用于高校實驗室內(nèi)的溫度控制模型實驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及高等教育教學(xué)實驗中一種實驗裝置,它能提供實際系統(tǒng)的微縮控制物理模型。
【背景技術(shù)】
[0002]在自動化學(xué)科的高等教學(xué)過程中,要培養(yǎng)學(xué)生的自動化設(shè)備應(yīng)用能力和自動控制系統(tǒng)投入運行的系統(tǒng)調(diào)試能力。在以往的培養(yǎng)模式中,學(xué)校需購置自動化高級過程控制系統(tǒng)實驗裝置,來達到訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)用技能的目的。這種高級實驗裝置功能齊全、自動化儀表和控制裝置種類豐富,訓(xùn)練項目多,功能全面。不足之處,每套裝置占用場地大,費用高,各個高校配置的數(shù)量有限,致使學(xué)生輪訓(xùn)時間長,甚至只能做演示實驗或畢業(yè)設(shè)計用設(shè)備,不具備每個學(xué)生都能同時訓(xùn)練的實驗條件。尤其在高職教育中,這種不足對學(xué)生應(yīng)用技能的培養(yǎng)十分不利。為此設(shè)計一種微型的,具有規(guī)模培養(yǎng)效應(yīng)的實驗裝置尤為必要。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]為了解決【背景技術(shù)】中所提到的技術(shù)問題,本實用新型提供一種用于高校實驗室內(nèi)的溫度控制模型實驗裝置,該種實驗裝置制造成本低,占地面積小,適于進行規(guī)模訓(xùn)練。
[0004]本實用新型的技術(shù)方案是:該種用于高校實驗室內(nèi)的溫度控制模型實驗裝置,具有采用絕緣材料制成的矩形底座和上蓋,矩形底座和上蓋之間通過若干緊固螺釘進行固定連接,其獨特之處在于:
[0005]矩形底座內(nèi)放置電路板;上蓋的上表面固定連接一個帶有外螺紋的容器底座,容器底座內(nèi)固定有水泥電阻和數(shù)字溫度傳感器。其中,水泥電阻和數(shù)字溫度傳感器的接線端均通過絕緣密封膠墊密封垂直穿透上蓋后插入所述上蓋的內(nèi)部空間中;在容器底座旁,位于所述上蓋的上表面上,固定有數(shù)碼顯示器和按鍵;在上蓋的側(cè)面上,固定有一個串行通信端子和四個信號輸入輸出端子。
[0006]所述實驗裝置還包括一個可與容器底座相配合的容器,所述容器為圓筒狀,具有上、下兩個開口,其中,下開口的內(nèi)壁上開有內(nèi)螺紋,下開口與容器底座之間通過螺紋連接;容器和容器底座均采用聚乙烯材料制成,容器上帶有液位標(biāo)尺。
[0007]所述電路板上具有直流12V電源、微處理器、數(shù)碼驅(qū)動器、5V的直流穩(wěn)壓器、功率控制器以及D/A轉(zhuǎn)換電路;其中,所述直流12V電源為所述水泥電阻和穩(wěn)壓器供電,所述數(shù)字溫度傳感器的溫度信號輸入端連接至所述微處理器的采樣信號輸入端,所述微處理器控制數(shù)碼驅(qū)動器,所述數(shù)碼驅(qū)動器驅(qū)動所述數(shù)碼顯示器;所述微處理器的數(shù)字信號輸出端連接至所述D/A轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字信號輸入端以實現(xiàn)將溫度信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)模擬信號,所述D/A轉(zhuǎn)換電路的模擬信號輸出端連接至所述信號輸入輸出端子上,以供外部控制器讀??;所述信號輸入輸出端子與所述微處理器之間實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)流傳遞;所述功率控制器接收來自于所述微處理器的控制信號用于控制所述水泥電阻的電流放大倍數(shù)。
[0008]本實用新型具有如下有益效果:本實驗裝置利用微處理器和數(shù)字傳感器構(gòu)建出一個溫度控制模型實驗裝置。用聚乙烯容器物理仿真實際生產(chǎn)過程中的被加熱對象,保溫效果好,模型失真??;用數(shù)字溫度傳感器物理仿真自控儀表的變送器,用水泥電阻物理仿真實際生產(chǎn)過程中的加熱器,水泥電阻比電阻絲準(zhǔn)確性高且性能穩(wěn)定,且易于防護。本裝置通過微處理器將溫度就地顯示在模型裝置上的數(shù)碼顯示器上,同時將溫度變成O到5V的模擬量標(biāo)準(zhǔn)信號送出到接線端子,供外部控制器使用。此外,微處理器可以從輸入端子讀入外部控制器的控制量,控制功率器件轉(zhuǎn)化成加熱量,加熱容器內(nèi)的空氣介質(zhì)。利用本實用新型自帶的串行通信接口,外部計算機可監(jiān)控整個加熱過程。由于本實驗裝置的微型化和低成本,每個同學(xué)都可以擁有一臺。在學(xué)習(xí)使用自動化控制設(shè)備時,如PID調(diào)節(jié)器、可編程序控制器、計算機輸入/輸出控制模塊、組態(tài)軟件應(yīng)用等,都能親身體驗和練習(xí)設(shè)備的操作使用技能。在自動控制系統(tǒng)調(diào)試過程也能起到有效的練習(xí)作用。本實用新型成本低、體積小、制造維護容易,適合自動化實驗教學(xué)應(yīng)用。
[0009]【附圖說明】:
[0010]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2是本實用新型的組成框圖。
[0012]圖3是本實用新型的電路原理圖。
[0013]【具體實施方式】:
[0014]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明:
[0015]由圖1所示,該種用于高校實驗室內(nèi)的溫度控制模型實驗裝置,具有采用絕緣材料制成的矩形底座I和上蓋5,矩形底座I和上蓋5之間通過若干緊固螺釘2進行固定連接。其獨特之處在于:
[0016]上蓋5的上表面固定連接一個帶有外螺紋的容器底座6,容器底座6內(nèi)固定有水泥電阻12和數(shù)字溫度傳感器7。其中,水泥電阻12和數(shù)字溫度傳感器7的接線端均通過絕緣密封膠墊密封垂直穿透上蓋5后插入所述上蓋的內(nèi)部空間中。在容器底座6旁,位于所述上蓋5的上表面上,固定有數(shù)碼顯示器13和按鍵14 ;在上蓋5的側(cè)面上,固定有一個串行通信端子4和四個信號輸入輸出端子3。
[0017]所述實驗裝置還包括一個可與容器底座6相配合的容器9,所述容器為圓筒狀,具有上開口 10和下開口 8,其中,下開口 8的內(nèi)壁上開有內(nèi)螺紋,下開口 8與容器底座6之間通過螺紋連接;容器9和容器底座6均采用聚乙烯材料制成,容器9上帶有液位標(biāo)尺11。
[0018]矩形底座I內(nèi)放置電路板,其組成框圖如圖2所示,所述電路板上具有直流12V電源、微處理器、數(shù)碼驅(qū)動器、5V的直流穩(wěn)壓器、功率控制器以及D/A轉(zhuǎn)換電路;其中,所述直流12V電源為所述水泥電阻和穩(wěn)壓器供電,所述數(shù)字溫度傳感器的溫度信號輸入端連接至所述微處理器的采樣信號輸入端,所述微處理器控制數(shù)碼驅(qū)動器,所述數(shù)碼驅(qū)動器驅(qū)動所述數(shù)碼顯示器;所述微處理器的數(shù)字信號輸出端連接至所述D/A轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字信號輸入端以實現(xiàn)將溫度信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)模擬信號,所述D/A轉(zhuǎn)換電路的模擬信號輸出端連接至所述信號輸入輸出端子上,以供外部控制器讀??;所述信號輸入輸出端子與所述微處理器之間實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)流傳遞;所述功率控制器接收來自于所述微處理器的控制信號用于控制所述水泥電阻的電流放大倍數(shù)。具體工作過程為:DC12V對水泥電阻和穩(wěn)壓器5VDC供電,容器內(nèi)承裝被加熱介質(zhì)后作為被控制對象,數(shù)字溫度傳感器檢測容器內(nèi)溫度,送給微處理器,微處理器控制數(shù)碼驅(qū)動器,數(shù)碼驅(qū)動器驅(qū)動數(shù)碼顯示器將其顯示。同時將溫度轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)模擬信號,在信號輸出端輸出,供外部控制器讀取,外部控制器的控制量從信號輸入端輸入,微處理器讀取后轉(zhuǎn)換成功率控制器的控制信號,進而控制水泥電阻的發(fā)熱量,從而達到控制容器內(nèi)溫度目的。串行通信端可連接外部計算機,外部計算機可以監(jiān)控容器內(nèi)溫度。按鍵起到功能切換和手動控制的作用。穩(wěn)壓器5VDC為微處理器和數(shù)碼驅(qū)動器提供穩(wěn)定電壓。
[0019]圖3是具體實施時本裝置的電路原理圖。本裝置的容器容積可定為10mL,容器、水泥電阻R3和數(shù)字溫度傳感器U 5構(gòu)成本實驗裝置的物理模型。容器T i內(nèi)的溫度通過數(shù)字溫度傳感器U5檢測,微處理器U 4的I腳讀取數(shù)字溫度傳感器U 5的2腳,得到溫度值,在本裝置的數(shù)碼顯示器仏上顯示溫度值。從微處理器U 4的4腳經(jīng)由電阻R 5、R6、電容C4、C5和運放U6A組成的D/A轉(zhuǎn)換電路,轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)模擬信號DC (O?5 )V,經(jīng)由線號PLCAD由端口 J2的3、4腳輸出,供外部控制器讀取。外部控制器的加熱控制量DC (4?20)mA標(biāo)準(zhǔn)信號通過接線端口 J2的1、2腳進入,經(jīng)電阻R2轉(zhuǎn)換成DC (I?5)V電壓信號,被微處理器U4的模擬量輸入通道5腳讀取,微處理器仏將控制量轉(zhuǎn)換成PWM信號,經(jīng)微處理器U 4的3腳,電阻&和功率控制元件Q i,從而控制流過水泥電阻&的電流值達到加熱的目的。計算機通過一條USB轉(zhuǎn)TTL電平電纜經(jīng)端口 1的RXD、TXD線,可以直接監(jiān)控容器T1內(nèi)的溫度。按鍵S P&起到實驗裝置功能切換、手動控制的作用。微處理器U 4串行控制數(shù)碼管驅(qū)動器U 2,數(shù)碼管驅(qū)動器隊驅(qū)動數(shù)碼顯示器U 3。穩(wěn)壓器U1和電容Cp C2將實驗裝置供電電源DC12V轉(zhuǎn)換成DC5V,給微處理器仏和數(shù)碼管驅(qū)動器U 2供電。
【主權(quán)項】
1.一種用于高校實驗室內(nèi)的溫度控制模型實驗裝置,具有采用絕緣材料制成的矩形底座(I)和上蓋(5),矩形底座(I)和上蓋(5)之間通過若干緊固螺釘(2)進行固定連接,其特征在于: 矩形底座(I)內(nèi)放置電路板; 上蓋(5 )的上表面固定連接一個帶有外螺紋的容器底座(6 ),容器底座(6 )內(nèi)固定有水泥電阻(12)和數(shù)字溫度傳感器(7),其中,水泥電阻(12)和數(shù)字溫度傳感器(7)的接線端均通過絕緣密封膠墊密封垂直穿透上蓋(5)后插入所述上蓋的內(nèi)部空間中;在容器底座(6)旁,位于所述上蓋(5)的上表面上,固定有數(shù)碼顯示器(13)和按鍵(14);在上蓋(5)的側(cè)面上,固定有一個串行通信端子(4 )和四個信號輸入輸出端子(3 ); 所述實驗裝置還包括一個可與容器底座(6)相配合的容器(9),所述容器為圓筒狀,具有上、下兩個開口(10,8),其中,下開口(8)的內(nèi)壁上開有內(nèi)螺紋,下開口(8)與容器底座(6)之間通過螺紋連接;容器(9)和容器底座(6)均采用聚乙烯材料制成,容器(9)上帶有液位標(biāo)尺(11); 所述電路板上具有直流12V電源、微處理器、數(shù)碼驅(qū)動器、5V的直流穩(wěn)壓器、功率控制器以及D/A轉(zhuǎn)換電路;其中,所述直流12V電源為所述水泥電阻和穩(wěn)壓器供電,所述數(shù)字溫度傳感器的溫度信號輸入端連接至所述微處理器的采樣信號輸入端,所述微處理器控制數(shù)碼驅(qū)動器,所述數(shù)碼驅(qū)動器驅(qū)動所述數(shù)碼顯示器;所述微處理器的數(shù)字信號輸出端連接至所述D/A轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字信號輸入端以實現(xiàn)將溫度信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)模擬信號,所述D/A轉(zhuǎn)換電路的模擬信號輸出端連接至所述信號輸入輸出端子上,以供外部控制器讀?。凰鲂盘栞斎胼敵龆俗优c所述微處理器之間實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)流傳遞;所述功率控制器接收來自于所述微處理器的控制信號用于控制所述水泥電阻的電流放大倍數(shù)。
【專利摘要】一種用于高校實驗室內(nèi)的溫度控制模型實驗裝置。主要目的在于提供一種用于過程控制的系統(tǒng)實驗裝置,來達到訓(xùn)練學(xué)生應(yīng)用技能的目的。其特征在于:矩形底座內(nèi)放置電路板;上蓋的上表面固定連接一個帶有外螺紋的容器底座,容器底座內(nèi)固定有水泥電阻和數(shù)字溫度傳感器,兩者的接線端均通過絕緣密封膠墊密封垂直穿透上蓋后插入所述上蓋的內(nèi)部空間中;在容器底座旁,位于所述上蓋的上表面上,固定有數(shù)碼顯示器和按鍵;在上蓋的側(cè)面上,固定有一個串行通信端子和四個信號輸入輸出端子;所述實驗裝置還包括一個可與容器底座相配合的容器,所述容器為圓筒狀,具有上、下兩個開口,下開口與容器底座之間通過螺紋連接。
【IPC分類】G09B23-00, G09B23-18
【公開號】CN204423747
【申請?zhí)枴緾N201520108075
【發(fā)明人】楊振東, 張繼峰, 張昕, 衣實賢
【申請人】東北石油大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年2月14日