温度断续控制系统（位式控制）
实验目的
 1）、熟悉实验装置，了解二位式温度控制系统的组成。
 2）、掌握位式控制系统的工作原理、控制过程和控制特性。
实验设备
 1）、TKGK-1型过程控制实验装置：
             GK-02  GK-03  GK-05  GK-06  GK-07
 2）、万用表一只
 3）、秒表一只   
 4）、计算机系统 
实验原理
    1、 温度传感器
    温度测量通常采用热电阻元件（感温元件）。它是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。其电阻值与温度关系式如下：                       
   Rt＝RtBB0BB[1+α(t-tBB0BB)]                        
  式中Rt——温度为t(如室温20℃)时的电阻值；
       RtBB0BB——温度为tBB0BB(通常为0℃)时的电阻值；
      α——电阻的温度系数。
 可见，由于温度的变化，导致了金属导体电阻的变化。这样只要设法测出电阻值的变化，就可达到温度测量的目的。                
    虽然大多数金属导体的电阻值随温度的变化而变化，但是它们并不能都作为测温用的热电阻。作为热电阻的材料一般要求是：电阻温度系数小、电阻率要大、热容量要小；在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好的重复性；并要求电阻值随温度的变化呈线性关系。
    但是，要完全符合上述要求的热电阻材料实际上是有困难的。根据具体情况，目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜。本装置使用的是铂电阻元件PT100，并通过温度变送器（测量电桥或分压采样电路或者AI人工智能工业调节器）将电阻值的变化转换为电压信号。
    铂电阻元件是采用特殊的工艺和材料，具有很高的稳定性和耐震动等特点，还具有较强的抗污染能力。
    在0~650℃的温度范围内，铂电阻与温度的关系为：
         Rt＝RtBB0BB(1+At+BtPPPP2PPPP+CtPPPP3PPPP)               
    式中Rt——温度为t(如室温20℃)时的电阻值；
         RtBB0BB——温度为tBB0BB(通常为0℃)时的电阻值；
        A、B、C是常数，一般A=3.90802*10PPPP－3PPPP1/℃，B=-5.802*10PPPP－7PPPP1/℃，C=-4.2735*10PPPP－12PPPP1/℃。
 Rt-t的关系称为分度表，用分度号来表示。
 2、二位式温度控制系统
 二位控制是位式控制规律中最简单的一种。本实验的被控对象是电热丝，被控制量是复合水箱中内套水箱的水温T，温度变送器把被控制量T转变为反馈电
压Vi，它与二位调节器的Vmax 和Vmin比较后产生的误差信号e作为二位调节器的输入信号，调节器的输出电压VBBOBB（5V）作为执行元件的控制信号，VBBOBB与e的关系如图1所示。图2为位式控制系统的方块图。

图2  位式控制系统的方块图
    
由图1可见，VBBOBB与e的关系不仅有死区存在，而且还有回环。因而图3.9所示的系统实质上是一个典型的非线性控制系统。执行器只有“开”或“关”两种极限工作状态，故称这种控制器为两位调节器。
 该系统的工作原理是当被控制的水温T小于给定值时，即Vg>Vi，且当e=Vg-Vi≥eBBmaxBB时，调节器的输出为VBBOBB（5V），执行元件（固态继电器）接通，使电热丝接通220V电源而加热。随着水温T的升高，Vi也不断增大，e相应变小。若T高于给定值，即Vg〈Vi，e=Vg-Vi=负值，若e≤eBBminBB时，则两位调节器的输出VBBOBB由5V降到0V，此时固态继电器释放，切断电热丝的供电。由于这种控制方式具有冲击性，易损坏元器件，只是在对控制质量要求不高的系统才使用。
 温度给定值是由GK-05挂件上的给定信号源给定，其中RP1电位器用于设定Vmin，RP2电位器用于设定Vmax，（要求Vmax-Vmin≥1V）。被控对象为复合水箱中的电热丝，被控制量为内套水箱的水温。它由铂电阻PT100测定，经温度变送器AT708送到位式控制挂件GK-05的Vi端。位式控制板根据测得温度的高低，发出使固态继电器通断的控制信号，从而达到控制水箱温度的目的。
 由过程控制原理可知，双位控制系统的输出是一个断续控制作用下的等幅振荡过程，如图3所示。因此不能用连续控制作用下的衰减振荡过程的温度品质指标来衡量，而用振幅和周期作为品质指标。一般要求振幅小，周期长，然而对同一双位控制系统来说，若要振幅小，
则周期必然短；若要周期长，则振幅必然大。因此通过合理选择中间区以使振幅在限定范围内，而又尽可能获得较长的周期。
实验内容与步骤                 
 1）、参照装置使用说明书，按图所提示的方块图，利用TKGK-1型实验装置组成控制系统。位式控制器输出端VBBoBB接加热器控制信号的输入端TR，GK-05给定信号分别接Vmax和Vmin，将AI-708的变送输出信号TT接到Vi端。
 2）、启动电源，分别调节好Vmin和Vmax的设定值。
 3）、在老师的指导下，接通单片机控制屏，并启动计算机系统。
 4）、系统运行后，用秒表、AI-708温度指示仪记录当前的过程变化（也可通过计算机记录控制过程曲线）。待稳定振荡2~3个周期后，观察位式控制过程曲线的振荡周期和振幅大小，并与计算机所记录的曲线相比较。
 实验数据记录如下：
S（秒）                
T（℃）                
 5）、适量改变Vmax和Vmin的大小，重复实验步骤4）。
 6）、打开阀1和阀6，关闭阀2、阀3、阀4和阀5、阀7、阀8，启动实验装置的供水系统，给复合水箱的外套水箱加流动冷却水，重复上述的实验步骤。
六、注意事项
 1）、Vmax必须要大于Vmin（一般要求Vmax-Vmin ≥1V）。
 2）、实验线路全部接好后，必须经指导老师检查认可后，方可接通电源开始实验。
 3）、在老师指导下将计算机接入系统，利用计算机显示屏作记录仪使用，并保存每次实验记录的数据和曲线。
七、实验报告
 1）、画出不同Vmax、Vmin时的系统被控制量的过渡过程曲线，记录相应的振荡周期和振荡幅度大小。
 2）、画出加冷却水时，被控量的过程曲线，并比较振荡周期和振荡幅度大小。
 3）、综合分析位式控制特点。