《过程控制与集散系统》课件-项目三：单水箱恒温控制系统

恒温系统概述OverviewofConstantTemperatureSystem.项目三：单水箱恒温控制系统课程名称：《过程控制与集散系统》引言实验室的试剂保温化工反应釜的温度调控掌握单水箱温度控制系统组成与结构。理解水箱温度控制系统控制原理与逻辑。熟悉水箱温度控制系统实际应用方法。目录01典型的温度对象02温度对象的特性03单水箱恒温控制系统组成和控制流程一、典型的温度对象化工与石化行业反应釜/反应器化学反应需在特定温度下进行（如合成氨：400~500℃），温度偏差的影响：改变反应速率影响产物纯度引发安全风险反应过程中还存在放热或吸热的非线性特性，传热也有滞后。一、典型的温度对象化工与石化行业蒸馏塔管道/换热器蒸馏塔的塔顶温度要精准控制在78℃左右才能保证酒精分离效果管道和换热器则需要应对沿程温度分布不均的问题温度与回流量、加热量相互耦合，纯滞后明显原油管道加热防止凝固，传热过程存在惯性滞后一、典型的温度对象冶金与材料行业：工业炉窑炼钢转炉温度约1600℃轧钢加热炉加热钢坯至1200℃左右陶瓷烧结窑高温烧结需精确控温

±5℃炉窑温度对象的特点是热容量大（惯性大）、滞后时间长（从燃料燃烧到炉内温度变化存在延迟），且受进料量、燃料热值波动的干扰显著。一、典型的温度对象冶金与材料行业：热处理设备退火炉：控制金属材料缓慢冷却以消除应力淬火槽：快速冷却实现材料硬化要求±1℃的高精度控温，严格遵循升温降温工艺曲线，不同温度段的传热系数变化会导致对象非线性，增加了控制难度。一、典型的温度对象食品与医药行业：发酵罐啤酒发酵抗生素生产微生物发酵对温度敏感，通常控制在20~37℃，温度波动会影响菌体活性和产物产量。生物放热伴随性发酵过程自身产热，需持续移除多余热量。动态时变特性最优温度随菌体生长阶段而变化。温度分布均匀性要求高需避免局部过热导致菌体死亡。一、典型的温度对象食品与医药行业：灭菌设备高压蒸汽灭菌锅121℃下保持30分钟高压蒸汽灭菌锅60~80℃杀灭致病菌温度控制需兼顾时间与温度的协同（如“热力致死时间”曲线）对象存在快速升温后的保温阶段滞后性较小但扰动因素多（如蒸汽压力波动）一、典型的温度对象食品与医药行业：烘箱/干燥机食品脱水（奶粉干燥）药品烘干烘箱和干燥机则需要保证温度均匀，避免物料局部焦糊物料堆积厚度不同存在分布参数特性，水分蒸发过程中吸收潜热，导致温度动态特性变化一、典型的温度对象能源与电力行业：锅炉

电站锅炉01电站锅炉的汽包温度、过热器出口温度约540℃。02温度与燃烧率、给水量、风量高度耦合。03锅炉热容量大且特性非线性。高负荷与低负荷下表现差异明显。04一、典型的温度对象能源与电力行业：制冷系统冷库（温度-18℃左右）空调冷水机组蒸发器/冷凝器的温度控制需应对负荷波动（如冷库开门导致热侵入）对象存在滞后性（制冷剂循环传递冷量需要时间）和变参数特性（不同环境温度下特性不同）二、温度对象的特性容量滞后为主，长距离温度测量管线也会带来传输滞后，相比容量滞后，影响通常更小。强滞后敞口热水箱属于自衡对象，密闭反应釜则无自衡性，环境温度波动、设备散热差异等外部干扰都会影响温度稳态。自衡性差异大且易受干扰温度变化本质是能量传递与累积，如加热反应釜，热量要先传到釜壁再到物料，受物料热容量影响，响应速度缓慢。大惯性工业温度对象多由多个热量交换环节组成，相互影响让控制更复杂。多容耦合02040103这些特性决定温度控制不能用简单逻辑，通常需要PID环节或串级控制等策略。温度检测变送器SBWZPK-231型Pt100温度传感器执行器加热棒（220V，600W）搭配交流调压模块H2P16YB，实现加热功率无极调节被控对象水箱控制器西门子S7-1200三、单水箱恒温控制系统组成和控制流程单水箱恒温恒液位恒流恒压力控制实训试验台三、单水箱恒温控制系统组成和控制流程鑫柏仪表SBWZPK-231型Pt100温度传感器，SBWZ：一体化温度变送器，P：Pt100热电阻测温元件铂热电阻，0℃时阻值为100Ω测温范围-200~650℃，标签标注0~100℃工作电压DC12~24V输出特性内置变送电路，将温度信号转换为4~20mA标准信号龙科电子交流调压模块H2P16YB输入电压220VAC额定电流16A控制信号4~20mA（接PLC）、0-10V、0-5V输出0~220V（接加热棒）三、单水箱恒温控制系统组成和控制流程单水箱恒温控制系统的方框图水箱执行器TCTT水箱内温度温度设定值干扰变量—被控对象水槽被控变量水箱内温度操纵变量加热棒的功率干扰变量进水温度，进水流量，管道压力，环境温度等控制过程控制器将测量值和温度设定值比较，得到偏差，根据偏差计算出控制信号（4~20mA）。02三、单水箱恒温控制系统组成和控制流程单水箱恒温控制系统的控制过程当受到干扰后，水箱内温度偏离设定值，由温度检测变送器测得温度后，送到控制器中。01输出给调压模块，改变输出电压来调节加热棒的功率（电压越高，功率越大）。03最终使得水箱内的温度重新稳定在设定值范围内。04思想升华化工反应釜精准控温保障生产安全医药灭菌严守参数守护生命健康能源锅炉温度调控助力节能减排每一度的精准把控都彰显“精益求精”的工匠精神。思想升华科学勇气面对温度对象的复杂特性，攻克控制难题的过程，培养的是直面挑战、锐意创新的科学勇气。责任担当温度失控可能引发：安全事故、产品报废，更警示我们“失之毫厘，谬以千里”的责任担当。将精准意识、责任意识融入专业实践，以过硬本领守护工业安全、赋能产业升级，在平凡的技术岗位上践行“科技报国”的初心使命。课程小结01020304系统组成由水箱、SBWZPK-231型Pt100温度传感器、西门子S7-1200PLC、H2P16YB调压模块与加热棒组成。控制逻辑通过检测–控制

-调节闭环逻辑实现温度稳定。系统特性大惯性、强滞后、多耦合、易受扰，因此需要引入

PID等复杂控制策略。课程拓展分析多行业（化工、医药、能源等）典型温度控制对象，揭示温度控制的复杂性与共性规律。单水箱恒温控制系统数学模型建立EstablishmentoftheMathematicalModelforaSingle-Water-TankConstant-TemperatureControlSystem.项目三：单水箱恒温控制系统课程名称：《过程控制与集散系统》项目三：单水箱恒温控制系统单水箱恒温控制系统相关知识单水箱恒温控制系统数学模型建立被控对象的数学描述、特性参数被控对象特性测定方法温度检测设备气动执行器相关知识单水箱恒温控制系统数学模型建立恒温控制系统单水箱恒温控制系统简化

原型储水式热水器反应釜的温度控制简单控制系统单输入-单输出的线性控制系统，是控制系统的基本形式，也是应用最广泛的形式。控制系统设计全面了解应对被控对象;确定控制方案和控制器参数的整定；系统的投运。目录01数学模型02微分方程03传递函数04典型环节拉氏变换数学模型控制系统在初始平衡态下受到某一时间函数r(t)的输入作用时，其输出响应将是另一个时间函数c(t)。r(t)与c(t)之间存在着某种因果关系，称为系统的动态特性。动态特性表示方法图示法

数学模型

微分方程传递函数方框图状态空间模型差分方程微分方程传递函数一、数学模型二、微分方程案例⭕水箱温度控制一个敞口的水箱，设置温度传感器和电加热棒，底部有出水口。设定水箱内水量恒定，没有冷水进入热水流出的干扰，只考虑水向环境的热交换。思考：这样的假设，忽略了哪些对系统有影响的因素？利用机械学、电学、力学、热力学等物理规律，可以得到控制系统的动态方程，这些方程对于线性定常连续系统而言通常是一种常系数的线性微分方程，简称为微分方程。微分方程(Differentialequation)二、微分方程稳态下，根据能量守恒，水的总内能变化率等于加热棒输出功率。当加热棒功率有微小变化时，水温和热量损失也会有相应的变化。对于温度传感器，其为一个一阶滞后系统实际水温水温测量值一般情况下，传递滞后视为零二、微分方程稳态下，根据能量守恒，水的总内能变化率等于加热棒输出功率。当加热棒功率有微小变化时，水温和热量损失也会有相应的变化。由能量守恒方程可得微分方程：水的质量水的比热容加热棒功率水与环境的热交换功率二、微分方程稳态下，根据能量守恒，水的总内能变化率等于加热棒输出功率。当加热棒功率有微小变化时，水温和热量损失也会有相应的变化。水与环境的热交换：传热系数有效散热面积假设恒定的环境温度二、微分方程稳态下，根据能量守恒，水的总内能变化率等于加热棒输出功率。当加热棒功率有微小变化时，水温和热量损失也会有相应的变化。综合以上公式，整理可得：一个控制系统由若干动态环节连接，对每个环节进行物理过程分析，得到的微分方程即为其动态特性，也即为其传递函数。三、传递函数f(t)：原函数F(s)：f(t)的拉普拉斯变换，也称为f(t)的像函数s=

+jw：复变量L：拉普拉斯运算符号拉普拉斯变换是把时域函数f(t)变换为s域函数F(s)，相应地也会出现逆变换，其拉普拉斯逆变换为：设f(t)为时间函数，且当t<0时，f(t)=0，则f(t)的拉普拉斯变换定义为：拉普拉斯变换（Laplacetransform）三、传递函数传递函数（Transferfunction）零初始条件下系统(或环节)的输出拉普拉斯变换与输入拉普拉斯变换之比。假如微分方程如下：当a、b为常系数时，系统为线性定常系统。系统输入x(t)系统输出y(t)系数a、b三、传递函数在初始条件为零的情况下，微分方程的拉普拉斯变换得到：得到系统的传递函数表达式为：三、传递函数传递函数的7个特点02传递函数只取决于系统本身特性，与系统输入输出无关。04传递函数是一种以复变量s为变量的代数数学模型。01传递函数只适用于描述线性定常系统。03传递函数包含联系输入输出所必需的单位，但无法表明系统物理结构和过程。三、传递函数传递函数的7个特点05传递函数中分母最高阶次为n，则称系统为n阶系统，控制系统中分子多项式的阶次一般不高于分母最高阶次。06传递函数中分母多项式称为系统特征多项式，令多项式等于0即可得到系统的特征方程。07特征方程的根称为系统的极点，传递函数的分子多项式为0时对应的根为系统的零点。三、传递函数以单容水箱温度控制系统的微分方程为例（假设环境温度0℃）拉普拉斯变换传递函数水温功率四、典型环节拉氏变换典型环节拉氏变换控制系统的方框图表示了各变量之间的因果关系和运算方法。根据动态特性不同，系统方框图的基本环节可分为以下几种，其中环节输入r(t)，输出c(t)，传递函数为G(s)。环节名称微分方程传递函数比例环节惯性环节积分环节微分环节振荡环节延迟环节课程小结习近平总书记强调：要把满足人民对美好生活的向往作为科技创新的落脚点。学习单水箱恒温控制系统的建模掌握模型建立设计更智能、更节能的温度控制系统技术创新真正服务于民生被控对象动态特性

(一)DynamicCharacteristicsofTheControlledObject.项目三：单水箱恒温控制系统课程名称：《过程控制与集散系统》空调调节室温汽车巡航控制车速准确理解系统的动态特性，不仅是实现精准控制的基础，也是工程师解决实际问题的核心能力。

建模要求正确理解系统物理变化规律掌握动态特性参数的采集与计算技能

局限性当前模型：符号等式现有局限：缺乏系统具体信息

课程重点被控对象动态特性目录01被控对象的动态特性概述02三种典型动态特性一、被控对象的动态特性概述被控对象的动态特性当被控对象的输入变量发生变化时，其输出变量随时间的变化规律。被控对象输出变量输入变量控制系统的被控变量控制系统的操纵变量和干扰作用一、被控对象的动态特性概述被控对象输入变量与输出变量之间的联系称为通道不同系统中通道的确定特点通道确定的重要性单容水箱恒温控制系统输入与输出变量显著、易确定，建模简单。大型过程控制系统物理量多，需精准筛选输入与输出变量以确定通道。直接影响系统模型的好坏间接影响系统控制的设计难度和控制效果一、被控对象的动态特性概述通常所讲的对象特性是指控制通道的对象特性。深刻了解被控对象的特性是设计合理的控制方案的基础。控制通道操纵变量与被控变量之间的联系。干扰通道干扰作用与被控变量之间的联系。两类通道必然存在，且可以相互转换被控对象确定后，其控制通道和干扰通道基本确定依据被控对象的改变而实现一、被控对象的动态特性概述单容水箱恒温控制系统的干扰通道有哪些？控制通道是否还有其他的形式呢？思考一下二、三种典型动态特性一、有自衡特性的系统开放式水温加热对象考虑热交换环境温度0摄氏度初始平衡状态，假设环境温度为0℃，稳态功率为

，当功率突然有一阶跃变化量时，温度测量值

变化示意图如右所示：二、三种典型动态特性Ks，P(0)均为常数，因此温度稳定在新的平衡状态，即自衡特性。方程求解输出

二、三种典型动态特性二、无自衡特性的系统开放式水温加热对象（忽略热交换）如图，忽略水与环境热交换，即得到经典的无自衡特性的控制系统。求解二、三种典型动态特性三、多容复合系统夹套锅炉炉温对象该系统由一个锅炉内部和一个外部夹套组成，输入热功率施加到夹套，通过热传递加热锅炉内部。这个系统可以看作是两层水箱温度控制系统。对该系统分层建立模型。二、三种典型动态特性三、多容复合系统

二、三种典型动态特性适用范围压力罐压力系统01液体液位系统02质量-弹簧-阻尼器系统03RLC电路系统04液压控制器系统05直流电动机系统06课程小结被控对象的动态特性三种典型动态特性被控对象动态特性输入变量输出变量控制、干扰通道有自衡特性的系统无自衡特性的系统多容复合系统课程小结掌握从微分方程描述系统动态特性的方法。知识层面培养严谨求实的工程建模态度，建立系统思维的分析方法。能力层面工程实践面对复杂系统秉持科学态度，注重数据采集与模型验证，发扬精益求精的工匠精神。被控对象动态特性

(二)DynamicCharacteristicsofTheControlledObject.项目三：单水箱恒温控制系统课程名称：《过程控制与集散系统》掌握系统数学模型的建立方法：微分方程传递函数正确理解系统的物理变化规律；掌握被控对象的动态特性参数的采集与计算技能课程重点定量学习被控对象的动态特性。局限性：表现形式仅为符号等式，缺乏体现系统具体信息的数字等内容。目录01放大系数02时间常数03滞后时间一、放大系数描述被控对象特性参数：放大系数、时间常数和滞后时间。放大系数又称静态增益，是被控对象重新达到平衡状态时的输出变化量与输入变化量之比

。如水温

中的KS。一、放大系数特点放大系数是静态特性参数，不随时间变化。放大系数越大，输出变量就越大，则被控对象的自身稳定性越差。放大系数为常数的被控对象称为线性对象；放大系数不为常数的被控对象，称为非线性对象。非线性对象是比较难控制的。

01

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02一、放大系数思考一下既然非线性对象的放大系数不固定，在建模时该怎么处理呢？选取系统的"最佳工作点"加热炉常用工作区间100-120℃，在选定区间内近似认为放大系数恒定抓主要矛盾可接受的误差可实现的计算二、时间常数时间常数反映了被控对象受到输入作用后，输出变量达到新稳态值的快慢，决定了整个动态过程的长短。因此，它是被控对象的动态特性参数。如：水温控制系统的水温计算公式

中的T。时间常数T增大时输出到达新稳态值时间延长响应曲线变得更加平缓二、时间常数大时间常数系统如同巨型货轮，行驶非常稳定、抗风浪能力强、转向和加速缓慢。小时间常数系统如同轻便快艇，转向和加速灵活、动态响应迅速、抗干扰能力较弱。二、时间常数干扰通道中，T越大，响应越缓慢，系统易于控制。控制通道中，T越大，响应越稳定，但动态过程缓慢。三、滞后时间滞后时间被控对象在受到输入变量的作用后，被控变量并不立即发生变化，而是过一段时间才发生变化，这种现象称为滞后现象。滞后时间是描述对象滞后现象的动态参数。传递滞后容量滞后传递滞后又叫纯滞后，是由于信号的传输、介质的输送或热的传递要经过一段时间而产生的，常用τ0来表示。三、滞后时间皮带运输物料进入溶解槽的系统示意图三、滞后时间容量滞后

τc一般是由于物料或能量的传递过程中受到一定的阻力而引起的，或者说是由于容量数目多而产生的。夹套锅炉温度控制系统三、滞后时间传递滞后和容量滞后的本质是不同的，但实际上很难严格区分，通常把这两种滞后时间加在一起，统称为滞后时间。被控对象的动态特性控制系统中，滞后影响与通道有关。对于控制通道，滞后不利于控制；对于干扰通道，纯滞后无影响，容量滞后是有利的。例：某对象蒸汽流量从25变为28m3/h时，温度阶跃响应如图所示，温度测量仪表的测量范围是0-200℃，蒸汽流量测量仪表测量范围是0-40m3/h，求该系统的特性参数和微分方程。时间常数滞后时间放大系数微分方程课程小结放大系数时间常数滞后时间定量分析的过程，也是“追求精准”的过程。工程风险单一参数错误可能导致系统失效严重时可能引发生产安全事故职业素养始终保持严谨细致的工作态度对每个数据、每次计算反复核对体现专业责任与安全敬畏被控对象动态特性测试

(上)DynamicCharacteristicTestofTheControlledObject.项目三：单水箱恒温控制系统课程名称：《过程控制与集散系统》空调温度调节设定温度后，室温缓慢趋近目标值煮开水过程恒定加热功率下，水温逐渐升至沸腾存在“慢慢变化”的过程，体现被控对象的系统动态特性。目录01被控对象动态特性的获取方法02控对象特性的实验测定法03时域响应的测定一、被控对象动态特性的获取方法对象特性获取方法机理建模法从工艺过程的机理出发，写出各种有关的平衡方程，求取被测对象的微分方程式。实验测定法采用对对象设备进行实际实验获取数据的方法进行测定。二、对象特性的实验测定法对象特性的实验测定法系统辨识使对象处于稳定状态给对象输入一个激励信号，使对象处于动态变化的过程中根据测得的一系列的实验数据或曲线，进行数据分析和处理得到对象特性参数的具体数值机理建模与实验测定相结合机理建模实验测定数据处理模型结构形式获取动态数据求取模型参数数值二、对象特性的实验测定法实验测定法

01时域分析法阶跃或脉冲信号作用下输出随时间的变化曲线。

02频域分析法正弦信号作用下输出与输入信号的幅值比与相位差。

03统计分析法采用统计法研究随机信号作用下输出参数的变化。三、时域响应的测定时域响应的测定多用阶跃信号作为激励，实际中，阶跃响应经常受到限制，可采用矩形脉冲信号做激励，由脉冲响应曲线转换为阶跃响应曲线。三、时域响应的测定12345……课程小结01时域响应测定由简入繁，化整为零数学技巧解决问题的智慧02工程实践灵活变通的实践应用用更安全、更简单的方法间接达成目标03能力培养重要的工程素养创新思维的体现被控对象动态特性测试

(下)DynamicCharacteristicTestofTheControlledObject.项目三：单水箱恒温控制系统课程名称：《过程控制与集散系统》1学习基础特性参数的定性/定量分析系统响应曲线的参数计算方法2实际问题实际生产不能仅凭观察或经验判断，需科学方法精准测定动态特性3课程目标系统学习实验测定方法：方法分类、核心流程、参数计算。目录01时域数据处理方法02对象特性时域测定注意事项一阶自衡对象的特性参数一、时域数据处理方法时域数据处理方法由实验测得的响应曲线，结合选定的模型结构，计算对象的特性参数。一阶自衡对象的特性参数01二阶自衡对象特性参数02无自衡对象特性参数03开放式水温加热对象（考虑热交换环境温度0℃）一阶惯性加滞后的数学模型一、时域数据处理方法一、切线法一阶惯性加滞后的数学模型静态放大倍数时间参数求解时间常数滞后时间一、时域数据处理方法二、两点法原理：阶跃响应在时域上的解析解取两点坐标值带入求解，可得：一、时域数据处理方法二阶自衡对象特性参数：夹套锅炉温度控制对象一、切线法精度要求不高时，按照一阶惯性环节加纯滞后处理静态放大倍数时间参数求解一、时域数据处理方法二、两点法二阶惯性环节加纯滞后定义：令：得到：一、时域数据处理方法无自衡对象特性参数——典型阶跃响应（1）积分加滞后模型A~B段误差大（2）惯性积分加滞后模型

改进法：二、对象特性时域测定注意事项测试时避免干扰发生，保证其他变量不变。01阶跃响应激励必须作用于对象平衡状态。02测量时间足够长，结束时系统参数须保持足够稳定。04注意过渡过程起始阶段的测量，保证滞后时间测量的准确性。03二、对象特性时域测定注意事项

为避免对象非线性因素的影响，阶跃值一般取额定值或正常值的5%～15%05

同一平衡工况下需进行多次重复性实验，剔除偶然误差，对曲线作平滑处理，或者多个曲线取平均值，用处理后的曲线进行计算。06

一般应在对象工作范围内选取多个平衡工况，进行多次测试，求取的多组特性参数可进一步加以处理。07课程小结

对象特性测定，本质上是科学世界观与方法论在工程技术中的具体应用。

培养求真务实、辩证思考、细致严谨、系统全面、恪守规范的优秀品质。

完成测试的技术要求，和投身国家建设与推动行业进步的核心素养。

将严谨科学态度与负责职业精神融入血脉，担当民族复兴大任。热电偶测温ThermocoupleTemperatureMeasurement.项目三：单水箱恒温控制系统课程名称：《过程控制与集散系统》引言温度监测的重要性化工反应釜温度调控电力设备过热预警食品加工恒温控制保障生产安全与提升效率的关键环节热电偶技术地位工业领域应用最广泛的测温元件历史最悠久的测温技术之一课程问题探究两根不同金属导线如何“感知”温度变化？为何能产生对应电信号？目录01热电势概述02热电势的基本定律03冷端温度的影响与处理04热电偶的结构一、热电势概述热电偶测温仪表热电动势AB左端测量端（工作端、热端）

右端自由端（参考端、冷端）热电极A热电极B两种不同材料的导体

A、B组成一个闭合回路，当回路两端接点

t0、t的温度不相同时（假设

t>t0

），回路中就会产生与温度相对应的直流电势信号。一、热电势概述测量端参考端热电效应热电势接触电势

eAB(t)两种不同导体的电子由于密度不同，在接点处发生电子扩散而形成的电动势，接触电势只是接点温度的函数，接点温度越高，接触电势越大。温差电势

eA(t,t0)=eA(t)-eA(t0)由于同一根导体中电子从高温端向低温端迁移而引起的电动势，电势由低温端指向高温端，与导体材料性质和两端温度相关。二、热电势的基本定律匀质导体定律匀质导体的回路不论各处温度分布如何都不会产生热电势。中间导体定律热电偶回路中，接入两端温度相等的第三种导体，对回路热电势没有影响。二、热电势的基本定律热电偶本身的导线如果不够长，可以用同样性质（同样热电特性）的补偿导线加以延长。延长后的热电动势与延长线的中间温度无关，只与延长后的两端温度有关。

中间温度定律EAB(t,tn)+EAB(tn,t0)=EAB(t,t0)

标准电极定则EAC(t,t0)+ECB(t,t0)=EAB(t,t0)二、热电势的基本定律远距离测量反向串联测量两点温差正向串联测量多点温度和并联测量平均温度三、冷端温度的影响与处理恒温法示值修正法冷端温度补偿电桥法把热电偶冷端置于人造恒温装置中。常用的恒温装置有冰点槽和电热式恒温箱。一、恒温法三、冷端温度的影响与处理二、示值修正法一般显示仪表的分度是在冷端温度恒定为0℃条件下进行的。当

t0≠0℃

时，根据示值t’计算实际温度

t：常用方法为机械零位调整法。E(t,0)=E(t,t0)+E(t0,0)=E(t’,0)+E(t0,0)三、冷端温度补偿电桥法利用不平衡电桥产生的电压作为补偿电压，以抵消因冷端温度变化引起的热电势的变化。E=4V四、热电偶的结构标准化热电偶S分度号（铂铑10-铂）B分度号（铂铑30-铂铑6）K分度号（镍铬-镍硅）T分度号（铜-铜镍

）E分度号（镍铬-铜镍）J分度号（铁-铜镍）R分度号（铂镍-铂铑）四、热电偶的结构普通热电偶结构较为简单，一般采取普通的保护措施。普通热电偶结构接线盒保护套管热端热电极绝缘管四、热电偶的结构铠装热电偶结构由金属套管、绝缘材料和热电极经拉伸加工而成。动态性能好反应快热容量小对被测温度场影响小机械强度高挠性好可装在复杂的装置上四、热电偶的结构例：用一支铂铑10—铂热电偶进行温度测量，已知热电偶冷端温度t0＝20℃，测量得到E(t,t0)＝7.341mV，求被测介质的实际温度。解：查铂铑10—铂热电偶分度表得：E(t0,0)＝0.113mV解：则E(t,0)＝E(t0,0)+E(t,t0)＝7.341+0.113＝7.454mV解：反查S分度表得其对应的实际温度为810℃。热电偶的温度—热电势关系是非线性的，因而冷端温度补偿不能采用温度直接相加，必须按热电势相加进行补偿。课程小结热电偶测温01热电势组成：接触电势、温差电势。基本定律02匀质导体定律中间导体定律中间温度定律标准电极定则冷端温度处理03恒温法示值修正法冷端温度补偿电桥法热电偶的结构04标准化热电偶普通热电偶结构铠装热电偶结构课程小结简单测温到适应于：高温、高压、远距离等复杂场景，背后是无数工程师对精度、可靠性的追求。在我国制造业高端化、智能化转型中基础元件性能提升是：工业安全的重要保障生产效率的核心支撑课后思考1热电偶有哪些特点，各种标准热电偶应如何选用？2普通导线和补偿导线作热电偶延长线，效果有何不同？3比较热电偶测温与热电阻测温有什么不同？气动执行器PneumaticActuator.项目三：单水箱恒温控制系统课程名称：《过程控制与集散系统》引言电动执行器气动执行器气动执行器和电动执行器又有什么区别？气动执行器和电动执行器分别适用于什么场合呢？目录01气动执行器的结构和特点02气动执行器的执行机构03气动执行器的控制机构一、气动执行器的结构和特点执行器自动控制系统的终端部件，接受控制器送来的控制信号，自动地改变操纵量，达到对被调参数进行控制的目的。控制阀则是执行器中最广泛使用的形式。液动执行器气动执行器电动执行器一、气动执行器的结构和特点气动执行器的优势气动执行器成为很多工业场景的首选执行器01结构简单无复杂电气元件维护方便02动作可靠性能稳定故障率低适应恶劣环境03价格亲民性价比高大规模应用04压缩空气作为能源不产生电火花，在化工、石化等易燃易爆场景中极具优势。防爆05大功率型号满足大口径满足高压差一、气动执行器的结构和特点气动薄膜控制阀外形图气动执行机构控制机构执行机构按控制器输出的气动信号大小产生相应推力，是动力来源。控制机构即：调节阀，是实现控制的核心部件。辅助结构比如阀门定位器、手轮机构等，用于提升控制精度和应急操作。二、气动执行器的执行机构执行机构薄膜执行机构活塞执行机构长行程执行机构滚动膜片执行机构薄膜执行机构活塞执行机构长行程执行机构滚动膜片执行机构仅适配需要大行程调节的特殊场景（如风门控制、大型挡板调节）工业中阀门调节常规行程多为20～100mm，场景需求极少密封性能和推力均匀性略有提升推力有限问题未解决配件（滚动膜片）采购渠道窄、成本高应用较少应用较少二、气动执行器的执行机构气动薄膜执行机构的结构简图薄膜弹簧调节螺丝推杆阀杆填料阀体阀芯阀座气动薄膜执行机构按动作方式可分为正作用式和反作用式。正作用式：控制信号压力增大，阀杆向下移动。反作用式：反之向上移动。波纹膜片承受的压力一般为20～100kPa，为得到较大推力就需使用较大的薄膜面积，使膜片盒显得很庞大，对中小口径的阀就不相称。注意事项二、气动执行器的执行机构活塞执行机构的结构图活塞汽缸活塞执行机构属于强力气动执行机构。汽缸允许操作压力高达0.5MPa，且无弹簧抵消推力，具有很大的输出推力。适用于高静压、高压差、大口径的场合。输出特性活塞在两侧压力下移动到极端位置，适用于双位控制。两位式行程与输入压力信号成比例关系。比例式三、气动执行器的控制机构控制机构（调节阀）01