CN202332060U - 温度自动控制教学实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种温度自动控制教学实验装置，包括恒温箱、温度控制器、温度传感器、电灯泡和万用表，其中，恒温箱为没有底面的透明箱体，电灯泡位于恒温器内部中央，温度传感器、电灯泡分别连接温度控制器；在恒温箱的顶面上有5个安装孔，在相邻的两个侧面均有3个安装孔，温度传感器通过任一个安装孔插入恒温箱。该装置还包括十字螺丝刀。通过本装置进行教学实验，熟练掌握万用表的使用方法；了解温度传感器的性能和外形特征；学会温度传感器的测试方法；了解温度显示仪的使用方法。本实用新型在完成教学任务的同时，还具有结构简单、安装方便、成本低、便于携带、安全性高等优点，满足了目前温度自动控制教学实验的需要。

Description

温度自动控制教学实验装置

技术领域

本实用新型设计一种教学实验装置，特别是一种温度自动控制教学实验装置。

背景技术

温度是工业过程控制中主要的被控参数之一，在冶金、化工、机械和食品加工等工业生产过程中，广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，都要求对温度进行严格控制。在日常生活中，电烤箱、电热水器和烘干箱等电器也需要进行温度检测与控制。因此，选择温度自动控制系统进行教学实验具有重要的实际应用价值。

目前，通常的温度自动控制教学实验装置大多以真实被控对象或按比例缩小的真实被控对象组成，即采用过程控制中常用如电炉、加热炉等，或者将电炉、加热炉等按比例缩小作为被控实验对象，该控制装置安装在控制柜中，与工业现场所使用的实际装置一样。该类装置与生产现场真正的工业过程温度自动控制装置非常接近，控温范围宽，控制柜内线路排布整齐规范，但该类装置价格高，通常用作演示实验，不便于学习者自己安装调试，并且体积较大，不易携带，同时，不能有效避免学生出现触电、烫伤等异常情况。因此，在完成教学任务的基础上，研究一种结构简单、易于安装调试，并且体积小，成本低的温度自动控制教学装置，对于教学过程的方便性及成本的控制有着重要的现实意义。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于，提出一种温度自动控制教学实验装置，该装置在完成教学任务的同时，还具有结构简单、安装方便、成本低、便于携带、安全性高等优点，满足了目前温度自动控制教学实验的实际需要。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下的技术解决方案：

一种温度自动控制教学实验装置，其特征在于，包括恒温箱、温度控制器、温度传感器、电灯泡和万用表，其中，恒温箱为没有底面的透明箱体，电灯泡位于恒温器内部中央，温度传感器、电灯泡分别连接温度控制器；在恒温箱的顶面上有5个安装孔，在相邻的两个侧面均有3个安装孔，温度传感器3通过任意一个安装孔5插入恒温箱。

本实用新型还包括如下其他技术特征：

所述恒温箱顶面的5个安装孔分别位于顶面中心以及四个角，每个侧面的3个安装孔的连线与最近的一条侧边平行且距离为2cm，每个侧面上位于中间的安装孔高度为12.5cm，另外2个安装孔距离中间一个的距离为10cm。

该装置还包括十字螺丝刀。

所述电灯泡下部有底座。

所述恒温箱的长、宽、高分别为20mm、20mm、25mm。

所述电灯泡选用100W的节能灯泡。

所述温度控制器选用WG-5412温控器。

所述万用表选择HC9205-H。

所述温度传感器选用Pt100温度传感器。

本实用新型提高了教学质量，使学习者深刻理解温度自动控制装置的基本概念，了解PID控制规律的作用，为学习自动控制理论提供感性认识，满足了教学实验的需求。

附图说明

图1是本实用新型的连接示意图。

图2是WG-5412温控器的标定电路图。

图3是WG-5412温控器的实验接线图。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的解释说明。

具体实施方式

本实用新型的温度自动控制教学实验装置，包括恒温箱1、温度控制器2、温度传感器3、电灯泡4和万用表，其中，恒温箱1为没有底面的透明箱体，电灯泡4位于恒温器1内部中央，电灯泡4下部有底座6；在恒温箱1的顶面上有5个安装孔5，在相对的两个侧面均有3个安装孔5，安装孔5用于在测量恒温箱1内部不同部位温度时安装温度传感器3；顶面的5个安装孔5分别位于顶面中心以及四个角，每个侧面的3个安装孔5的连线与最近的一条侧边平行且距离为2cm，每个侧面上位于中间的安装孔5高度为12.5cm，另外2个安装孔5距离中间安装孔5的距离为10cm。

通过导线将温度传感器3、电灯泡4分别连接到温度控制器2上各相应接线端子，具体接法参见图3；温度控制器2通过电源线连接电源；温度传感器3通过任意一个安装孔5插入恒温箱1。

本实用新型的温度自动控制教学实验装置还包括附件盒，该附件盒中装有用于连接温控器2和电源的电源线1根，连接线若干，十字螺丝刀1个。十字螺丝刀用于将导线安装在接线端子排上时拧开和拧紧螺丝。

恒温箱1采用透明有机玻璃制成，便于实验过程中看清楚电灯泡4的工作状态。恒温箱的长×宽×高为20mm×20mm×25mm。

为保证教学实验过程的安全，且在通电情况下能较快将恒温箱1升温，电灯泡4选用100W的节能灯泡。

温度控制器是温度自动控制教学实验装置的核心，需要选择可靠性高、生产批量大、价格较低的产品。温度控制器选用WG-5412温控器。该控制器是智能型双三位显示调节仪，能同时显示温度的设定值或测量值。通过按健可自行设定温度控制值，并具有传感器断路报警并自动切断负载的功能。调节方式采用二位PID调节，继电器输出AC250V/5A(阻性负载)。性能完全满足要求且价格低。由于加热器为100W节能灯泡，在主回路采用AC220V供电时，其最大功率时所需用电流为100/220≤0.5A，因此，选用温度控制器其继电器输出大于该电流将可省去执行器，而直接由温度控制器内部的继电器控制。温度超出预置报警温度时，温度控制器上的报警指示灯亮发出报警。

万用表用以完成温度传感器3的性能测试，万用表选择HC9205-H。万用表作为测量工具，操作时将万用表的正负极连接在温度控制器2的3、4接线端子上，测量实验中Pt-100温度传感器的电阻值。使用时应注意将电源断开后进行测量，否则不可将万用表进行对温度传感器电阻值的测量。

温度传感器3选择热电偶、铜电阻和热电阻温度传感器。根据实验教学系统温度测量范围和精度，综合考虑性能和成本选用Pt100温度传感器。

通过将温度传感器3放在不同的安装孔5中，改变温度传感器3与电灯泡4的距离，观察实验现象，了解温度传感器3与电灯泡4之间位置的近远对整个装置加热及散热情况的影响。

实验完成后，学习者可将各个器具放入倒置的恒温箱1内，便于实验装置的保管和携带。

本实用新型用来完成温度传感器性能测试实验：

一)实验目的与要求：熟练掌握万用表的使用方法；了解温度传感器的性能和外形特征；学会温度传感器的测试方法；了解温度显示仪的使用方法。

二)实验内容：利用Pt-100温度传感器测量手掌温度和体温。

三)实验装置的主要技术指标如下：温度测量精度：±0.5％±1个字；温度控制范围：环境温度～50℃，控制精度±0.5℃；电源：AC220V±15％。

四)实验原理：Pt-100温度传感器是利用导体铂材料的电阻随温度变化这一特性来测量温度的。其性能稳定，其测量范围为-200～+600℃，输出电阻R_t与被测温度t之间的关系是一条曲线，用直线可近似表示为：R_t＝R₀(1+αt)，其温度系数α＝0.003850℃^-1。0℃时，Pt-100的电阻值为100.00Ω。不同温度条件下，Pt-100的电阻值不同，通过测量Pt100两端的电阻值，可以换算出传感器对应的测量温度(查Pt-100温度传感器分度表)。本实验采用查表法换算相应温度值，每测量Pt-100电阻值一次，记录温度显示仪的读数，将换算值与之进行对比，可检验Pt-100温度传感器测量的精确度。

五)实验步骤及结果分析

1、熟悉实验仪器，对万用表、温控器进行标定

万用表的标定方法：将万用表打到欧姆档最低档，将两个表笔对接，观察万用表的基本误差是否在误差范围之内，若超过基本误差范围，则要更换万用表，若在范围内，则可忽略不计。

温控器的标定方法：熟悉WG5412温度控制器接线端子的功能。将200Ω的滑动变阻器调至100.0Ω，然后按图2所示将温度控制器接好，接通电源，观察显示仪表的读数，若不为“0”，则利用“测量误差修正”功能将其修正为“0”为止。

实验电路的连接：利用万用表区分Pt-100温度传感器的三个端子，并按图3接好实验电路。

实验结果与分析：按照万用表的标定方法操作，将本次实验所用的万用表的两个表笔对接后，万用表的读数为：0.4Ω。此值即为该万用表的基本误差，且在基本误差的范围之内，可以忽略不计。按照温控仪的标定方法操作后，接通电源稳定后，显示仪表的显示温度不为“0”，将“测量误差修正”参数设置为-0.1后，将显示仪表读数最终修正为“0”，从而保证实验的准确性。

2、利用Pt100温度传感器测量手掌温度和体温

(1)将万用表测量Pt-100温度传感器阻值；

(2)将Pt-100温度传感器紧握在手中，待万用表显示读数稳定后，记录其读数；

(3)将Pt-100温度传感器紧紧夹在腋下，待万用表显示读数稳定后，记录其读数；

(4)查Pt-100温度传感器分度表，换算成对应温度，并将其分别填入表1中；

(5)分析实验数据，检验其合理性。

实验结果与分析：

表1A、B两个实验者的手掌温度和体温测量表

通过观察换算后的温度值(见表1)，发现所得温度符合人体正常体温。为进一步检验通过测量电阻换算的温度值的准确性，可将换算温度值与仪表显示值进行对比和误差计算。计算得：平均相对误差δ_t＝-0.175％。

Claims (9)

1.一种温度自动控制教学实验装置，其特征在于，包括恒温箱(1)、温度控制器(2)、温度传感器(3)、电灯泡(4)和万用表，其中，恒温箱(1)为没有底面的透明箱体，电灯泡(4)位于恒温器(1)内部中央，温度传感器(3)、电灯泡(4)分别连接温度控制器(2)；在恒温箱(1)的顶面上有5个安装孔(5)，在相邻的两个侧面均有3个安装孔(5)，温度传感器(3)通过任意一个安装孔(5)插入恒温箱(1)。

2.如权利要求1所述的温度自动控制教学实验装置，其特征在于，所述恒温箱(1)顶面的5个安装孔(5)分别位于顶面中心以及四个角，每个侧面的3个安装孔(5)的连线与最近的一条侧边平行且距离为2cm，每个侧面上位于中间的安装孔(5)高度为12.5cm，另外2个安装孔(5)距离中间一个的距离为10cm。

3.如权利要求1所述的温度自动控制教学实验装置，其特征在于，该装置还包括十字螺丝刀。

4.如权利要求1所述的温度自动控制教学实验装置，其特征在于，所述电灯泡(4)下部有底座(6)。

5.如权利要求1所述的温度自动控制教学实验装置，其特征在于，所述恒温箱(1)的长、宽、高分别为20mm、20mm、25mm。

6.如权利要求1所述的温度自动控制教学实验装置，其特征在于，所述电灯泡(4)选用100W的节能灯泡。

7.如权利要求1所述的温度自动控制教学实验装置，其特征在于，所述温度控制器(2)选用WG-5412温控器。

8.如权利要求1所述的温度自动控制教学实验装置，其特征在于，所述万用表选择HC9205-H。

9.如权利要求1所述的温度自动控制教学实验装置，其特征在于，所述温度传感器(3)选用Pt100温度传感器。 

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