二章1产生误差的原因：1）测量方法不正确2）测量仪表引起误差3）环境条件引起误差4）测量的人员水平和观察能力引起的误差。
2函数误差的分配：1）按等作用原则分配误差2）按可能性调整误差3）验算调整后的总误差。
第三章温度测量1温标：是温度数值化的标尺。
他规定了温度的读数起点和测量温度的基本单位。
2热电偶产生的热电势由接触电势和温差电势组成。
3热电偶产生热电势的条件是：1）两热电极材料相异2）两接点温度相异.4热电偶的基本定律：1）均质导体定律2）中间导体定律3）中间温度定律。
4补偿电桥法：是采用不平衡电桥产生的电势来补偿电偶因冷端温度变化而引起的热电势的变化值。
5电阻温度计的传感器是热电阻，热电阻分为金属热电阻和半导体热敏电阻两类。
6热电阻温度计测温度的特点：1）热电阻测温度精度高，测温范围宽，在工业温度测量中，的到了广泛的应用。
2）电阻温度系数大，电阻率大，化学、物理性能稳定，复现性好，电阻与温度的关系接近线性以及廉价。
基于单片机水温控制系统的设计课程设计
基于单片机水温控制系统的设计摘要本文介绍了基于AT89S52单片机水温测量及控制系统的设计。
系统硬件部分由单片机电路、温度采集电路、键盘电路、LED显示电路、继电器控制电路等组成。
软件从设计思路、软件系统框图出发，逐一分析各模块程序算法的实现，通过C语言编写出满足任务需求的程序。
本系统采用数字式温度传感器DS18B20作为温度传感器，简易实用，方便拓展。
单片机以此对水的温度进行有效检测与报警，并以此进行水温的控制。
基于单片机水温控制系统采用多电源供电，降低了系统各个模块间的干扰，还保证了电源能为各部分提供足够的工作电流，提高系统的可靠性。
关键词：水温控制 AT89S52 DS18B20湖南科技大学课程设计目录摘要 (i)第一章绪论 (1)1.1水温控制系统设计的背景 (1)1.2水温控制系统设计的意义 (1)1.3水温控制系统完成的功能 (2)第二章系统设计方案选择 (3)2.1单片机及水温控制方案 (3)2.2水温传感器方案 (3)2.3电源设计方案 (4)2.4控制系统总体设计 (4)第三章硬件设计部分 (5)3.1单片机电路 (5)3.2温度检测电路 (9)3.3其它部分硬件电路 (13)第四章软件设计部分 (16)4.1程序设计方案 (16)4.2各模块子程序设计 (17)第五章系统调试部分 (21)参考文献 (23)附录 (24)第一章绪论1.1水温控制系统设计的背景测量控制的作用是从生产现场中获取各种参数，运用科学计算的方法，综合各种先进技术，使每个生产环节都能够得到有效的控制，不但保证了生产的规范化、提高产品质量、降低成本，还确保了生产安全。
所以，测量控制技术已经被广泛应用于炼油、化工、冶金、电力、电子、轻工和纺织等行业。
单片机以其集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低廉等优势，在过程控制、数据采集、机电一体化、智能化仪表、家用电器以及网络技术等方面得到了广泛的应用，特别是单片机技术的开发与应用，标志着计算机发展史上又一个新的里程碑。
第3章第5节温度检测及仪表
热电偶温度计测温系统示意图 1—热电偶；2—导线；3—测量仪表
7
热电偶示意图
(1)热电现象及测温原理
热电现象
接触电势形成的过程
左图闭合回路中总的热电势
E t, t0 e AB t e AB t0
热电偶原理
8
或
E t, t0 e AB t eBA t0
结构简单、不怕震动、具有 精度低、测量距离较远时 ,仪 防爆性、价格低廉、能记录、 表的滞后性较大、一般离开测 量点不超过 10米 报警与自控 测量精度高 ,便于远距离、 多点、集中测量和自动控制 结构复杂、不能测量高温 ,由 于体积大 ,测点温度较困难
0 ～500（-50 ～ 600）液体型 0 ～100（-50 ～ 200）蒸汽型 -150 ～500（-200 ～ 600）铂电阻 0 ～100（-50 ～ 150）铜电阻 -50 ～150（180）镍电阻 -100 ～200（300）热敏电阻 -20 -50 -40 -40 ～1300（1600）铂铑10-铂 ～1000（1200）镍铬-镍硅 ～800（900）镍铬-铜镍 ～300（350）铜-铜镍
17
(4)热电偶的构造及结构形式
热电极 绝缘管
保护套管
接线盒
热电偶的结构
18
2.补偿导线
采用一种专用导线，将热电偶的冷端延伸出来，这 既能保证热电偶冷端温度保持不变，又经济。 它也是由两种不同性质 的金属材料制成，在一定温 度范围内（0～100℃）与所 连接的热电偶具有相同的热 电特性，其材料又是廉价金 属。见左图。
5
双金属温度计
双金属温度信号器 双金属片 1—双金属片；2—调节螺钉； 3—绝缘子；4—信号灯
5
第三章 控制系统的整定
3) 利用δcr和Tcr值, 按稳定边界法参数整定计算公式表，求调节器各
整定参数δ,TI, TD
34
δ对于比例调节过程的影响
35
图
系统的临界振荡
规律 P
参数
δ
TI
TD ψ=75%
2δcr
2.2δcr
0.85Tcr
PI
PID
1.67δcr
0.5Tcr
0.125Tcr
稳定边界法参数整定公式
36
注意:
y1
r
y3
ess
超调量: ζ=y1/y∞*100%
调节时间: ts(进入稳态值5%范围内) y∞
t
在单项指标中, 应用最广的是衰减率ψ, 75%的衰减率是对偏 差和调节时间的一个合理的折中. 单一指标概念比较笼统, 难以准确衡量; 一个指标不足以确定 所期望的性能, 多项指标往往难以同时满足. 3
② 误差积分性能指标
Kc 10.9, TI 5.85, TD 0.89
2) 稳定边界法 首先让调节器为比例调节器, 比例带从大到小改变, 直到系统呈现等幅 振荡, 此时的比例带为δcr, 同时由曲线测得临界震荡周期Tcr, 然后按稳 定边界法参数整定计算公式计算调节器的整定参数为：
44
P调节器: Kc=6.3 PI调节器: Kc=5.7, TI=12.62 PID调节器: Kc=7.4, TI=7.57, TD=1.89 对于传递函数已知的被控对象, 可以直接计算出δcr和Tcr, 计算方法为: 将s=jω(m=0)代入对象的传递函数中,求出过点(-1, j0)的ω, δ. 则δcr= δ, Tcr=2π/ω 1 G p ( s) , Gc ( s) K c 如本例: (5s 1)(2s 1)(10s 1) 相角条件：
自动控制原理第三章课后习题 答案(最新)
3-1 设系统的微分方程式如下：（1） )(2)(2.0t r t c =&（2） )()()(24.0)(04.0t r t c t c t c =++&&&试求系统闭环传递函数Φ(s),以及系统的单位脉冲响应g(t)和单位阶跃响应c(t)。
已知全部初始条件为零。
解：（1） 因为)(2)(2.0s R s sC = 闭环传递函数ss R s C s 10)()()(==Φ 单位脉冲响应：s s C /10)(= 010)(≥=t t g单位阶跃响应c(t) 2/10)(s s C = 010)(≥=t t t c（2）)()()124.004.0(2s R s C s s =++ 124.004.0)()(2++=s s s R s C 闭环传递函数124.004.01)()()(2++==s s s R s C s φ 单位脉冲响应：124.004.01)(2++=s s s C t e t g t 4sin 325)(3-= 单位阶跃响应h(t) 16)3(61]16)3[(25)(22+++-=++=s s s s s s Ct e t e t c t t 4sin 434cos 1)(33----=3-2 温度计的传递函数为11+Ts ，用其测量容器内的水温，1min 才能显示出该温度的98%的数值。
若加热容器使水温按10ºC/min 的速度匀速上升，问温度计的稳态指示误差有多大？解法一 依题意，温度计闭环传递函数11)(+=ΦTs s 由一阶系统阶跃响应特性可知：o o T c 98)4(=，因此有 min 14=T ，得出 min 25.0=T 。
视温度计为单位反馈系统，则开环传递函数为Tss s s G 1)(1)()(=Φ-Φ=⎩⎨⎧==11v TK 用静态误差系数法，当t t r ⋅=10)( 时，C T Ke ss ︒===5.21010。
29693 热工测量与自动控制课程考试说明
29693 热工测量与自动控制课程考试说明一、课程使用教材、大纲热工测量与自动控制课程使用的教材为《热工测量与自动控制》，张子慧编著，中国建筑工业出版社，1996年版。
二、本课程的试卷题型结构及试题难易度1.试卷题型结构表2．试卷按识记、领会、简单应用、综合应用四个认知层次命制试题，四个认知层次在试卷中所占的比例大致分别为：识记占20％、领会占25%、简单应用占35％、综合应用占20％。
3．试卷难易程度大致可分为“容易、中等偏易、中等偏难、难”。
根据课程的特点，每份试卷中，不同难易程度试题所占的分数比例大致依次为易占30分、中等偏易30分、中等偏难20分、难占20分。
三、各章内容分数的大致分布四、各章内容的重、难点五、各题型试题范例及解题要求1.单项选择题（每小题1分，共14分）要求：在下列每小题的四个备选答案中，选出一个正确答案，并将其字母标号填入题干的括号内。
范例：反映随机误差影响程度的是（）A．准确度 B．精密度 C．精确度 D．精度解答：（ B ）2.填空题（每空2分，共10分）要求：直接将答案填在横线上，不需要写出过程。
范例：镍铬-铜镍热电偶的IEC分度号为。
解答：E3.辨析题（每小题2分，共10分）要求：判断对错，并做出简略解释。
范例：若被测压力波动较大，为了保护压力表，其最高被测压力值应低于仪表量程的2/3。
（）解答：错误。
若被测压力波动较大，为了保护压力表，其最高被测压力值应低于仪表量程的1/2。
4.名词解释（每小题3分，共15分）要求：直接写出相关词语的涵义，不要展开说明。
范例：流速测量中的中间矩形法解答：中间矩形法是一种测点选择方法。
它将管道截面分成若干个面积相等的小截面，测点选择在小截面某一点上，以该点流速作为小截面平均流速，再以各小截面平均流速的平均值作为管道内流体的平均速度。
5.简答题（每小题6分，共30分）要求：直接写出相关问题的要点，不要展开议论。
范例：简述热电阻分度校验过程。
温度采集与控制系统设计毕业论文.doc
第一章绪论本章介绍了温度采集与控制系统设计的背景与意义，通过本章，可以了解温度传感器和单片机的发展状况以及相关技术的发展状况。
1.1 课题背景与意义温度控制无论是在工业生产过程中，还是在日常生活中都起着非常重要的作用，而在当今，我国农村锅炉取暖，农业大棚等多数都没有实时的温度监测和控制系统，还有部分厂矿，企业还一直沿用简单的温度设备和纸质数据记录仪，无法实现温度数据的实时监测与控制。
随着社会经济的高速发展，越来越多的生产部门和生产环节对温度控制精度的可靠性和稳定性等有了更高的要求，传统的温度控制器的控制精度普遍不高，不能满足对温度要求较为苛刻的生产环节。
人们对于温度监测技术的要求日益提高，促进了温度传感器技术的不断发展进步。
温度传感器主要经历了三个发展阶段：模拟集成温度传感器、模拟集成温度控制器、智能温度传感器。
温度传感器的发展趋势：进入21世纪后，温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片机测温系统等高科技的方向迅速发展。
自从1976年Intel公司推出第一批单片机以来，80年代的单片机技术进入了快速发展的时期。
近年来，随着大规模集成电路的发展，单片机继续朝着快速，高性能的方向发展，从4位、8位单片机发展到16位、32位单片机。
单片机主要用于控制，它的应用领域遍及各个行业，大到航天飞机，小至日常生活中的冰箱、彩电，单片机都可以大显其能。
单片机在国内的主要的应用领域有三个：第一是家用电器业，例如全自动洗衣机、智能玩具；第二是通讯业，包括手机、电话和BP机等等；第三是仪器仪表和计算机外设制造，例如键盘、收银机、电表等。
除了上述应用领域外，汽车、电子行业在外国也是单片机应用很广泛的一个领域。
它成本低、集成度高、功耗低、控制功能多、能灵活的组装成各种智能控制装置，由它构成的智能仪表解决了长期以来测量仪表中的误差的修正、线性处理等问题。
11.2 本课题的研究内容与目标设计以STC89C52单片机为系统控制核心，结合DS18B20温度传感器、12864液晶显示、BM100无线模块、报警、升温和降温指示灯几部分电路，构成了一整套温度检测，报警及控制系统。
热控第三章考试题
热控第三章考试题一、填空1．评定仪表品质好坏的技术指标是＿、＿、＿。
答：仪表的精确度、灵敏度和稳定性等。
2．测量误差的表示方法有＿、＿。
答：绝对误差表示法和相对误差表示法。
3．测量方法根据仪表是否与被测对象接触可分为＿、＿两种。
答：接触测量法和非接触测量法。
4．热工测量仪表，按其各部分结构的功能和作用可以看成有＿、＿、＿三个部分组成。
答：①感受部件②传输变换部件③显示部件5．如果测量仪表的感受部件或变送器与显示部件相距较远，并各自成为一完整的部分，则习惯上称呼感受仪表为＿，显示仪表为＿。
答：一次仪表，二次仪表。
6．电动单元组合仪表以直流信号传输反应迅速，适合于＿的传输和＿控制。
答：远距离，集中。
7．控制室仪表的使用环境温度应在＿，现场安装仪表使用环境温度应在＿。
答：控制室仪表的使用环境温度应在0-45℃，现场安装仪表使用环境温度应在-10-60℃。
8．仪表的精确等级就是仪表的＿去掉百分号。
答:精确度。
9．品质指标是衡量测量仪表＿好坏的标准。
答：质量。
10．按照测量结果得到的程序，测量分为＿、＿、＿三种。
答：直接测量、间接测量和组合测量。
11．疏忽误差是由于测量工作中测量人员的＿和＿而造成的测量误差。
答：操作错误，疏忽大意。
12．偶然误差是由于在测量过程中的一些＿的影响而引起的，而这些因素的出现没有一定的规律，其＿的大小和性质也不固定。
答：偶然因素，误差数值。
13．测量误差按其产生的原因和本身最基本的性质和特点不同，可分为＿、＿、＿三类。
答：系统误差、疏忽误差和偶然误差。
14．热力学的温度单位名称及热力学温度和摄氏温度之间的关系是＿。
答： t=T-273.16 15．系统误差是由于仪表＿或测量时＿等原因所引起的测量误差。
答：仪表使用不当、外界客观条件变化16．误差的绝对值是＿。
答：误差的绝对值就是绝对误差。
17．标准孔板的取压方式有＿、＿。
答：角接取压、法兰取压。
18. 各种测温仪表都是利用测温物质的＿随＿的原理实现测温的。
自动控制原理课后习题答案
第一章引论1-1 试描述自动控制系统基本组成，并比较开环控制系统和闭环控制系统的特点。
答：自动控制系统一般都是反馈控制系统，主要由控制装置、被控部分、测量元件组成。
控制装置是由具有一定职能的各种基本元件组成的，按其职能分，主要有给定元件、比较元件、校正元件和放大元件。
如下图所示为自动控制系统的基本组成。
开环控制系统是指控制器与被控对象之间只有顺向作用，而没有反向联系的控制过程。
此时，系统构成没有传感器对输出信号的检测部分。
开环控制的特点是：输出不影响输入，结构简单，通常容易实现；系统的精度与组成的元器件精度密切相关；系统的稳定性不是主要问题；系统的控制精度取决于系统事先的调整精度，对于工作过程中受到的扰动或特性参数的变化无法自动补偿。
闭环控制的特点是：输出影响输入，即通过传感器检测输出信号，然后将此信号与输入信号比较，再将其偏差送入控制器，所以能削弱或抑制干扰；可由低精度元件组成高精度系统。
闭环系统与开环系统比较的关键，是在于其结构有无反馈环节。
1-2 请说明自动控制系统的基本性能要求。
答：自动控制系统的基本要求概括来讲，就是要求系统具有稳定性、快速性和准确性。
稳定性是对系统的基本要求，不稳定的系统不能实现预定任务。
稳定性通常由系统的结构决定与外界因素无关。
对恒值系统，要求当系统受到扰动后，经过一定时间的调整能够回到原来的期望值（例如恒温控制系统）。
对随动系统，被控制量始终跟踪参量的变化（例如炮轰飞机装置）。
快速性是对过渡过程的形式和快慢提出要求，因此快速性一般也称为动态特性。
在系统稳定的前提下，希望过渡过程进行得越快越好，但如果要求过渡过程时间很短，可能使动态误差过大，合理的设计应该兼顾这两方面的要求。
准确性用稳态误差来衡量。
在给定输入信号作用下，当系统达到稳态后，其实际输出与所期望的输出之差叫做给定稳态误差。
显然，这种误差越小，表示系统的精度越高，准确性越好。
当准确性与快速性有矛盾时，应兼顾这两方面的要求。
温度监测控制系统设计方案
温度监测控制系统设计方案第一章总体设计方案1.1计设要求(1)基本围-50°C-110°C(2)精度误差小于0.5°C(3)LED数码直读显示(4)可以任意设定温度的上下限报警功能1・2系统基本设计方案方案一：采用热电阻温度传感器。
热电阻是利用导体的电阻随温度变化的特性制成的测温元件。
现应用较多的有钳、铜、镰等热电阻。
其主要的特点为精度高、测量围大、便于远距离测量。
苗的物理、化学性能极稳定，耐氧化能力强，易提纯，复制性好, 工业性好，电阻率较高，因此，钳电阻用于工业检测中高精密测温和温度标准。
缺点是价格贵，温度系数小，受到磁场影响大，在还原介质中易被玷污变脆。
按IEC标准测温围-200〜650°C,百度电阻比W (100) =1.3850时，R0为100Q和10 Q,其允许的测量误差A级为± (0. 15°C+0. 002 |t| ), B 级为土(0. 3°C+0. 005 |t| )o铜电阻的温度系数比苗电阻大，价格低，也易于提纯和加工；但其电阻率小，在腐蚀性介质中使用稳定性差。
在工业中用于-50〜180°C测温。
方案二：采用DS18B20温度传感器，由于温度测量的普遍性，温度传感器的市场份额大大增加，居传感器首位。
数字化温度传感器DS18B20是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。
现在, 新一代的DS18B20温度传感器体积更小、更经济、更灵活。
DS18B20 温度传感器测量温度围为-55£〜+125°Co在-1(TC〜+859围，精度为土0.5°C o现场温度直接以“一线总线"的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。
综合比较方案一与方案二，方案二更为适合于本设计系统对于模拟量输入的要求，比较其框图，方案二更具备硬件简单的突出优点，所以选择方案二作为信号的输入通道。
自动控制原理第三章课后习题答案解析(最新)
3-1（1） )(2)(2.0t r t c= （2） )()()(24.0)(04.0t r t c t c t c=++ 试求系统闭环传递函数Φ(s),以及系统的单位脉冲响应g(t)和单位阶跃响应c(t)。
已知全部初始条件为零。
解：（1） 因为)(2)(2.0s R s sC =闭环传递函数ss R s C s 10)()()(==Φ 单位脉冲响应：s s C /10)(= 010)(≥=t t g单位阶跃响应c(t) 2/10)(s s C = 010)(≥=t t t c（2）)()()124.004.0(2s R s C s s =++ 124.004.0)()(2++=s s s R s C 闭环传递函数124.004.01)()()(2++==s s s R s C s φ 单位脉冲响应：124.004.01)(2++=s s s C t e t g t 4sin 325)(3-= 单位阶跃响应h(t) 16)3(61]16)3[(25)(22+++-=++=s s s s s s Ct e t e t c t t 4sin 434cos 1)(33----=3-2 温度计的传递函数为11+Ts ，用其测量容器内的水温，1min 才能显示出该温度的98%的数值。
若加热容器使水温按10ºC/min 的速度匀速上升，问温度计的稳态指示误差有多大？解法一 依题意，温度计闭环传递函数11)(+=ΦTs s 由一阶系统阶跃响应特性可知：o o T c 98)4(=，因此有 min 14=T ，得出 min 25.0=T 。
视温度计为单位反馈系统，则开环传递函数为Ts s s s G 1)(1)()(=Φ-Φ= ⎩⎨⎧==11v T K用静态误差系数法，当t t r ⋅=10)( 时，C T Ke ss ︒===5.21010。
解法二 依题意，系统误差定义为 )()()(t c t r t e -=，应有 1111)()(1)()()(+=+-=-==ΦTs TsTs s R s C s R s E s e C T s Ts Ts ss R s s e s e s ss ︒==⋅+=Φ=→→5.210101lim )()(lim 23-3 已知二阶系统的单位阶跃响应为)1.536.1sin(5.1210)(2.1o tt et c +-=-试求系统的超调量σ％、峰值时间ｔp 和调节时间ｔs 。
过程装备控制技术及应用03-第三章-3.1-3.2节
反映了系统误差和随机误差的综合数
值，即测量结果与真值的一致程度。 只有系统误差和随机误差都较小时， 才具有较高的精确度。
34
例：重复测量时的散点图。 图中 代表被测量的真值；黑点代表 每次测量所得的值。
35
(a)精密度高、准确度高---精度高； (b)精密度高、准确度低---系统误差大； (c)精密度低、准确度较高 --- 随机误差大； (d)精密度低、准确度低----精度低。
39
引用误差： 仪表的绝对误差与仪表的量程之比， 用百分数表示。
q 100% d % S
式中： q --- 用引用误差表示的基本误差限； Δ --- 用绝对误差表示的基本误差； S ---仪表的满量程； d --- 常数
40
国家规定电工仪表精确度的等级： 0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0
54
•迟滞误差：全量程中最大的迟滞差值与满量程之比值
H max k 100% Ymax
H max ---最大迟滞差值；
Ymax ---仪表满量程A；
k ---迟滞误差。
迟滞误差产生原因：
a. 仪表内有吸收能量的元件(如弹性元件、磁化 元件等)；
• 技术指标；
• 经济指标； • 使用指标。
42
仪表技术指标包括： • 仪表误差； • 精度等级； • 灵敏度； • 量程； • 响应时间； • 漂移等。
43
仪表经济的指标包括： • 使用寿命； • 功耗； • 价格。
44
仪表使用的指标包括：
• 操作维修是否方便；
• 运行的可靠与安全；
• 抗干扰与防护能力； • 重量和体积 ； • 自动化程度的高低。
19
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感温介质因被测温度 的高低而导致其体积膨 胀或收缩造成压力的增 减,压力传给弹簧管，指 针偏转，指示出温度。
毛细管愈长，则温度 计响应愈慢，管愈细， 则准确度愈高
测温范围 -20～60,0～100,20～120,60～160
温包插入深 150～280（尾长≤12M）
度(mm)
Φ8,Φ10Φ,Φ13,Φ14不锈钢管
（b）把冷端用补偿导线 引至电加热的恒温器内
8
精度最高！
（2）冷端温度校正法
中间温度定律： 热电偶AB在接点温度为T、T0时的热电势EAB(T,T0)等于热电 偶AB在接点温度为T、TC和TC 、 T0时的热电势EAB(T,TC)、 EAB(TC,T0)的代数和。 计算公式：
EAB(T,T0)= EAB(T,TC)+EAB(TC,T0)
T0=0C
中间温度定律
T0=恒温 T
EAB (T ,T0 ,0) EAB (T ,T0 ) EAB (T0 ,0)
查表T
实际测量
查表EAB
（3）补偿导线法
补偿导线
易干扰
0~100C
恒温
（4）补偿热电偶法
根据中间温度定律，用另一支热电偶测量 出测温热电偶的冷端温度来进行修正。
（5）冷端补偿器法
热电偶回路总电势为：
EAB T，T0 EAB T EAB T0 EA T，T0 EB T，T0
其中温差电势EA（T，T0）和EB（T，T0）比接触电势小很多， 可忽略不计，且EAB（T0）总与EAB（T）的方向相反，上式简化 为：
EAB T，T0 EAB T EAB T0
热电偶测温原理
热电偶的测温原理基于热电效应。 将两种不同的导体A和B连成闭合回 路，当两个接点处的温度不同时， 回路中将产生热电势，由于这种热 电效应现象是1821年塞贝克 （Seeback）首先发现提出，故又称 塞贝克效应。
➢ 热电偶闭合回路中产生的热电势由两种电势组成：温差电 势和接触电势。
实际使用的热电偶分度表，都是以热电偶参比端为0℃条件 下制作的。在工业测温现场一般不能使参比端保持0℃。
（1）冷端恒温法
补 （2）冷端温度校正法
偿
（3）补偿导线法
方
法
（4）补偿热电偶法
（5）冷端补偿器法
不稳定
（1）冷端恒温法
（a）把冷端引至冰点槽 内，维持冷端始终为 0℃，但使用起来不大 方便。
利用一些物质的某些物性（诸如尺寸、密度、硬度、弹性模量、 辐射强度等）随温度变化的规律，通过这些量来对温度进行间接测量。
历史上提出过多种温标 经验温标（华氏温标、摄氏温标） 热力学温标 国际温标
➢ 经验温标
华氏温标
1714年德国人华伦海特（Fahrenheit）基于虎克定律的研究， 将冰与盐混和后，所能达到的最低温度定为0℉，而概略的将人体 温度定为100℉，两者间等分成100个刻度。
热电偶分类及特性
➢ 为了得到实用性好，性能优良的热电偶，其热电极材料需具有 以下性能： (1) 优良的热电特性； (2) 良好的物理性能 ； (3) 优良的化学性能 ； (4) 优良的机械性能 ； (5) 足够的机械强度和长的使用寿命； (6) 制造成本低，价值比较便宜。
工业用热电偶测温范围
热电偶结构 普通工业用热电偶
➢特点： 1、测量范围大都在-50℃～550℃内 2、用于温度测量或控制精度要求较低，不需自动记录的场合。
压力温度计
压力温度计是根据一定质量的液体、气体、蒸汽在体积不变的 条件下其压力与温度呈确定函数关系的原理实现其测温功能的。
特点： ➢ 强度大、不易破损、读数方便，但准确度较低、耐腐蚀性较差 ➢ 测温范围下限能达-100℃以下，上限最高可达600℃ ➢ 一般用于汽车、拖拉机、内燃机、汽轮机的油、水系统的温度测 量
方式
测量 条件
测量 范围
精度
响应 速度 其它 特点
接触式与非接触式测温特点比较
接触式
非接触式
感温元件要与被测对象良好接触；感温元
件的加入几乎不改变对象的温度；被测温 度不超过感温元件能承受的上限温度;被测 对象不对感温元件产生腐蚀
需准确知道被测对象表面发射率；被测 对象的辐射能充分照射到检测元件上
3.2 温度传感器与温度测量
一、接触式测温
根据测温转换的原理，接触式测温可分为： 1、膨胀式(包括液体和固体膨胀式) 2、热电式(包括热电偶和PN结) 3、热阻式(包括金属热电阻和半导体热电阻)
1、热膨胀式测温方法
➢基于物体受热时产生膨胀的原理，分为液体膨胀式和固体 膨胀式两类。 ➢按膨胀基体可分成：液体膨胀式玻璃温度计、液体或气体 膨胀式压力温度计及固体膨胀式双金属温度计
特别适合1200℃以下、热容大、无腐蚀性 对象的连续在线测温，对高于l 300℃以上 的温度测量较困难
原理上测量范围可以从超低温到极高温， 但1000℃以下，测量误差大，能测运动 物体和热容小的物体温度
工业用表通常为1.0、0.5、0.2及0.1级， 实验室用表可达0.01级
慢，通常为几十秒到几分钟
表面热电偶（科研用）
镍铬-镍硅 铜康-铜
极薄： 0.01~0.1μm
云母或浸渍酚醛塑料 60mm*6mm*0.2mm
工艺 真空蒸镀 或化学涂层
特点： ① 响应速度快（ms） ② 测温范围<300度
热电偶温度测量
热电偶的冷端处理和补偿 热电偶的热电势大小不仅与热端温度的有关，而且也与冷
端温度有关，只有当冷端温度恒定，通过测量热电势的大小得 到热端的温度。
✓ 温差电势是指同一热电极两端因温度不同而产生的电势。 ✓ 接触电势是指两热电极由于材料不同而具有不同的自由电
子密度，而热电极接点接触面处就产生自由电子的扩散现 象，当达到动态平衡时，在热电极接点处便产生一个稳定 电势差。
热电偶两热电极分别叫 A（正极） 和B（负极），两端温度分别为 T、T0 且T T0 ；
2．模拟集成温度传感器／控制器
此类温度测量与控制器是利用半导体工艺，将温度 传感器集成在一个芯片上，完成温度测量及模拟信号输 出的功能。但是此类结构的功能单一（仅测量温度）、 测温误差小、价格低、响应速度快、体积小、微功耗， 适合远距离测温、控温，无需进行非线性校准，外围电 路简单。
3．数字温度传感器／控制器
在热电偶测温系统中串 联一个不平衡电桥，此电桥输 出的电压随热电偶冷端温度变 化而变化，从而修正热电偶冷 端温度波动引入的误差。
接线盒
<1000度:金属材料； >1000度:氧化铝或工业陶瓷
热电偶通常主要由四部分组成： 热电极、绝缘管、保护管和接线盒。
绝缘管
铠装热电偶
铠装热电偶，是将热电偶丝和绝缘材料一 起紧压在金属保护管中制成的热电偶。
优点：测量温度范围宽，准确 ，响应速度快 ，可以弯曲、 安装使用方便，使用寿命长 ，机械强度、耐压性能好 ，铠装 热电偶外径尺寸范围宽 ，铠装热电偶的长度可以做得很长。
平衡状态，而接触不良则会增加测温误差；被测介质具有腐蚀 性及温度太高亦将严重影响感温元件性能和寿命等缺点。
➢ 非接触式温度测量
1） 感温元件不与被测对象直接接触，而是通过接受被测物 体的热辐射能实现热交换，据此测出被测对象的温度；
2） 非接触式测温具有不改变被测物体的温度分布，热惯性 小，测温上限可设计得很高，便于测量运动物体的温度和 快速变化的温度等优点。
按照华氏温标规定，在标准大气压下，水的溶点为32℉，沸点 为212℉，中间有180等分，每等分为华氏1度。
摄氏温标 1742年，瑞典人摄尔修斯（Celsius）将水的冰点规定为100℃
，沸点定为0℃，两者间平均分成100个刻度，和现行的摄氏温标刚 好相反。直到1743年才被修改成现行的摄氏温标。
按照摄氏温标规定，在标准大气压下，水（冰）的熔点为0度， 水的沸点为100度，中间划分为100等份，每等份为1℃。
安装孔尺寸 4"-Φ118mm 6"-Φ158mm
双金属温度计
基于固体受热膨胀原理，测量温 度通常是把两片线膨胀系数差异相 对很大的金属片叠焊在一起，构成 双金属片感温元件（俗称双金属温 度计）。
➢当温度变化时，因双金属片的两种不同材料线膨胀系数差 异相对很大而产生不同的膨胀和收缩，导致双金属片产生弯 曲变形。
加工生产中基本的和最常用的工艺参数之一,对温度的测量和 控制越来越普遍, 而且对温度测量和控制的准确度也有更高的 要求。
从热平衡的观点看，宏观上是表示物质冷热程度的物理量； 微观上是物质内部分子热运动激烈程度。
（二）温标 为了保证温度量值的准确和利于传递，需要建立一个衡量温度的
统一标准尺度，定量描述温度的高低所建立温度标尺, 即温标。温标 就是温度的数值表示。
➢ 双金属温度计的感温双金属元件的形状有平面螺 旋型和直线螺旋型两大类，其测温范围大致为80℃—600℃，精度等级通常为1.5级左右。
➢ 双金属温度计抗振性好，读数方便，但精度不太 高，只能用做一般的工业用仪表。
2、热电式(包括热电偶和PN结)
热电偶
➢热电偶是材料加工过程和武器装备试验中温度测量应用最 多的器件。 ➢特点：测温范围宽、测量精度高、性能稳定、结构简单， 且动态响应较好；输出直接为电信号，可以远传，便于集中 检测和自动控制。
第三章 温度测量与控制系统
温度测量和控制的重要全生产等。
❖ 温度测量与控制系统概述
❖ 温度传感器与温度测量
❖ 智能化集成温度传感器原理与应用
❖ 温度检测控制系统
3.1 温度测量与控制系统概述
一、温度与温标
（一）温度 温度是国际单位制给出的基本物理量之一，是材料成形热
温包材料 毛细管材料
Φ8,Φ10Φ,Φ13,Φ14钢管 锈钢管
铜质毛细管 包塑毛细管 不锈钢毛细管