Прецизионный двухконтурный термостат
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
на[5]:
(1)
где A = 3,9083*10-3 К-1 , B = -5,775*10-7 К-2.
.3 Измерение температуры
Существует большое количество измерительных мостов и потенциометров, работающих в комплекте с термометрами сопротивления. Причем отечественные приборы не уступают, а иногда превосходят по качеству импортные установки. Термометры сопротивления могут подключаться к измерительной установке по двух-, трех-, и четырех-проводной схемам. Причем для ТС классов АА и А двух-проводная схема не допустима, т.к. в данном случае, сопротивление подводящих проводов включается в полное измеренное сопротивление термометра и приводит к значительному снижению точности измерения, даже если номинальное сопротивление выводов приведено в документации и учитывается в расчетах. Выбор измерительного тока также влияет на точность измерения температуры. Поскольку ЧЭ изготовлен из очень тонкой проволоки или пленки, даже малый ток может вызвать существенный нагрев ЧЭ. Во избежание значительного увеличения погрешности из-за нагрева ЧЭ измерительным током для 100-омных ТС рекомендуется использовать токи 1 мА и ниже. В этом случае погрешность не превысит 0,1 С. Для снижения эффекта нагрева ЧЭ иногда используется импульсный измерительный ток.
Для измерения температуры можно использовать следующую простейшую схему. Схема представлена на рис 1.1. Ток возбуждения задается с помощью источника тока, чтобы его внутреннее сопротивление и сопротивление подводящих проводов не влияло на величину тока через термопреобразователь. В этом случае напряжение на выходе дифференциального усилителя будет равно:
, (2)
независимо от сопротивления подводящих проводов, поскольку входное сопротивление дифференциального усилителя в этих условиях нетрудно сделать практически бесконечным.
Рис.1.1 Четырехпроводная схема измерения температуры
.4 ПИД-регулятор
ПИД-регулятор - это звено в контуре управления с обратной связью, используемое для поддержания заданного значения измеряемого параметра. ПИД-регулятор измеряет отклонение стабилизируемой величины от заданного значения (так называемой уставки) и генерирует управляющий сигнал, являющийся суммой трёх слагаемых, первое из которых пропорционально этому отклонению, второе пропорционально интегралу отклонения и третье пропорционально производной отклонения. Если какие-то из составляющих слагаемых не используются, то регулятор соответственно называют пропорционально-интегральным, пропорционально-дифференциальным, пропорциональным и т. п. На риc. 1.2 показана упрощенная функциональная схема ПИД-регулятора[6]:
Рис. 1.2. Функциональная схема ПИД-регулятора.(t) - отклонение измеряемой величины от уставки (ошибка);(t) - управляющее воздействие, генерируемое регулятором.
На рис. 1.3 показано более типичное изображение ПИД-регулятора в виде одного функционального блока.
Рис. 1.3. Упрощенное изображение ПИД-регулятора в виде одного функционального блока.
Назначение ПИД-регулятора заключается в поддержании некоторой величины PV на заданном значении SP с помощью изменения другой величины OP, где- измеряемый параметр- заданное значение измеряемого параметра (уставка);- управляющее воздействие;
Разность (SP-PV) называется ошибкой или рассогласованием.
Как уже сказано, выходной сигнал OP определяется тремя слагаемыми:
, (3)
где KP, KDI, KTI - коэффициенты усиления соответственно пропорциональной дифференциальной и интегральной составляющей.
Однако в большинстве реальных систем используют несколько другую формулу выходного сигнала, в которой пропорциональный коэффициент находится за скобкой:
, (4)
где Pp = 1/KP (зона пропорциональности); PD = KDI (постоянная дифференцирования); PI = 1/KTI (постоянная интегрирования).
Пропорциональная составляющая стремится устранить непосредственную ошибку (SP-PV) в значении стабилизируемой величины, наблюдаемую в данный момент времени. Значение этой составляющей прямопропорционально отклонению измеряемой величины от уставки (SP-PV). Так если входной сигнал равен уставке, т.е. PV=SP, то пропорциональная составляющая равна нулю.
При использовании только пропорционального регулятора значение регулируемой величины никогда не устанавливается на заданном значении (PVуст?SP). Существует так называемая статическая ошибка, которая равна такому отклонению регулируемой величины, которое обеспечивает выходной сигнал, стабилизирующий выходную величину именно на этом значении. Например, в регуляторе температуры выходной сигнал OP, регулирующий мощность нагревателя, постепенно уменьшается при приближении температуры PV к уставке SP: при PV > SP , OP > 0.
Система стабилизируется на определенном значении OP, при котором мощность нагревателя равна тепловым потерям. При этом температура не может достичь уставки, так как в этом случае мощность нагревателя станет равной нулю (OP=0), и он начнет остывать, а вместе с этим будет падать и температура.
По мере увеличения коэффициента пропорциональности (усиления) уменьшается статическая ошибка, однако слишком большой коэффициент усиления может стать причиной автоколебаний, а при дальнейшем увеличении коэффициента система может потерять устойчивость.
Для устранения статической ошибки вводится интегральная составляющая. Если система не испытывает внешних возмущений, то через некоторое время регулируемая величина стабилизируется на заданном