恒温方法范文

恒温方法范文（精选11篇）

恒温方法 第1篇

热线测速作为一种重要的流体测量技术，已经有100多年的研究历史，其在测量湍流脉动速度任务中发挥着巨大的作用[1]。但是，由于每个热线探针的性能会因制造工艺和金属材料的不同而存在差异，并且也会受到流体的温度、密度、速度等外界因素影响，因此在实际测量工作当中，必须对每一条热线进行事先标定，才能够获得比较准确的测量结果[2]。目前工程上比较常用的热线校准方法是多项式拟合法，但这种方法在曲线不平滑时精度低，高阶拟合效果不好，具有一定的局限性。

本文针对实际的恒温热线风速仪系统，提出了一种新型热线风速仪校准方法。首先对热线风速仪系统进行了简要介绍，随后选取具有良好低阶光滑特性的B样条函数[3]建立传感器逆模型，以避免过拟合现象的出现;然后采用最小二乘的方法，估计模型的控制参数;最后通过实际风洞实验，验证本文提出方法的有效性。

1 恒温热线风速仪系统简介

本文的实验对象为IFA300恒温风速仪。该系统是一个完全集成，以热线风速仪为基础的系统，由16通道风速仪、测温热电偶、A/D转换板、数据采集和分析软件、探头(热线传感器)和探头支杆几部分组成。

热风速仪测速的原理是：用一个小的电加热元件接触流体，并传感热传导的变化。在恒温式热线风速仪中，流动经过敏感元件，带走热量，产生冷却效果，电路通过电流调整，使元件保持恒定的温度。这样流体流速变化与风速仪的电压变化成一定的比例关系，热线风速仪正是通过这一原理进行流场速度测量的。本系统不但可以测量空气，水和其他流体的平均和脉动速度分量，还能测量湍流和当地温度[1,4]。

2 基于B样条递推最小二乘的校准方法

热线校准时使用的设备包括校准风洞，空气压缩机和压力传感器等。热线风速仪系统的正向传递函数可表示为：

式中：x为桥电压值;y为速度值;f为非线性函数。后续接一个补偿环节t(*)，使补偿后的输出x̑相对于x具有理想线性特性x̑=x，则必然有t(*)=f-1(*)。显然，补偿环节为风速仪系统的逆系统[5]，其传递函数为风速仪系统的逆向传递函数。

校准热线风速仪的目的在于建立这个逆向传递函数，对原始数据进行处理，减小外界因素对测量数据的影响，得到较真实的测量数据。基于逆模型的风速仪系统校准过程如图2所示。

以x为自变量桥电压、y为因变量速度。给出二维空间上的样本数据点列(xj,yj)，并将x方向上的节点以符号t表示。记：

以a和b为边界节点，对区域[a,b]作内分划并进行外扩，得到含有内节点、边界节点和外节点的非递减节点序列：

其中，N为内节点数，k为B样条函数的阶数。

节点序列确定后，关于x的k阶或k-1次B样条基函数可通过DeBoor-Cox工具递推计算：

关于x的k阶或k-1次B样条曲线可惟一的表示为，其中ci为控制系数列向量。代入样本数据点(xj,yj)并设Bik(xj)=pji，在考虑到误差的情况下，得到矩阵形式线性方程组：

通常，选取B样条基函数个数小于样本数据点组数，即N+k

3 风洞试验验证

为验证本文提出的校准方法的有效性，在此进行实验分析。实验在中航工业气动院FL-5风洞进行，FL-5为低速、开口、单回路风洞，试验段为圆形，直径为1.5 m。使用美国TSI公司的IFA300恒温热线测量系统，探针为单丝型。在校准风洞对热线探头进行校准，之后对5组实际的风速进行测量。校准的原始数据见表1，测量的原始数据见表2。

其中，测量速度一栏是IFA300系统软件使用四阶多项式曲线拟合对校准数据处理之后得到的速度。

使用本文所述的B样条+最小二乘校准方法对上述数据进行处理，分划方式为准均匀分划，即内节点采用均匀分划得到、外扩节点为重节点。首先将表1的17对数据点作为样本数据集，建立逆模型;将表2中的数据对作为验证数据。B样条算法与风速仪系统所得风速与实际风速的相对误差对比如图3所示。

从图3中可以看出，IFA300系统自带校准算法的误差在1%～2%之间，但是本文所述的B样条最小二乘算法的校准误差在0～1%之间，校准的精度更高。

选取表1中的11对校准点数据作为样本数据，使用B样条最小二乘算法进行校准并验证表2中5组数据，将结果与IFA300风速仪系统自带的17点校准后的数据进行对比，对比图如图4所示。

从图4中可以看出，即使减小了校准点的数目，校准后的精度仍然高于IFA300风速仪系统自带的算法。说明使用本算法对校准数据及测量数据进行处理后，可以得到更加精确的测量结果。

4 结论

本文提出使用基于B样条递推最小二乘的新型校准方法对热线风速仪系统进行校正。通过对采集数据的处理，表明本文方法能够得到精度更高的测量结果，并且即使在减少校准数据对数目的情况下，仍然能够得到较高精度的实验结果。因此，可将本文提出的算法应用到热线测量工程实践中去，使用较少的校准数据，提高校准精度，从而提高热线测量数据的准确度，得到风速，湍流度等更加精确的测量结果。

摘要：恒温热线风速仪作为一种风洞流场测量元件,在湍流脉动测速任务中发挥了重要作用。对热线风速仪的校准工作进行了研究,将B样条与递推最小二乘相结合,提出了一种新型校准方法。该方法选取具有低阶光滑特性的B样条函数进行逆向建模,并采用递推最小二乘的方法估计控制参数,有效地提高了校准精度和实时性。通过对实际风洞实验的数据分析,验证了提出的该校正方法的有效性,并表明其具有样本点少、校正精度高、简单实用等显著优点。

关键词：热线风速仪,校准,B样条,递推最小二乘方法

参考文献

[1]盛森芝,沈熊,舒炜.流速测量技术[M].北京:北京大学出版社,1987.

[2]论立勇,陈厚磊,蔡京辉.高压交变流动下热线风速仪标定方法研究[J].实验流体力学,2010,24(3):87-91.

[3]RENNER G,WEIBV.Exact and approximate computation of B-spline curves on surfaces[J].Computer-Aided Design,2004,36(4):351-362.

[4]CHEN P,ZHAO T S.Heat transfer in oscillatory flows.Annual review of heat transfer,Volume IX[M].New York:Begell House Inc,1998.

[5]PATRANABIS D,GHOSH S,BAKSHI C.Linearizing transducer characteristics[J].IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement,1988,37(1):66-69.

恒温方法 第2篇

恒温龙头安装

1、自来水中有细小固体硬块的用户不适合使用；

2、尽量缩短热水器与龙头之间的距离，以使热水能尽快到达龙头；

3、自来水中如含有粉状沉淀物或软质异物可能降低恒温阀芯的敏感度，也可能缩短的使用寿命；

4、正常的使用水压为0.05Mpa～0.6Mpa；

5、一定要在安装之前清理干净安装现场，以免细小的沙石硬块损伤龙头的胶圈、螺纹、恒温阀芯以及其他零件；

6、冷热供水管绝对不能装错，热水管必须在左边，冷水管必须在右边；

7、请按照说明书的指示安装，特别注意不要漏放、遗失或损伤任何的垫片或胶圈；

8、本身没有加热功能，请将热水器的水温调到60℃~85℃；

9、花洒和花洒管不能承受60℃以上的高温；

10、如热水和冷水的水压相差太大，请用螺丝刀调节支架的阀门，使用煤气热水器的家庭更需要留意这一点。

11、每次使用后，请务必将左边的水温调节旋钮调到40℃以下；

恒温龙头工作原理

温龙头的介绍

第一代的冷热水混合龙头是双旋钮龙头，第二代是单柄龙头。当热水或冷水的水压突然发生变化时，或者热水的温度突然发生变化的时候，前两代龙头的使用者必须立即调节龙头的旋钮或手柄才能重新稳定水温。而第三代冷热水龙头―恒温龙头，通过龙头体内的恒温调节阀芯即可在极短的时间内自动平衡冷水和热水的水压，且不受水温、流量、水压变化的影响，解决洗浴中水温忽冷忽热的现象，当设定好温度（默认设置为38），突然冷水中断时，混水阀可以在几秒钟之内自动关闭热水，起码安全保护作用。以保持出水温度的稳定，完全不需要进行人工调节。恒温龙头带有防过热锁定按钮，极大地提高儿童使用热水龙头的安全性。

工作原理

恒温控制器 第3篇

“这款恒温控制器设计可以通过WI－FI网络侦测到使用者的手机，以此来判断目前谁在屋里，进而调出对其来说舒适的温度。”

在调研阶段，MARc和他的设计团队通过对用户家中恒温控制器使用情况的走访发现，生活中对于温度的关注可以将人分为两类：一类人很在意室温是否舒适，并且有自己偏爱的度数，另一类人则完全忽略这个问题。由此可见，前者在室温的决定权上有绝对的优先权。在操控方面，使用者则可以分为主动型的和被动型的两种。主动型的使用者希望自己能够随时控制恒温控制器，被动型的使用者则更倾向于让其自动操控。不管是哪一类用户，他们都有一个共同点：想要一个简单易用的程序设计。

设计团队还观察到，恒温控制器可以算是一件很重要的装置，它们通常都被安在易于触控的位置上，因为需要时常调控。而在安装的时候，人们惯常将其与画框、镜子等墙面装饰并排安放，以使它看起来不那么显眼。

为了有针对性地设计，MARC为这个任务创造出两个角色——KYLE和LISA夫妇。KYLE是一个被动型的使用者，对室温有很大的容忍度。LISA则是个主动型的使用者，希望能够掌控恒温控制器，以使室温绝对舒适。在设计交互界面概念的时候，MARc基于“概要描述（PROFILES）”建立了一个界面模型。这些概要存储了人们对温度的偏好，并可以根据当下屋里的人的偏好调整室温。这款恒温控制器设计可以通过WI－Fl网络侦测到使用者的手机，以此来判断目前谁在屋里，进而调出对其来说舒适的温度。

通过向真人展示图纸和屏幕上的模型进行交互界面实测，MARC取得有用的反馈，进而可以调整屏幕，使其导航更直观。

恒温控制器的I.D.设计理念基于大胆、醒目的审美。尤其是当它在家庭中处于次要的地位，并未受到太多关注，尽管它是决定居家舒适度的最核心设备。MARC试图通过大胆的外观设计使恒温控制器成为家中的“强货”。他从“浮动的”建筑和令人产生触摸欲望的网纹外观中获得灵感。

恒温方法 第4篇

汽车自动空调, 以汽车空调制冷循环系统为基础, 由各种传感器、执行器、空调控制器等组成。其中空调控制器用来调控自动空调系统内各种工况在最佳状态, 从而使车厢获得最好的制冷效果。空调控制器ECU为控制核心, 气风它根据设置的车外温度传感器、车内温度传感器、太阳能传感器、蒸发器温度传感器、空气混合风挡位置传感器、出风口风挡位置传感器、进挡位置传感器等元件输入的信号和设定温度, 通过数据选择和整理, 输出控制信号控制进气伺服电动机、出风口方式伺服电动机、空气混合伺服电动机、暖水开关、送风电动机、压缩机电磁离合器等进行自动调控, 自动控制吸人、排出空气流量, 使车厢内保持最佳温度, 从而达到恒温自动控制的目的。

2 空调制冷不足的故障现象

在维修自动空调系统中, 经常会遇到这样的情况, 车主反映, 空调温度调节旋钮即使开至最冷的刻度值, 制冷的时间也很长, 但还是觉得车厢制冷量不足, 并且此时压缩机的电磁离合器已出现跳开和吸合的恒温工作状态。这种现象表明, 空调制冷系统能工作, 只是制冷量不足而已。

3 恒温控制电路的工作原理

空调开关 (A/C) 接通后, 如空调放大器的速度检测电路检测到的发动机转速;温度检测电路检测到的蒸发器温度, 均高于设定值, 则空调放大器能输出高电平, 令控制电磁离合器电路的继电器通电, 触点吸合, 接通电磁离合器电路, 使压缩机运行制冷。反之, 当某一个检测电路检测到信号低于设定值时, 继电器断电, 电磁离合器电路断开, 压缩机不运行。这样就保证了蒸发器不结冰。如此循环, 保持车厢在一个合适的温度范围内。其中, 蒸发器温度是由安装在蒸发器冷气出口侧的一只热敏电阻 (即蒸发器温度传感器) 来检测的, 经空调放大器内的温度检测电路, 将检测到的蒸发器冷气出口侧的温度变换为与蒸发器温度值成反比的电压信号, 与蒸发器温度设定基准电压信号一同输入到空调控制器, 经ECU整理选择出最佳设定温度后, 输出信号去控制压缩机工作, 从而起到恒温的自动控制作用。该热敏电阻有负温度特性, 即温度升高, 阻值下降 (t↑R↓) 。当出风口温度降至5℃左右时, 热敏电阻的阻值R上升到设定值范围值, 此时空调放大器所接到热敏电阻的输入电位信号会令控制压缩机的继电器断路, 令电磁离合器断电分离, 使压缩机停止工作, 暂不制冷。当出风口温度升至5℃左右, 热敏电阻的阻值R下降到低于设定值时, 空调放大器又使压缩机控制继电器接合, 令电磁离合器通电接合, 使压缩机恢复运转进行制冷工作。如此循环, 保持车厢内空气平均温度在一个设定的温度值内。 (约24~27℃) 。

4 空调故障原因分析

根据以上原理分析, 造成制冷量不足的原因可能是制冷系统的恒温控制失准, 导致制冷量不足。而造成控制失准的原因有以下几种:4.1热敏电阻的电阻温度特性变坏。在不同的温度下检测蒸发器温度传感器的电阻值, 得到:15℃为2.07kΩ;13℃时为2.28kΩ;11℃时为3.72kΩ;10℃时为3.84kΩ。这些数据表明, 蒸发器温度传感器的电阻值是正常的, 故障原因不在这一元件上。4.2空调系统工作不正常。通过提取空调系统故障码, 空调系统显示无故障码存在, 工作正常。接上岐管压力表, 系统运转一段时间, 液窗基本无气泡 (压缩机电磁离合器跳开时有小量气泡) 。岐管压力表显示:低压0.22MPa, 高压侧压力为1.5MPa。发动机转速为1500r/min, 送风机风扇转速控制开关置于高速, 温度控制置于冷气最冷位置 (空气混合气挡风板将暖水器一侧全关闭) , 检查暖水开关, 是在全关闭的位置。经一系列检查, 空调系统运作正常。4.3制冷系统控制的恒温温度偏离标准。经以上两项检查得知, 热敏电阻和空调系统运作都正常, 但制冷量仍然不足。显然故障不在这两个方面, 估计是恒温温度偏离标准所致。用温度计测量蒸发器的出风口, 当出风口温度降至10℃时, 热敏电阻还未升到设定值 (此阻值为放大器起动的界限值) 空调放大器已检测出断电的输入电位信号, 造成制冷系统过早停止制冷, 而无法达到所需的制冷量。所以此类制冷量不足的故障是温控系统不能维持在正常的恒温温度所造成的。其原因可能是空调放大电器性能变差, 致使出风口的温度下降到10℃ (正常应下降到5℃) 时就使A/C放大器发出断电的输入电位信号, 使车厢内平均温度无法降到24~27℃, 从而出现系统正常运转而制冷量不足的现象。为了验证判断是否准确, 我换上另外正常制冷恒温温度达到标准的同型号空调放大器试验, 结果, 故障消失。

5 故障的维修方法

以上的故障, 用直接更换空调放大器的方法去排除, 势必成本很高。能否用简易的方法将空调恒温温度降至正常值5℃左右, 使制冷效果回复到标准的效果呢?根据并联电阻的合电阻一定小于其中一只最小电阻值的规律, 设想在恒温用的热敏电阻上并联一只电阻, 以此改变电阻值, 使之符合空调放大器输出电位模拟达到出风口温度降至5℃时的阻值, 令压缩机电磁离合器断电跳开, 停止制冷, 从而实现降低制冷系统的恒温温度, 提高制冷量的目的。首先选择在热敏电阻上并联一个

5 kΩ电位器, 通过调节试验蒸发器出风口的温度, 发现直线下降, 由9℃~2℃。

但压缩机磁吸一直不会跳开, 低压管结冰。怎样才能使压缩机工作到自己所要求的恒温温度呢?再将5kΩ的电位器调到最大, 压缩机还是一直工作, 那么, 是不是并联的5kΩ电位器在蒸发器温度传感器上的电阻值太小, 致使压缩机一直工作?于是再将5kΩ电位器换成50kΩ电位器, 再次试验。当将50kΩ电位器调到32.15kΩ时, 空调蒸发器的出风口得到8℃的恒温温度, 再将电位器的电阻值调小, 当调到17.37kΩ时, 又得到6.5℃的恒温温度;再将50kΩ的电位器继续调小, 当为16.5kΩ时又得到5.5℃的恒温温度, 这样不断改变50kΩ电位器的电阻值, 电阻值由大至小地变化, 蒸发器出风口的恒温温度随着电位器电阻值减小而改变 (9℃~2℃) 。测试结果如下:在蒸发器温度传感器并联接50kΩ电位器在电路上, 试验实测数据:蒸发器出风口的恒温温度:8℃对应电阻值32.15kΩ;6.5℃对应电阻值17.37kΩ;5.5℃对应电阻值16.5kΩ;4.5℃对应电阻值14.08kΩ;3℃对应电阻值9.72kΩ。注意:a.并联电阻应≥6.3kΩ, 否则压缩机一直工作, 蒸发器至压缩机的低压管出现结冰。b.因各车的空调系统蒸发器温度传感器的电阻值变化和空调控制总成ECU的内阻不同, 并联电阻的电阻值也不同, 不能一律照搬。通过以上试验可知, 用这种在蒸发器温度传感器上并联电阻的办法, 就可以按自己要求的温度, 任意控制蒸发器出风口的恒温温度。所以在蒸发器温度传感器上并联一个固定电阻, 可以使其合电阻阻值修正到空调放大器输出电位模拟为未达到出风口的恒温温度, 而继续使压缩机工作, 使车厢内达到 (因耗热量过大而偏离) 原设定的温度。最后, 调节电位器的电阻值, 选定一个最合适的蒸发器出风口的恒温温度 (一般将出风口的恒温温度控制在5℃) , 拆下50kΩ的电位器, 用万能表测量5℃的恒温温度的电阻值, 换上一只同等电阻值1/16W的固定电阻, 并联接在蒸发器温度传感器上, 在不更换空调放大器 (电路板) 或进行大范围修复的情况下, 消除了制冷效果不佳的故障。

6 结论

由以上所得, 当遇到空调系统工作正常, 但由于恒温温度偏高而引起制冷量不足的故障时, 我们无须考虑更换空调系统的某部分元件, 而只需在蒸发器温度传感器上并联一个适当阻值的电阻, 就可以有效地降低蒸发器出风口的恒温温度, 提高空调装置的制冷量, 达到改善制冷效果的目的, 而空调系统的所有控制功能也不会因此而发生改变。

责任编辑:温雪梅

摘要：介绍了汽车空调制冷控制系统的空调放大器性能变差, 使制冷温度不能降至设定的温度值, 引起制冷系统装置的恒温温度偏高于正常恒温值, 令空调制冷系统制冷量不足。通过在恒温控制电路上选择一个适当的电阻, 并联接在蒸发器温度传感器 (这是个负温度系数的热敏电阻) 上, 从而达到不用更换昂贵的电路板, 就可降低空调的恒温温度, 加大制冷量, 消除制冷效果不佳的目的。

用“恒温”做教育 第5篇

前几天与家长闲聊，由于职业的原因，我询问了一下他家孩子的学习情况，不问倒好，一问家长来了怒气，就当时这位家长的情绪看，如果孩子在场的话，一定会遭到一顿毒打。这位家长告诉我，他家的孩子今年五年级，用这位家长的话说，他家的孩子学习啥也不是，天天就知道玩和吃。开始的时候还跟着犯愁，现在倒清闲了，爱啥样啥样，糊弄到初中毕业得了。

我知道这位家长说的这翻话都是气话，但也是技穷的表现。“望子成龙，望女成凤”，这是中国几千年来的传统观念，到底家长眼中的“成龙”、“成凤”是一只什么样的“龙”，什么样的“凤”，我们不言而喻。

对于教育工作者来说，尤其是班主任老师一定会遇到过类似的经历吧。当与家长沟通孩子学习问题时，有的家长会很抱歉的说：“请老师多费心了，我们也没时间辅导孩子呀，有的题连我们家长也不会呀。”这是客气的一种，更有甚者会说，“我们家孩子就那样了，学习上也没什么出息，老师就看着点算了，你也别跟着操心了”……剃头的挑子 ―― 一头热，一片热心泼上了一瓢冷水，我们作为教师的除了气愤之外，就是一种无奈，接下来我们还得尽责呀！因为谁也不愿看到一个健康的孩子成为一个学习上的畸形。这――就是教师。

有的人一定会认为这样的家长只是少数，这一点我也同意，但下面我要说的这种现象应该是一种普遍现象（尤其是在农村）。

连续几年我都负责新一年的招生工作，一溜长长的报名队伍，争着抢着报名，好像是晚了就不收了似的，有的跨着学区，坐着通勤车也要到我校入学，目的`只有一个，让孩子接受最好的教育。报了名脸上都露出了欣喜的笑容，仿佛所有期待和希望都包含在这份笑容中。每天的入学都要千叮咛万嘱咐，亲自送到班级，或是透过大门的缝隙偷偷地望着，直到孩子消失在视线中才恋恋不舍地离去。每天放学站在大门口等候的家长最多的还是一年级，接到孩子后总要问长问短，父子（母子）俩是如此的高兴。但随着年级的升高，家长对孩子的教育温度在逐渐下降，大门口熟悉的家长身影在不断的减少，就连开个家长会，随着年级的升高，家长的出席人数也在骤减，感觉什么事都比孩子的教育的事重要，对孩子入学时那份火热的心早已变得冰冷，随便找个理由就可以搪塞过去。

恒温方法 第6篇

关键词：LI-840A,恒温改进,CO2浓度观测,测量偏差,校标方法

温室气体排放是引起全球气候变化的重要原因之一, 其环境生态效应已经得到世界广泛关注[1,2]。城市是温室气体的重要排放区域, 面积不足全球陆地总面积2.4%的城市却贡献了超过全球80%的CO2[3—5]。因此, 城市温室气体排放及其时空变化规律研究十分必要。

实际观测是开展城市温室气体排放及其环境效应研究的重要手段和依据。我国使用改进的NDIR气体分析仪观测大气CO2本底浓度, 揭示了大气CO2浓度变化的平均特征[6]。我国四个本底站2009年还使用自组装的WS-CRDS气体分析仪观测了大气本底CO2浓度[7]。Sherwood.B.Idso等在美国凤凰城观测了近地面大气 (2 m高度) 一年内的CO2浓度变化, 探究人类活动对环境的影响[8]。C.Helfter等在伦敦市中心利用两座高塔进行的CO2浓度及通量观测资料, 研究了城市CO2的贡献区域及CO2浓度、通量与各种气象条件和交通状况的关系[9]。在这些研究中, 许多利用NDIR或WS-CRDS气体分析仪进行的观测都针对不同观测环境对观测系统做了适当的设计与改进, 均在不同程度上提高了CO2浓度的测量精度。目前, 城市温室气体观测研究以单点为主, 而城市下垫面及其环境条件十分复杂, 需要单点和多点结合进行观测研究。单点观测需要观测仪器有较高的测量精度, 而使用多台仪器同时观测的多点观测还要求仪器间相对误差小。因此, 改进观测设备和完善观测方法是获得准确观测数据的基础, 也是得出城市温室气体排放研究科学结论的重要保证。

LI-840A CO2/H2O气体分析仪, 体积小, 重量轻, 价格低廉, 操作简单, 是城市碳排放研究的观测仪器之一。但其观测精度受温度变化的影响较大, 存在一定的不确定性。有研究表明, LI-840A CO2浓度测量的相对不确定度 (标准差相对于平均值的不确定性) 为0.04μmol·mol-1, H2O浓度测量的相对不确定度为0.009%[10];CO2和H2O浓度测量精度为±2%[11]。为此, 针对城市CO2浓度观测的需要, 对LI-840A进行恒温改进, 并进一步完善校标方法, 以提高仪器的测量精度和观测数据质量。

1 材料和方法

1.1 试验仪器

1.1.1 LI-840A CO2/H2O气体分析仪

LI-840A CO2/H2O气体分析仪 (LI-COR, Inc., Lincoln, NE, USA, 以下简称LI-840A) 5台。LI-840A CO2/H2O气体分析仪属于NDIR气体分析仪, 测量基本原理是气体在光腔中对红外线能量有吸收作用, 在校准范围内不同浓度的CO2/H2O对应不同的红外线吸收比率。仪器CO2浓度的测量范围为0~20 000μmol·mol-1, 精度小于测量值的1.5%, RMS噪音 (有效噪声) 370μmol·mol-1时小于1μmol·mol-1, 对H2O的敏感性小于0.01μmol·mol-1CO2/%H2O;H2O浓度的测量范围为0~8%, 精度小于测量值的1.5%, RMS噪音370μmol·mol-1时小于0.001%, 对CO2的敏感性小于0.000 01%H2O/μmol·mol-1CO2。

1.1.2 Picarro G1101-I气体分析仪

Picarro G1101-I气体分析仪 (Picarro, Sunnyvale, CA, USA, 以下简称Picarro G1101-I) 1台。仪器采用WS-CRDS技术对气体浓度进行测量, 即将一束激光射入衰荡腔, 然后测量激光在衰荡腔中的衰荡时间, 以空腔的衰荡时间和充满目标气体的衰荡时间差最终决定目标气体得浓度。衰荡腔中的镜面可以极大地延长光路 (光路可延长至20 km) 以提高测量精度。由于激光衰荡时间仅取决于介质的吸收和镜面反射率, 与入射光强无关, 故仪器灵敏度高, 信噪比高, 抗干扰能力强[12]。仪器CO2浓度的测量范围为200~4 000μmol·mol-1, CO2总量由12CO2与13CO2的总和计算得出。12CO2的测量精度小于0.2μmol·mol-1加读数的0.05%, 13CO2的测量精度小于0.01μmol·mol-1加读数的0.05%。由于在不间断工作6个月后的标定结果与6个月前相比几乎没有变化, 因此, 在对比观测中以Picarro G1101-I的测量值作为标准值。

1.2 LI-840A的恒温控制改进方法

LI-840A的测量结果受空气密度的影响较大, 当仪器工作温度变化0.3℃时, CO2浓度漂移量可能大于15μmol·mol-1;因此恒温控制可以提高仪器测量的稳定性和精度。恒温控制改进通过自制恒温箱来实现, 基本原理是根据温度传感器测量到的箱内温度, 控制加热器的启动和关闭, 进而控制箱内温度恒定。恒温箱构造如图1。

1.2.1 恒温控制模块

箱体用5 mm厚有机玻璃制作, 双层嵌套结构, 内层尺寸为20 cm×30 cm×40 cm, 外层尺寸为31 cm×41 cm×51 cm, 中间用5 cm厚的保温海绵板填充饱满。热源可根据不同情况选择加热板、灯泡等, 用以加热箱内空气。箱内采用不锈钢封装的DS18b20防水型温度传感器进行温度测量并反馈给温控电路, 进而控制加热器电源的通断。箱内的两个风扇可以使箱内温度更加均匀;紧贴仪器的两块金属板可以增加箱体的热容, 并向仪器外壳传导热量;有2.5 m长的金属管路盘绕在箱体内部用来加热进入的气体。箱内温度可以通过显示板实时监测。电磁阀开关、进气口、气泵接口、校准气体接口以及电路接口都在箱体外侧, 操作时不需要打开盖子, 不会影响箱体内的温度控制。

1.2.2 自动校准模块

校准气体经过减压阀分别接到电磁阀1、2上。电磁阀控制电路控制三个电磁阀开关, 可以实现每日定时给仪器通入一定时间的纯氮气和CO2标准气体。自动校准模块最多可以编出14套控制程序, 能够实现每日任意时刻的控制。自动校准是订正实测数据而不会改变仪器参数。

1.3 校准与标定 (校标) 方法

99.999%的高纯氮气用来校标仪器零点。国家一级标准气体 (干空气中CO2, 490μmol·mol-1, 中国计量科学研究院国家标准物质研究中心) 和国家二级标准气体 (干空气中CO2, 490μmol·mol-1, 南京红健气体有限公司, 用Picarro G1101-I测定其真值) 用来校标LI-840A的CO2浓度的一个高值。露点仪 (LI-COR 610, LI-COR, Inc., Lincoln, NE, USA) 可以产生一定浓度的H2O用于LI-840A的H2O浓度校标。

1.3.1 LI-840A的校准方法

零点校准。给仪器通入纯氮气。数据稳定15分钟以后修改仪器参数, 使H2O和CO2的测量值回归零点。

H2O浓度校准。先将露点仪产生的1℃下的饱和水汽通入仪器, 数据稳定后校准1℃下的饱和水汽浓度 (修改仪器参数) ;再按顺序分别通入5、10、15、20、22℃下的饱和水汽各一段时间;最后校准22℃下的饱和水汽浓度 (修改仪器参数) 。每个温度梯度的H2O浓度测量在数据稳定后至少持续15min。特别注意管路不可出现凝结水。

CO2浓度校准。大气中CO2浓度基本保持在380~500μmol·mol-1之间, 所以只用氮气和490μmol·mol-1的标准气体进行1次两点校准 (修改仪器参数) 。零点和490μmol·mol-1的CO2浓度校准后基本上可以保证大气CO2浓度观测的准确性。

1.3.2 Picarro G1101-I的标定方法

实验前对Picarro G1101-I的H2O浓度进行一次标定, 实验期间每3 h进行一次CO2浓度的两点标定, 即通入两种不同浓度CO2标准气体 (CO2浓度380μmol·mol-1和500μmol·mol-1的国家一级标气) 。通过分析标准气体真值和仪器测量值之间的关系, 订正已经得到的实测数据而不改变仪器参数。

1.4 对比观测方法

1.4.1 LI-840A与Picarro G1101-I对比观测

分为恒温控制改进前、后两个对比观测实验。

恒温控制改进前的实验时间为2012年12月17~21日, 地点为南京信息工程大学气象楼9楼大气环境中心实验室 (高度约40 m) 。两种气体分析仪各一台置于室内实验平台上同时校准标定, 之后进行观测。两台仪器自加热装置保持在开启状态, 仪器气路长度均为3.5 m, 进气口捆在一起伸出窗外。LI-840A进气量为500 m L/min, Picarro G1101-I的进气量由仪器自动控制。室内空调关闭, 人员尽量不进出实验室, 观测期间不对仪器及其管路进行移动, 保证管路不漏气, 对比观测时间100 h。

恒温控制改进后实验时间为2013年6月23~25日, 实验地点同上。将Picarro G1101-I直接放置于室内实验平台上;5台LI-840A (编号为LI-840A No.1~No.5) 装入恒温箱内并放置于地面, 箱内温度设定在 (35±0.1) ℃。LI-840A先在恒温箱内恒温工作1.5 h, 然后与Picarro G1101-I同时同条件下进行校准, 之后进行观测实验。仪器的气路长度均为6 m, 进气口捆在一起伸出窗外, 其它实验条件同恒温控制改进前实验, 对比观测时间90 h。

1.4.2 LI-840A标准气体对比观测

实验时间为2013年6月23~25日, 地点同上。将5台LI-840A分别装入恒温箱内并放置于地面, 恒温箱内温度均设定在 (35±0.1) ℃, 仪器的气路长度均为4.5 m, 进气量均为500 m L/min。5台仪器的自加热装置保持开启, 先在恒温箱内恒温工作1.5 h, 然后同时同条件下进行校准, 最后给仪器同时通入浓度为417μmol·mol-1的国家二级标气 (不确定度1.5%) 进行50 h的对比观测, 用以分析任意两台仪器之间的测量误差并测试仪器性能。室内空调关闭, 人员尽量不进出实验室, 不对仪器及管路进行移动, 保证管路不漏气。

1.4.3 恒温控制改进效果实测验证

观测时间为2013年7月28日至8月5日, 共8d连续观测。观测实验地点为南京市区白鹭洲公园、新街口中心商业区、碧瑶花园 (新居民小区) 、水佐岗 (旧居民小区) 等4种下垫面类型。4台LI-840A装入恒温箱内并放置于室内地面, 恒温箱内温度均设定在 (35±0.1) ℃, 箱内温度稳定后统一进行两点校准, 之后开始观测。仪器的气路长度均为7.5 m, 进气口伸出窗外, 其它实验条件同恒温控制改进前实验, 每日观测后均对仪器的CO2/H2O零点和490μmol·mol-1的CO2浓度进行校准。

1.5 数据处理方法

1.5.1 数据筛选

数据处理中, 校准期间及校准前后15 min的数据需要剔除。压力瞬时变化大于300 Pa或瞬时温度与前一小时温度平均值之差大于±0.1℃时, 剔除其前后1 min数据。此外, 实验记录中, 出现检查进气口等会对观测数据造成影响的人为活动时, 视情况对数据进行剔除。

1.5.2 CO2混合比的计算

CO2混合比的计算公式为:

式中, [CO2wet]为实测CO2浓度, [H2Owet]为实测H2O浓度, [CO2 dry]为CO2混合比 (干空气中所含CO2) 。

1.5.3 Picarro G1101-I分析仪的标定

标定公式为:

式 (3) 中, x为标定后得到的测量值, xs为标定高浓度点标准气体中对应成分的混合比, xo为标定低浓度点标准气体中对应成分的混合比, xm为实际测量得到的混合比, xsm为标定高浓度点时仪器的测量值, xom为低浓度标定时仪器的测量值。

2 结果与分析

2.1 自制恒温箱控温效果分析

自制恒温箱的温度控制范围为1~45℃, 由10℃加热到35℃根据环境温度及加热器的不同大需要20 min到1 h。由于温度越高越难以实现稳定的控制, 因此测试恒温箱时将温度设为43℃, 测试结果如图2, 可见自制恒温箱达到设定温度后的控温精度为±0.1℃, 控温效果较好。如果恒温箱内部温度控制在 (35±0.1) ℃, 配合仪器自身加热保温系统, 则可以使光腔温度稳定在标准温度[ (50±0.05) ℃附近], 显著提高气体浓度的测量精度。

2.2 LI-840A的校准结果

2.2.1 零点校准

LI-840A通入氮气1 h后, 对CO2和H2O零点进行校准。校准后测得CO2浓度为-0.14μmol·mol-1, H2O浓度为-0.000 5%。

2.2.2 CO2浓度校准

LI-840A通入490μmol·mol-1的国家一级CO2标准气体1 h后对CO2浓度进行校准。校准后测得CO2浓度为490.25μmol·mol-1, 相对误差为0.05%。

2.2.3 H2O浓度校准

H2O零点校准之后, 1℃以下的饱和水汽测量比较准确, 仪器测量误差随H2O浓度升高递增, 22℃饱和水汽测量偏差最大达到体积分数的0.3% (图3) ;但在1℃和22℃两点饱和水汽校准后, 各点偏移量均减少至体积分数的0.02%以内, 测量精度显著提高 (图3) 。

2.3 Picarro G1101-I的标定结果

2.3.1 H2O标定

Picarro G1101-I的H2O浓度标定结果见表1。从表中可以看出, H2O的测量偏差随着H2O浓度的增加近似线性, 因此可以通过校准曲线得到准确的H2O浓度。

Picarro G1101-I的H2O浓度校准曲线方程为:

式中, y为订正后的实测H2O浓度, V/%;x为实测的H2O浓度, V/%。

2.3.2 零点标定

由于大气中CO2浓度变化范围一般为380~500μmol·mol-1, 因此Picarro G1101-I在实际观测中并不需要进行CO2零点标定。H2O零点标定时得到的实测值为0.05%。

2.3.3 CO2标定

由于大气中CO2浓度变化范围一般为380~500μmol·mol-1, 因此Picarro G1101-I在实际观测中仅标定380μmol·mol-1和500μmol·mol-1CO2两个点即可满足实际观测需求。380μmol·mol-1和500μmol·mol-1标定时得到的实测值分别为379.98μmol·mol-1和498.93μmol·mol-1, 相对误差分别为0.005%和0.2%。

2.4 恒温控制改进效果分析

2.4.1 恒温控制改进前后对比观测结果分析

恒温控制改进前后LI-840A与Picarro G1101-I观测计算得到的CO2混合比之差 (1 min平均) 见图4, 可见恒温控制改进对提高仪器观测精度效果明显。

恒温控制改进前, LI-840A与Picarro G1101-I测定的CO2混合比之差在观测12 h之后超过了2μmol·mol-1[图4 (a) ], 24 h后超过了3μmol·mol-1, 36 h后超过了15μmol·mol-1;而在观测中如此大的误差将会直接影响到研究结论的正确性。CO2混合比并不受大气温度或气压等观测环境变化的影响, 而仪器光腔内温度和气压变化越大, 观测数据的偏移量越大, 仪器工作的稳定性越差。LI-840A的光腔温度在低温条件下有0.3℃左右的波动, 可能导致20μmol·mol-1甚至更高的偏移量, 因此恒温控制改进是十分必要的。

恒温控制改进后, LI-840A与Picarro G1101-I测定的CO2混合比之差在观测22 h之内小于等于1μmol·mol-1[图4 (b) ], 90 h之内不超过2μmol·mol-1, 说明恒温控制改进对提高LI-840A的观测精度效果较好。

为了进一步明晰LI-840A之间的测量偏差, 确保多台仪器同时观测的数据具有可比性, 计算了5台LI-840A气体浓度测量值的标准差见图5。从图中可以看出, 5台LI-840A CO2浓度观测的标准差30h之内小于1.5μmol·mol-1;72 h之内不超过2μmol·mol-1;而H2O浓度观测的标准差基本上在0.02%以内;说明恒温对仪器工作的稳定性提升有明显效果。

而在观测中发现, 恒温控制改进后, 虽然5台LI-840A与Picarro G1101-I的观测值均有一定差异, 但其变化趋势非常一致, 存在一定的系统误差, 可以通过订正来进一步提高观测数据质量。

2.4.2 LI-840A的稳定性分析

仪器信号频率随时间的漂移程度也即信号稳定度可以用时域频率稳定度来表示, 一般用艾伦方差分析方法[13]确定。利用恒温控制改进后5台LI-840A的标准气体对比观测结果, 进行CO2浓度观测值的艾伦方差分析, 分析结果见图6。

由图6可见, 5台仪器CO2浓度观测值的艾伦方差数值接近且趋势一致, 均在200 s左右达到曲线的最低点约0.02μmol·mol-1;24 h内 (86 400 s) 不超过1μmol·mol-1。理论上认为在曲线最低点对应的时刻进行校准可以使仪器一直保持在测量漂移量最小的状态, 但每200 s手动校准一次难以实现。一般而言, CO2浓度测量偏差控制在2μmol·mol-1以内时, 可以满足城市气体浓度实际观测需要, 而LI-840A的CO2浓度观测值的艾伦方差24 h内不超过1μmol·mol-1, 因此校准频率以每天一次为宜。

2.5 实际观测验证结果

南京主城区不同下垫面CO2浓度观测是使用LI-840A进行的一次实际观测, 每日观测结束后仪器校准数据的统计结果见表2。

从表2中可以看出, LI-840A在实际观测24 h后CO2高浓度 (490μmol·mol-1) 测量值和校准气体理论值偏差在2μmol·mol-1, H2O零点与标准气体理论值偏差在0.02%以内。说明恒温控制加每天一次的手动校准 (每次校准时直接改变仪器参数) , 可以使LI-840A观测的稳定性和准确性明显提高, 能够满足城市大气中CO2浓度观测的要求。

3 结论与讨论

(1) 自制恒温箱的温度控制范围为1~45℃, 恒温箱内部控制温度设定为43℃时的控温精度可达±0.1℃, 控温效果较好。

(2) 恒温控制改进后, 5台LI-840A与Picarro G1101-I的CO2和H2O浓度观测结果均十分接近且变化趋势一致, 观测误差分别控制在2μmol·mol-1和0.02%以内;而每天一次的校准频率, 可以保证LI-840A的CO2浓度测量偏差控制在2μmol·mol-1以内。

(3) LI-840A在实际观测24 h后CO2浓度测量值和标准气体理论值的偏差在2μmol·mol-1之内;H2O零点与标准气体理论值偏差在0.02%以内, 能够满足城市大气中CO2浓度观测的要求。

(4) LI-840A的测量精度受温度变化的影响较大, 其正常工作要求光腔温度恒定在50℃左右, 而仪器自带的加热恒温系统在环境温度低或变化较快条件下难以保持温度恒定。自制恒温箱可以使仪器光腔保持温度恒定, 从而减少仪器测量的漂移量、提高稳定性。但在实际观测中发现, 自制恒温箱在环境温度高于32℃时的控温效果还不够稳定, 但此时即使没有自制恒温箱, 仪器自带的加热恒温系统也足够使光腔维持恒温以满足测量要求。

恒温控制电路的分析 第7篇

图1是一个小功率液体电热恒温控制电路, 温度传感器由热敏电阻代替, 温度调节范围根据实际需要确定。此电路主要用于对液体加热时的恒温控制。运放A1~A3工作电压为±12v。

1 电路分解

本电路是由测温电路、温度信号放大电路、恒温预置电路、继电器驱动和显示电路五部分组成。

2 单元电路的工作原理分析

(1) 测温电桥电路。测温电桥电路由R1、R2、R3、R4组成, 其中R4是热敏电阻, 作为温度传感器。当温度在设定值范围时, VA=VB, 电桥平衡, 输出信号为零, 液体处于保温状态;当液体温度低于设定的温度值时, 点A电位VA下降, 电桥失去平衡, 电桥输出信号不为零, 因此, 液体处于加热状态。

(2) 温度信号放大电路。温度信号放大电路由R5、R6、R7、R8和运放A1组成, 测温电桥的输出端A、B分别接到A1的反向输入端和同相输入端, 作为差动放大电路的输入信号。

当电桥无信号输出时, 即VA=VB, 运放A1的输入信号为0, 其输出信号u01=0, 液体的温度在设定值范围内;当电桥有信号输出时, 即VA<VB, 运放A1的输入端加入差值信号, 经过放大后, 送到恒温预置电路, 使液体处于加热状态。

(3) 恒温预置电路。恒温预置电路由R9、R10和运放A2组成, 运放A2是一个电压器, 其输入信号是温度变化信号 (u01) , 加在A2的反相输入端, A2的同相输入端是温度预置值的设定端, 调节可变电阻R10的阻值, 进行预置值的设定, 预置使用VC表示。

当u01<VC (预置值) 时, A2的输出u02为高电平;当u01>VC时, A2的输出u02为低电平。

(4) 继电器驱动电路。继电器驱动电路由运放A3、晶体管T和电阻R11、R12、R13、继电器线圈KT组成。A3也是一个电压比较器, 其输入信号是u02, 加到A3的反相输入端, 与A3的同相端基准电压VD进行比较。

当u02>VD时, 电压比较器A3输出低电平, 晶体管T处于截止状态, 继电器不工作, 液体处于保温状态;当u02<VD时, 电压比较器A3输出高电平, 晶体管T处于导通状态, 继电器线圈通电, 其常开触点KT3闭合, 加热器与交流电压220v接通, 液体处于加热状态。

(5) 显示电路。显示电路由发光二极管D1、D2和电阻R14、R15组成。当液体处于保温状态时, 晶体管T截止, 继电器KT不工作, 工作指示灯绿灯亮 (D1) , 当液体处于加热状态时, 继电器常开触点KT2闭合, 工作指示灯红灯亮 (D2) 。

3 各部分电路的预置值和比较电位值的确定

(1) 测温电桥电路。点B的电位VB=6v, 即保温状态时, 点A的电位VA=6v;加热状态时, VA低于VB的电位。

(2) 温度信号放大器。u01=5 (VA-VB) =5 (6-VA) 。

(3) 恒温预置电路。VC是温度预置值, 当液体加热时, 电压比较器A2反相端的电压要高于VC, 所以R10要可变电阻, 根据实际温度变化范围来调节R10的阻值, 保证实现液体的恒温控制。

(4) 继电器驱动电路。VD=6v, 保证u02为高电平时, 使电压比较器A3的输出为低电平。

4 整体电路的功能分析

在图1中, 当液体的温度在设定值范围时, 电桥平衡, VA=VB=6v, 运放A1的输出u01=0v, 使u01<VC, 电压比较器A2的输出u02为高电平, 使u02>VD (VD=6v) , 电压比较器A3的输出u03为低电平, 晶体管T截止, 继电器KT线圈断电, 其常开触点KT2、KT3断开, 保温指示灯D1亮, 液体处于保温状态。

当液体的温度低于设定值时, 测温电桥电路的点A电位VA下降, 即VA<VB, 其差值经过运放A1进行放大, 使u01>VC, 电压比较器A2输出u02为低电平, 使u02<VD, 电压比较器A3输出u03为高电平, 晶体管T导通, 继电器线圈KT通电, 其常开触点KT2、KT3闭合, 常闭触点KT1断开, 电热丝与220v电源接通, 液体处于加热状态, 此时加热指示灯D2亮。

参考文献

[1]杨清花.一种简易的温度控制设计与应用[J].甘肃冶金, 2007 (08) :82-83.

[2]清华大学电子学教研组编, 阎石主编.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社, 2006.

恒温炉模糊控制算法仿真 第8篇

温度对象在生产、科研与实验中较为常见,因此,对温度量进行控制也十分普遍。采用常规控制方法为基础的仪表实施温度控制时,其适应不同对象的能力差,参数整定工作技术含量高,受温度对象工况变化的影响明显,过渡过程品质指标不理想。模糊控制以有经验的操作人员的控制规则为基础,在一些复杂系统,特别是系统存在定性的、不精确和不确定信息的情况下,取得了较好的控制效果,且与一系列传统的控制方法相比,模糊控制不需要被控对象的精确数学模型。

2 常规控制算法分析

如图1所示,该系统输出量y反馈到输入端组成闭环负反馈自动控制系统。控制的目的是希望该系统能通过控制器Gc(S)的操作使其输出y不断。

当设定值r=700,Kp=0.3,Ki=0.1,Kd=0,采样周期为1秒控制对象为时

温度响应曲线如图2。

常规PID控制器具有结构简单、适用面广等特点理论研究和长期实践都已证明它在过程控制中的有效性是非常显著的[1]。尽管如此,在常规PID控制器的实际应用中仍然存在着一些需要解决的问题。例如,控制系统正式投入运行前的调试工作,其难点就集中在控制器参数的整定上。一方面,人们希望系统不但能正常地运行,而且还具有较高的控制精度。另一方面,控制器参数的整定以前又主要依赖于熟练操作人员的已有经验。因此,造成了人为因素影响的矛盾。

3 模糊控制器设计

模糊控制器最基本的形式是“查询表”方式的模糊控制器,这种控制器将模糊控制规则最终转化为一个查询表,存储在计算机中供在线控制时使用这种控制器具有结构简单,使用方便的特点[2,3]。本文中模糊控制器的设计就采用查询表方法

本文中取:控制对象为一阶滞后系统具有时间常数大、纯滞后时间长、时变性等特性较符合现场

误差E:[-24,24]

误差的变化EC;[-0.06,0.06]

控制量U:[-14,14]

3.1 模糊控制器的结构

在大量的控制领域问题中,消除被控对象或被控过程的输出偏差问题,是相当普遍的一大类控制问题。设计模糊控制器的结构,一般选择输入变量为误差E及误差的变化EC,输出变为控制量U。[4,5,6]

对误差E,误差变化EC及控制量U的模糊集及其论域定义

E、EC、U的模糊集均为

E和EC的论域均为

U的论域为

3.2 模糊控制系统仿真研究

控制对象为一阶滞后系统

其中K=10s,T=4s,τ=1s,采样时间为1秒

当Ke=0.25时仿真结果,如图

4 PID控制与模糊控制仿真比较

常规PID控制具有滞后的被控对象时,各个参数整定比较困难,同时控制效果与理想模型仿真不同。

根据实际情况,工业现场存在一定干扰,而实际控制中要尽量减少干扰的影响。

通过仿真结果得出对一阶纯滞后、大惯性、时变性明显的恒温炉温度控制在本文中所涉及的场合下模糊控制优于PID控制。

5 结束语

可以看出PID仿真结果加热时间短、超调大,根据实际情况过度时间短是无法实现的,同时现场会受到各种干扰,所以P ID为理想的模型实现受很多条件的制约。模糊控制仿真结果超调较小,过度时间符合实际情况,有较强的抗干扰能力,模糊控制具有优良的抗干扰性。在系统受到干扰时,模糊控制的扰动幅度明显小于常规的PID控制,而工业恒温炉控制场合经常会受到干扰,仿真结果说明对于恒温炉的控制模糊控制算法比PID算法更为合适。

摘要：本论文以工业恒温电炉为被控对象,采用模糊控制算法,主要研究了温度模糊控制器的设计,并对所设计的模糊控制器的控制效果进行了计算机仿真,仿真结果证明了本论文所研究内容的正确性及有效性。

关键词：模糊控制,温度,仿真

参考文献

[1]薛定宇著.控制系统计算机辅助设计—MATLAB语言与应用(第2版)[M].北京:清华大学出版社,2005:372-378.

[2]诸静.模糊控制理论与系统原理[M].北京:机械工业出版社,2005:1-120.

[3]KIM E.A fuzzy disturbance observer and its ap-plication to control[J].IEEE Trans.on Fuzzy Systems,2002,10(1):77-84.

[4]刘金琨著,先进PID控制MATLAB仿真[M],北京:电子工业出版社,2004,9.

[5]宋子巍、陈思忠、杨林,模糊-PID控制的MATLAB仿真分析,科技资讯,2006(3).

公共浴室恒温出水系统设计 第9篇

关键词：公共浴室,恒温出水系统,冷水回收,节水

1 研究背景

根据调查发现, 在公共浴室中淋浴时, 大多数人习惯先将管道中达不到洗浴温度的冷水放掉, 待花洒中的水达到人体可接受的水温时再进行洗浴。在中国, 目前大中小型公共浴室约110 000家, 有超过600万个水龙头正在使用。经计算, 我国一年将有2.57×108m3水在这种状态下被直接排掉, 造成了严重的水资源浪费。现阶段对于公共浴室的节水措施大体有两种:

一种方法是在管道上安装IC卡控制系统来控制淋浴花洒出水, 系统计量洗浴者的用水量, 进而根据用水量来收取洗浴费用, 由于用水量的多少直接关系到洗浴费用, 从而实现减少水的浪费[1]。

第二种方法是通过改造锅炉的构造来减少水垢的累积, 使热水可以充分加热, 来增加热水的利用率[2]。然而, 对于开始洗浴时放掉达不到洗浴温度冷水的问题, 至今没有明确的措施。本文针对这一问题, 以大连市某公共浴室为研究背景提出一种回收冷水的恒温出水系统。

2 基本资料

大连市某公共浴室具体情况:浴室中的淋浴器一共有87个, 分别为男浴室有淋浴器50个, 女浴室有淋浴器37个。男女浴室分两层布设, 该浴室的输水管道简要布局图如图1所示。

各种管道的尺寸根据《建筑给水排水设计规范》[3]相关条文, 该公共浴室淋浴器的同时给水百分数按有淋浴小间的下限60%计, 热水干管的流速取上限1.2 m/s。其中计算项目为管道的体积V, 配水管以及淋浴管的观察大致估算配水管的长度为130 m, 淋浴管的长度为148 m, 干管的长度约为50 m。

《建筑给水排水设计规范》中各种管道的设计规格见表1。

则对应的各种管道的体积计算如下:

该区域一公寓的住户约有5 700人, 假设如果50%的人一周在该浴室洗浴1次, 那么该公共浴室一周要放掉淋浴管中的水的体积:

即该公共浴室一周大概浪费掉74.1 kg的水, 而且在调查时发现好多的淋浴器的管路已经变形, 并且花洒也已松动, 浪费的水更多。因此根据原有干管的布设, 如果在某一天浴室需要改造时, 可以考虑该项目方案。

mm

3 设计方案

3.1 混水阀改造

根据设想, 将混水阀的控制进水的装置系统改造成温度控制型的, 即根据温度自动控制冷热水阀的开度比例来达到不同的温度水的需求。在混水阀中增加温度传感器用以识别不同的温度[4]以及微控单片机系统, 将这两者结合起来, 使混水阀可以在不同季节, 自动调节至提前设定的适宜公众洗澡的温度。据调查, 该温度在40℃左右[5]。由该混水阀直接混为该温度左右的水, 再向输水管道运输, 然后结合下面系统的改造, 充分达到节水的目的。

3.2 调整热水供水管

这个为调查时的浴室内管路布置情况, 发现研究的浴室的供水系统大致为:整个浴室内的供水由配水管来支持, 且共用一面墙的淋浴管共用一套配水管[6], 并且管路的连接方式大致如图2模型所示, 具体来说柄为外部的干管, 葡萄为各个分区的淋浴小系统, 其余部分为配水管。接下来提出改造设想。

第一, 将公共浴室改造前的双管供水改变为带脚踏式的单管供水[7]。

第二, 将花洒直接安置于热水供水管道上。由于改造前的管道为双管输水管, 在实现冷热水混合后, 需要通过另一部分的输水管与花洒连接[8]。而这一过程, 就加大了输水管中冷水的积累, 这一部分水就是被公众直接排放了的干净的水。热水管提高后, 可明显减少这一部分水的浪费, 而且供水管道中水温已提前调节好, 也可防止烫伤事故的发生。

第三, 将管道设计为环状[9], 可实现下一环节水的高效利用。管道改造成果图如图3, 图4所示。

3.3 尾水处置

在热水供水管道的尾部增加温度控制阀门。即管道内部的低温水 (未达到人们洗浴所适应的温度的水) 可通过此处管道重新流入锅炉中, 进行循环使用, 其设计图见图5。

3.4 方案总效果图

综上所述, 该方案的大致设计图如图6所示。该系统的优点为:

1) 将双输水管改为单输水管, 减少了材料的成本。

2) 花洒直接放于热水输水管道, 减少了改造前热水输水管道与花洒间管道中冷水的积累。

3) 设置回水管, 增加了管道中冷水的重复利用率。该系统的应用将减少原管道中冷水的浪费量, 而且提高了其再利用率, 系统改造成本低廉, 符合国家节水要求, 进行推广不仅能显著降低公共浴室这一高耗水行业的水资源浪费现象, 还能给其带来一定的利润。

4 结语

以上设计方案是根据大连某公共浴室提出的, 对于不同的浴室中不同的结构、布局和规模, 以及不同的供水方式, 供水管路的布设, 淋浴器的选择, 浴室内部的格局, 浴室的档次等等均会对管道中水的温度产生影响, 在实际改造过程中, 可借鉴本设计方案, 要针对不同的情况采取不同的措施, 从而实现节约用水的目的。

参考文献

[1]杨红霞.Ic卡在企业公共浴室节水中的应用[J].内江科技, 2006, 27 (8) :76-77.

[2]王允松.公共浴室淋浴装置节水措施[J].节能, 1996 (6) :34-35.

[3]杨帆, 王持恒.从建筑节水出发对《建筑给水排水设计规范》的思考[J].重庆建筑, 2011, 10 (12) :56-57.

[4]蒋飞龙.自动恒温恒流混水阀芯:中国专利, CN2317366[P].1999-05-05.

[5]小林.你会洗澡吗[J].工业安全与环保, 2004 (7) :20-21.

[6]中国市政工程西北设计研究院.给水排水设计手册 (第11册) [M].北京:中国建筑工业出版社, 2002.

[7]钱土.热水供应系统:中国专利, CN103175255A[P].2013-04-17.

[8]赵颖, 李天荣, 袁方.大型公共浴室热水管路布置探讨[J].给水排水, 2009, 35 (7) :94-96.

[9]张小明.Ni Ti形状记忆合金在冷热水混水阀中的应用[J].中国材料进展, 2006, 25 (7) :42-43.

恒温箱测控系统的软件设计 第10篇

【关键词】恒温箱 测控 电脑管理 软件设计

新型恒温箱测控系统是一种具有检测、判断、PID调节、报警等多功能的高性能装置,因此,如何使恒温箱的温度参数满足试验样品要求且波动值最小,采用电脑管理恒温箱测控系统是一个最佳方案,而其中软件设计至关重要。

一、输入和输出点分配

根据本次设计的特点,输入信号:用SB1作为系统的启动开关,地址编号为X000;SB2作为系统的停止开关,地址编号为X001;S作为PID的开关,作为系统PID调节的开关,地址编号为X010。输出信号:K1作为继电器的通电线圈,地址编号为Y000;BCD译码器主要显示恒温箱内的温度地址编号为Y005~Y016;HL作为PLC的报警指示灯,地址编号为Y004。输入和输出点分配表如下表所示:

二、模拟量模块的使用

在PLC的右侧最多可以连接8块特殊功能模块,其编号从最靠近基本单元的那一个开始,依次编号为0～7号。配线时,应使用带屏蔽的补偿导线和模拟输入电缆配线,屏蔽一切可能产生的干扰。FX2N-4AD-PT的特殊功能模块编号为0。主电路图如图1所示:

图1 主电路图

三、系统流程图

根据PLC控制系统设计的基本内容,本设计的基本过程是按照如图2所示的步骤进行。本次设计,我对PLC控制系统设计流程图大部分进行了设计。首先对系统进行初始化,检查PLC、PLC特殊模块、电源等是否连接正确,不正确的重新连接,如果正确,传感器开始测量恒温箱的内部温度,通过FX2N-4AD-PT模块进行转换,然后再传送到PLC主机当中,测量值与设定值进行比较,如果小于设定值,就将二者进行PID调节,通过调节输出量来控制加热设备的工作时间,对箱内的温度进行调节,并保持恒温。如果大于设定值,那么就不对加热设备进行控制,即不加热。

图2 系统控制流程图

四、程序设计

用S(X010)作为执行自动调谐及PID控制开关,控制用参数的设定值在PID运算前必须预先通过指令写入,见图3。

程序从第0步开始,X000是启动开关,X001是停止开关,M400起到自锁作用。程序第4～20步为判断与PLC联机是否正确。程序第21～48步,M8002为初始化脉冲,用MOV指令将目标值、输入滤波常数、微分增益、输出值上限、输出值下限的设定值分别传送给数据寄存器D500、D521、D515、D532、D533。程序第49～51步,使M0得电,使用自动调谐功能是为了得到最佳PID控制,自动调谐不能自动设定的参数必须通过指令设定。在程序第52～68步之间用MOV指令将自动调谐用的参数(自动调谐采用的时间、动作方向自动调谐开始、自动调谐用输出值)分别传送给数据寄存器D510、D511、D501。程序第75～110步,对FX2N-4AD-PT进行确认、模式设定,且在PLC运行中读取来自FX2N-4AD-PT的数据送到PLC的D501中,程序第111～115步对PID动作进行初始化。第116～126步,X010闭合,在自动调谐后实行PID控制,当自动调谐开始时的测定值达到目标值变化量的1/3以上,则自动调谐结束,程序第127～139步,自动调谐结束,转移到通常动作,M1复位,69～74步,将通常动作的采样时间设定值M500ms用脉冲执行型MOV指令传送给D510,进行PID控制。

程序第148～156步中,当T246累积时间小于D502内的数值时,触点比较指令相当于一个触点而接通,且因PID运行中,M3是动作的,故Y000接通,继电器得电从而控制加热设备工作;当T246累积的时间大于D502内的数值时,触点比较指令相当于触点而断开,程序第140～147步中,加热器动作周期T246设为2S,当加热器动作周期2S到,通过复位指令将T246清零,重新计时。当控制参数的设定值或PID运算中的数据发生错误时,则运算错误标志辅助继电器M8067变为ON状态,通过Y004输出给故障指示灯显示。程序第157～163步为温度顯示。

图3 程序梯形图

综上所述,本文所设计的软件将与其它硬件共同协作完成恒温箱温度的精准控制,可广泛适用于药物、纺织、食品加工等无菌试验,可使它为农业研究、生物技术测试提供所需要的各种环境模拟条件。

参考文献:

[1]刘士光,刘建民,王剑锋,包长春,张春梅.低温恒温箱测控系统的接口设计与PID调节 [J].河北科技师范学院学报,2004,12(18).

[2]张松梅,梁俊凯,刘隆吉.基于C8051F的恒温箱控制系统 [J].微处理器应用-电子测量技术,2008,(9).

恒温水箱电控系统电路设计 第11篇

2、电热丝控制部分 (图2)

3、水阀控制部分

经过单片机对数据的分析, 通过P2.3和P2.4口来控制热水阀、冷水阀的开启, 然后经光耦隔离后送到继电器J1、J2中, 由继电器的动作来控制水阀的动作, 如图3所示。

4、报警电路

报警装置由74LS05反向器、电阻、蜂鸣器组成, 蜂鸣器的正常工作电流一般以50mA为好。如图4所示。

5、振荡电路

从外部输入时钟驱动89C51, 时钟信号从XTAL1, XTAL2输入, 由于输入到内部电路是经过一个2分频触发器, 所以输入的外部时钟信号无需特殊要求, 但它必须符合电平的最大和最小值及时序规范。本设计中选用了12MHz的石英晶振和两个22pF的电容构

6、显示部分

单片机的P1.1、P1.2、P1.3分别与MAX7219的DIN、LOAD、CLK相连, DIG 0和DIG 1对数码管输出位选信号, LED七段显示器段驱动端SEG A~SEG G通过总线连接数码管的a~g, SEG DP是小数点驱动端。如图6所示

7、结语

本文主要介绍了恒温供水水箱电气控制系统的设计与制作过程, 先从系统的构想、可行性、设计的意义目的作出整体规划, 芯片的选择注重了实用性与可靠性, 对硬件电路的设计。

摘要：本次设计以恒温水箱控制的思路为题, 设计中采用经典的51系列单片机, 配以DS18B20数字温度传感器, 该温度传感器可通过键盘接口设置温度的高低值。