用于高校实验室内的温度控制模型实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及高等教育教学实验中一种实验装置，它能提供实际系统的微缩控制物理模型。
【背景技术】
[0002]在自动化学科的高等教学过程中，要培养学生的自动化设备应用能力和自动控制系统投入运行的系统调试能力。在以往的培养模式中，学校需购置自动化高级过程控制系统实验装置，来达到训练学生应用技能的目的。这种高级实验装置功能齐全、自动化仪表和控制装置种类丰富，训练项目多，功能全面。不足之处，每套装置占用场地大，费用高，各个高校配置的数量有限，致使学生轮训时间长，甚至只能做演示实验或毕业设计用设备，不具备每个学生都能同时训练的实验条件。尤其在高职教育中，这种不足对学生应用技能的培养十分不利。为此设计一种微型的，具有规模培养效应的实验装置尤为必要。
【发明内容】
[0003]为了解决【背景技术】中所提到的技术问题，本实用新型提供一种用于高校实验室内的温度控制模型实验装置，该种实验装置制造成本低，占地面积小，适于进行规模训练。
[0004]本实用新型的技术方案是:该种用于高校实验室内的温度控制模型实验装置，具有采用绝缘材料制成的矩形底座和上盖，矩形底座和上盖之间通过若干紧固螺钉进行固定连接，其独特之处在于:
[0005]矩形底座内放置电路板；上盖的上表面固定连接一个带有外螺纹的容器底座，容器底座内固定有水泥电阻和数字温度传感器。其中，水泥电阻和数字温度传感器的接线端均通过绝缘密封胶垫密封垂直穿透上盖后插入所述上盖的内部空间中；在容器底座旁，位于所述上盖的上表面上，固定有数码显示器和按键；在上盖的侧面上，固定有一个串行通信端子和四个信号输入输出端子。
[0006]所述实验装置还包括一个可与容器底座相配合的容器，所述容器为圆筒状，具有上、下两个开口，其中，下开口的内壁上开有内螺纹，下开口与容器底座之间通过螺纹连接；容器和容器底座均采用聚乙烯材料制成，容器上带有液位标尺。
[0007]所述电路板上具有直流12V电源、微处理器、数码驱动器、5V的直流稳压器、功率控制器以及D/A转换电路；其中，所述直流12V电源为所述水泥电阻和稳压器供电，所述数字温度传感器的温度信号输入端连接至所述微处理器的采样信号输入端，所述微处理器控制数码驱动器，所述数码驱动器驱动所述数码显示器；所述微处理器的数字信号输出端连接至所述D/A转换电路的数字信号输入端以实现将温度信号转换成标准模拟信号，所述D/A转换电路的模拟信号输出端连接至所述信号输入输出端子上，以供外部控制器读取；所述信号输入输出端子与所述微处理器之间实现双向数据流传递；所述功率控制器接收来自于所述微处理器的控制信号用于控制所述水泥电阻的电流放大倍数。
[0008]本实用新型具有如下有益效果:本实验装置利用微处理器和数字传感器构建出一个温度控制模型实验装置。用聚乙烯容器物理仿真实际生产过程中的被加热对象，保温效果好，模型失真小；用数字温度传感器物理仿真自控仪表的变送器，用水泥电阻物理仿真实际生产过程中的加热器，水泥电阻比电阻丝准确性高且性能稳定，且易于防护。本装置通过微处理器将温度就地显示在模型装置上的数码显示器上，同时将温度变成O到5V的模拟量标准信号送出到接线端子，供外部控制器使用。此外，微处理器可以从输入端子读入外部控制器的控制量，控制功率器件转化成加热量，加热容器内的空气介质。利用本实用新型自带的串行通信接口，外部计算机可监控整个加热过程。由于本实验装置的微型化和低成本，每个同学都可以拥有一台。在学习使用自动化控制设备时，如PID调节器、可编程序控制器、计算机输入/输出控制模块、组态软件应用等，都能亲身体验和练习设备的操作使用技能。在自动控制系统调试过程也能起到有效的练习作用。本实用新型成本低、体积小、制造维护容易，适合自动化实验教学应用。
[0009]【附图说明】:
[0010]图1是本实用新型的结构示意图。
[0011]图2是本实用新型的组成框图。
[0012]图3是本实用新型的电路原理图。
[0013]【具体实施方式】:
[0014]下面结合附图对本实用新型作进一步说明:
[0015]由图1所示，该种用于高校实验室内的温度控制模型实验装置，具有采用绝缘材料制成的矩形底座I和上盖5，矩形底座I和上盖5之间通过若干紧固螺钉2进行固定连接。其独特之处在于:
[0016]上盖5的上表面固定连接一个带有外螺纹的容器底座6，容器底座6内固定有水泥电阻12和数字温度传感器7。其中，水泥电阻12和数字温度传感器7的接线端均通过绝缘密封胶垫密封垂直穿透上盖5后插入所述上盖的内部空间中。在容器底座6旁，位于所述上盖5的上表面上，固定有数码显示器13和按键14 ;在上盖5的侧面上，固定有一个串行通信端子4和四个信号输入输出端子3。
[0017]所述实验装置还包括一个可与容器底座6相配合的容器9，所述容器为圆筒状，具有上开口 10和下开口 8，其中，下开口 8的内壁上开有内螺纹，下开口 8与容器底座6之间通过螺纹连接；容器9和容器底座6均采用聚乙烯材料制成，容器9上带有液位标尺11。
[0018]矩形底座I内放置电路板，其组成框图如图2所示，所述电路板上具有直流12V电源、微处理器、数码驱动器、5V的直流稳压器、功率控制器以及D/A转换电路；其中，所述直流12V电源为所述水泥电阻和稳压器供电，所述数字温度传感器的温度信号输入端连接至所述微处理器的采样信号输入端，所述微处理器控制数码驱动器，所述数码驱动器驱动所述数码显示器；所述微处理器的数字信号输出端连接至所述D/A转换电路的数字信号输入端以实现将温度信号转换成标准模拟信号，所述D/A转换电路的模拟信号输出端连接至所述信号输入输出端子上，以供外部控制器读取；所述信号输入输出端子与所述微处理器之间实现双向数据流传递；所述功率控制器接收来自于所述微处理器的控制信号用于控制所述水泥电阻的电流放大倍数。具体工作过程为:DC12V对水泥电阻和稳压器5VDC供电，容器内承装被加热介质后作为被控制对象，数字温度传感器检测容器内温度，送给微处理器，微处理器控制数码驱动器，数码驱动器驱动数码显示器将其显示。同时将温度转换成标准模拟信号，在信号输出端输出，供外部控制器读取，外部控制器的控制量从信号输入端输入，微处理器读取后转换成功率控制器的控制信号，进而控制水泥电阻的发热量，从而达到控制容器内温度目的。串行通信端可连接外部计算机，外部计算机可以监控容器内温度。按键起到功能切换和手动控制的作用。稳压器5VDC为微处理器和数码驱动器提供稳定电压。
[0019]图3是具体实施时本装置的电路原理图。本装置的容器容积可定为10mL,容器、水泥电阻R3和数字温度传感器U 5构成本实验装置的物理模型。容器T i内的温度通过数字温度传感器U5检测，微处理器U 4的I脚读取数字温度传感器U 5的2脚，得到温度值，在本装置的数码显示器仏上显示温度值。从微处理器U 4的4脚经由电阻R 5、R6、电容C4、C5和运放U6A组成的D/A转换电路，转换成标准模拟信号DC (O?5 )V，经由线号PLCAD由端口 J2的3、4脚输出，供外部控制器读取。外部控制器的加热控制量DC (4?20)mA标准信号通过接线端口 J2的1、2脚进入，经电阻R2转换成DC (I?5)V电压信号，被微处理器U4的模拟量输入通道5脚读取，微处理器仏将控制量转换成PWM信号，经微处理器U 4的3脚，电阻&和功率控制元件Q i，从而控制流过水泥电阻&的电流值达到加热的目的。计算机通过一条USB转TTL电平电缆经端口 1的RXD、TXD线，可以直接监控容器T1内的温度。按键S P&起到实验装置功能切换、手动控制的作用。微处理器U 4串行控制数码管驱动器U 2，数码管驱动器队驱动数码显示器U 3。稳压器U1和电容Cp C2将实验装置供电电源DC12V转换成DC5V，给微处理器仏和数码管驱动器U 2供电。
【主权项】
1.一种用于高校实验室内的温度控制模型实验装置，具有采用绝缘材料制成的矩形底座(I)和上盖(5)，矩形底座(I)和上盖(5)之间通过若干紧固螺钉(2)进行固定连接，其特征在于: 矩形底座(I)内放置电路板； 上盖(5 )的上表面固定连接一个带有外螺纹的容器底座(6 )，容器底座(6 )内固定有水泥电阻(12)和数字温度传感器(7)，其中，水泥电阻(12)和数字温度传感器(7)的接线端均通过绝缘密封胶垫密封垂直穿透上盖(5)后插入所述上盖的内部空间中；在容器底座(6)旁，位于所述上盖(5)的上表面上，固定有数码显示器(13)和按键(14);在上盖(5)的侧面上，固定有一个串行通信端子(4 )和四个信号输入输出端子(3 ); 所述实验装置还包括一个可与容器底座(6)相配合的容器(9)，所述容器为圆筒状，具有上、下两个开口(10，8)，其中，下开口(8)的内壁上开有内螺纹，下开口(8)与容器底座(6)之间通过螺纹连接；容器(9)和容器底座(6)均采用聚乙烯材料制成，容器(9)上带有液位标尺(11); 所述电路板上具有直流12V电源、微处理器、数码驱动器、5V的直流稳压器、功率控制器以及D/A转换电路；其中，所述直流12V电源为所述水泥电阻和稳压器供电，所述数字温度传感器的温度信号输入端连接至所述微处理器的采样信号输入端，所述微处理器控制数码驱动器，所述数码驱动器驱动所述数码显示器；所述微处理器的数字信号输出端连接至所述D/A转换电路的数字信号输入端以实现将温度信号转换成标准模拟信号，所述D/A转换电路的模拟信号输出端连接至所述信号输入输出端子上，以供外部控制器读取；所述信号输入输出端子与所述微处理器之间实现双向数据流传递；所述功率控制器接收来自于所述微处理器的控制信号用于控制所述水泥电阻的电流放大倍数。
【专利摘要】一种用于高校实验室内的温度控制模型实验装置。主要目的在于提供一种用于过程控制的系统实验装置，来达到训练学生应用技能的目的。其特征在于：矩形底座内放置电路板；上盖的上表面固定连接一个带有外螺纹的容器底座，容器底座内固定有水泥电阻和数字温度传感器，两者的接线端均通过绝缘密封胶垫密封垂直穿透上盖后插入所述上盖的内部空间中；在容器底座旁，位于所述上盖的上表面上，固定有数码显示器和按键；在上盖的侧面上，固定有一个串行通信端子和四个信号输入输出端子；所述实验装置还包括一个可与容器底座相配合的容器，所述容器为圆筒状，具有上、下两个开口，下开口与容器底座之间通过螺纹连接。
【IPC分类】G09B23-00, G09B23-18
【公开号】CN204423747
【申请号】CN201520108075
【发明人】杨振东, 张继峰, 张昕, 衣实贤
【申请人】东北石油大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年2月14日