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1、热电偶辨识实验一 实验目的：通过对热电偶的辨识，并对辨识结果进行动态误差修正，掌握系统辨识方法中的时域辨识方法和对测量结果的动态误差修正方法，了解动态误差修正在实际生活中的应用。二 实验器材：热电偶一个，应变放大器一台，桥盒一个，数采模块，pc 机一台。三 实验原理：本实验是基于热电偶测温的工作原理所做，即：热电偶是由两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势热电动势，这就是所谓的塞贝克效应(seebeck effect） 。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度
2、下。读出热端的电动势，然后根据热电动势与温度的函数关系可得出当前的温度值。当我们将热电偶放入热水中，由于温度的变化，产生一个阶跃信号，通过图形确定系统是几阶系统，然后对模型进行辨识，并对测量结果进行动态误差修正，将修正前后的响应特性曲线进行比较，对实验结果进行分析。四实验过程：（1）将热电偶通过桥盒与应变放大器相连，然后与 pc 机连接好， 组成一个完整的传感器系统。按如图1 所示方式将热电偶的两个接线端接入桥盒。图 1 热电偶与桥盒的连接（2）pci6013 ai 接线分配如图2 所示，我们这里选择的是第一通道，所以连接33号跟 64 号线。图 2 pci6013 ai 接线分配（3）打开
3、labview ，单击启动采集按钮，将k 型热电偶迅速放进热水瓶中，待输出稳定后保存数据然后取出热电偶冷却，然后重复多次试验，保存数据。（4）利用所保存的数据进行系统辨识和误差修正。五实验数据分析下面通过实验来进行系统辨识及其动态误差修正。它利用不平衡电桥产生的热电势来补偿热电偶因冷端温度的变化而引起热电势的变化,经过设计 , 可使电桥的不平衡电压等于因冷端温度变化引起的热电势变化而实现的自动补偿。后接放大器来将热电偶输出的电压信号进行放大，经过数采卡进行数据采集，最后传到计算机处理。经实验测得几组数据，经过仿真得到如图3 所示阶跃响应特性曲线。图 3 阶跃响应特性曲线由于初始状态不为零，所以
4、通过一定的计算使他的初始状态变为零。如图4 所示。图 4 未加补偿前的阶跃响应图像本实验采用动态测量系统的时域辨识，根据上述所获得的阶跃响应曲线可判断该系统为一阶或者二阶系统。本实验采用最小二乘法来辨识差分方程。为了辨识差分方程的阶次，分别采用一阶和二阶进行辨识，通过比较拟合误差平方和来确定是几阶系统。调用a,b,j=de_id01(x,y,1)和a,b,j=de_id01(x,y,2)可得一阶差分方程的拟合误差为j =0.0016 ，二阶差分方程的拟合误差为j =0.0010 ，由于拟合误差差距不大且一阶系统辨识较为简单，故将待辨识差分方程的阶次设为1 阶。设离散传递函数为h1（z）=(b0
5、+b1z-1)/(1+a1z-1)其中 a1, b1 和 b0 为待辨识方程的系统参数。得到参数辨识结果为transfer function: 1.997e-005 - 1.649e-005 z-1 - 1 - 0.9993 z-1 sampling time: 0.001 这是一个一阶低通系统，其幅频特性和相频特性如图5 所示。图 5 原系统频响特性由幅频特性曲线可见，原系统的工作频带是在低频段，公称增益应为增益下降到10% 附近的公称增益的上限频率约为v10%=0.05。 篇二： 热电偶测温系统实验报告书热电偶测温系统实验报告书091班瑜、康宁班级：铁道自动化小组成员：何俊峰、严云钧、王鹏
6、远、倪森目录一 热电偶的工作原理，补偿方法及其应用 1热电偶的工作原理2热电偶的补偿方法3热电偶的实际应用二 热电偶测温系统的相关介绍 1线路原理图2主要原件及其作用3调试方法及其注意事项三实验收尾及总结报告1处理实验数据2 实验总结一 热电偶的工作原理，补偿方法及其应用1热电偶的工作原理（2）分类：（s 型热电偶）铂铑10- 铂热电偶铂铑10- 铂热电偶（ s 型热电偶）为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm，允许偏差-0.015mm， 其正极（ sp） 的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为10% ， 含铂为 90% ， 负极 （ sn）为纯铂，故俗称单铂铑热电偶。该热电偶长期最高使用温度
7、为1300，短期最高使用温度为1600。s型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长等优点。它的物理，化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中。由于s 型热电偶具有优良的综合性能，符合国际使用温标的s 型热电偶，长期以来曾作为国际温标的内插仪器，“ its-90”虽规定今后不再作为国际温标的内查仪器，但国际温度咨询委员会（cct ）认为 s 型热电偶仍可用于近似实现国际温标。s型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大。（r 型热电偶）铂铑13- 铂热电
8、偶铂铑13- 铂热电偶（ r型热电偶）为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm，允许偏差-0.015mm， 其正极（ rp） 的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为13% ， 含铂为 87% ， 负极 （ rn）为纯铂，长期最高使用温度为1300，短期最高使用温度为1600。r型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长等优点。其物理，化学性能良好，热电势稳定性及在高温下抗氧化性能好，适用于氧化性和惰性气氛中。由于r 型热电偶的综合性能与s 型热电偶相当，在我国一直难于推广，除在进口设备上的测温有所应用外，国内测温很少采用。 1967 年至 1971 年间，英国 np
9、l ，美国 nbs 和加拿大nrc 三大研究机构进行了一项合作研究，其结果表明，r 型热电偶的稳定性和复现性比s 型热电偶均好，我国目前尚未开展这方面的研究。r型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大。（b 型热电偶）铂铑30- 铂铑 6 热电偶铂铑 30- 铂铑 6 热电偶（ b 型热电偶）为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm ，允许偏差-0.015mm，其正极（ bp）的名义化学成分为铂铑合金，其中含铑为30% ，含铂为 70% ，负极（bn） 为铂铑合金， 含铑为量6% ， 故俗称双铂铑热电偶。 该热电偶
10、长期最高使用温度为1600，短期最高使用温度为1800。b型热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长，测温上限高等优点。适用于氧化性和惰性气氛中，也可短期用于真空中，但不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸气气氛中。b 型热电偶一个明显的优点是不需用补偿导线进行补偿，因为在050范围内热电势小于3v。b型热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大。（k 型热电偶）镍铬- 镍硅热电偶镍铬 - 镍硅热电偶（ k 型热电偶）是目前用量最大的廉金属热电偶，其用量为其他热电偶的总和。 正极（kp）的
11、名义化学成分为：ni ：cr=90 ：10，负极（kn）的名义化学成分为：ni ：si=97 ：3，其使用温度为-2001300 。k型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜等优点，能用于氧化性惰性气氛中。广泛为用户所采用。k型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，也不推荐用于弱氧化气氛中。（n 型热电偶）镍铬硅- 镍硅热电偶镍铬硅 - 镍硅热电偶（ n 型热电偶）为廉金属热电偶，是一种最新国际标准化的热电偶，是在 70 年代初由澳大利亚国防部实验室研制成功的它克服了k 型热电偶的两个重要缺点：k型热电偶在3005
12、00间由于镍铬合金的晶格短程有序而引起的热电动势不稳定；在 800左右由于镍铬合金发生择优氧化引起的热电动势不稳定。正极（np）的名义化学成分为：ni:cr:si=84.4:14.2:1.4，负极（ nn）的名义化学成分为：ni:si:mg=95.5:4.4:0.1，其使用温度为 -2001300 。n型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，抗氧化性能强，价格便宜，不受短程有序化影响等优点, 其综合性能优于k 型热电偶 , 是一种很有发展前途的热电偶. n型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，也不推荐用于弱氧化气氛中。（e 型热电偶
13、）镍铬- 铜镍热电偶镍铬 - 铜镍热电偶（ e 型热电偶）又称镍铬- 康铜热电偶，也是一种廉金属的热电偶，正极（ep）为： 镍铬 10 合金， 化学成分与kp 相同， 负极（en）为铜镍合金， 名义化学成分为：55% 的铜， 45% 的镍以及少量的锰，钴，铁等元素。该热电偶的使用温度为-200900 。e型热电偶热电动势之大，灵敏度之高属所有热电偶之最，宜制成热电堆，测量微小的温度变化。对于高湿度气氛的腐蚀不甚灵敏，宜用于湿度较高的环境。e 热电偶还具有稳定性好，抗氧化性能优于铜- 康铜，铁 - 康铜热电偶，价格便宜等优点，能用于氧化性和惰性气氛中，广泛为用户采用。e型热电偶不能直接在高温下用
14、于硫，还原性气氛中，热电势均匀性较差。（j 型热电偶）铁- 铜镍热电偶铁- 铜镍热电偶（j型热电偶）又称铁- 康铜热电偶，也是一种价格低廉的廉金属的热电偶。它的正极（jp ）的名义化学成分为纯铁，负极（jn ）为铜镍合金，常被含糊地称之为康铜，其名义化学成分为：55% 的铜和 45% 的镍以及少量却十分重要的锰，钴，铁等元素，尽管它叫康铜， 但不同于镍铬 - 康铜和铜 -康铜的康铜， 故不能用en 和 tn 来替换。 铁 - 康铜热电偶的覆盖测量温区为-2001200 ，但通常使用的温度范围为0750j型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，价格便宜等优点 , 广为
15、用户所采用。j型热电偶可用于真空，氧化，还原和惰性气氛中，但正极铁在高温下氧化较快，故使用温度受到限制，也不能直接无保护地在高温下用于硫化气氛中。（t 型热电偶）铜- 铜镍热电偶铜- 铜镍热电偶（t 型热电偶）又称铜- 康铜热电偶，也是一种最佳的测量低温的廉金属的热电偶。它的正极（tp ）是纯铜，负极（tn ）为铜镍合金，常之为康铜，它与镍铬- 康铜的康铜 en 通用，与铁 - 康铜的康铜jn 不能通用，尽管它们都叫康铜，铜- 铜镍热电偶的盖测量温区为 -200350 。t型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，价格便宜等优点 , 特别在 -2000温区内使用， 稳定性更好， 年稳定性可小于3 v，
