四、温度的检测与控制综合设计实验的实验提示

1、实验室现有仪器设备

各种型号的温度调节仪、中间继电器、可控硅、固态继电器、交流接触器、组合电路版、各种类型热电偶、UJ－37型直流电位差计、UJ-36型直流电位差计、电子电位差计、电炉 、烧杯 、可控硅调压主回路、动圈表、管式炉、水银温度计、转换开关 、指示灯（红、绿）、接线端子排、导线若干等。

2、热电偶的类型及极性的鉴别

极性鉴别：当热电偶冷、热端温度不一致时，可在正、负极两端测出一电势值。若该电势为正值，则UJ-37正极接线柱所接的为电偶的正极，另一极为负。反之亦然。

类型鉴别：将在某一温度测得的热电势E(t_n，t_x)与分度表中不同型号的热电势E(0，t_x℃)对照，与之相近为对应的型号。（t_n为室温，由于它的影响，使测得的E(t_n，t_x℃)低于分度表中的E(0，t_x)）

注：t_x可以选择100℃。

3、中间继电器的结构和工作原理

中间继电器是一种电子机械开关，一般由铁芯、线圈、衔铁、触点、簧片等组成。线圈是用漆包线在一个圆铁芯上绕几百圈至几千圈。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，圆铁芯就会产生磁场，该磁场产生强大的电磁力，吸动衔铁带动簧片，使簧片上的触点接通(常开触点)。当线圈断电时，铁芯失去磁性，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会离开铁芯，由于簧片的弹性作用，由于衔铁压迫而接通的簧片触点就会断开，如图1所示。因此，可以用很小的电流去控制其他电路的开关，达到某种控制的目的。

中间继电器的“常开、常闭触点“，可以这样来区分，继电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为 “常开触点”，线圈未通电时处于接通状态的静触点称为“常闭触点”。

常见的继电器外形如图2所示。

4、固态继电器的结构和工作原理

固态继电器(Solid State Relays，简写成“SSR”)是一种没有机械运动、不含运动零件的继电器，但它可实现相当于常用的机械式电磁继电器一样的功能。由于固态继电器是由固体元件组成的无触点开关元件，所以与电磁继电器相比具有一系列的优点，因而具有很宽的应用领域，有逐步取代传统电磁继电器无法应用的计算机等领域。

固态继电器结构及原理与机械式电磁继电器工作原理基本相同。固态继电器有三部分组成：输入电路，隔离(耦合)和输出电路。按输入电压的不同类别，输入电路可分为直流输入电路，交流输入电路和交直流输入电路三种。有些输入控制电路还具有与TrL／CMOS兼容，正负逻辑控制和反相等功能。固态继电器的输入与输出电路的隔离和耦合方式有光电耦合和变压器耦合两种(以光电隔离型为最多)。固态继电器的输出电路也可分为直流输出电路，交流输出电路和交流输出电路等形式，交流输出通常使用两个可控硅或一个双向可控硅，直流输出一般用大功率开关三极管或功率场效应管。

它的工作原理是：SSR只有两个输入端(A和B)及两个输出端(C和D)，是一种四端器件。工作时只要在A、B上加上一定的控制信号，就可以控制C、D两端之间的“通”和“断”，实现“开关”的功能。其中耦合电路采用光耦合器使SSR输入、输出端之间在电气上断开了联系，以防止输出端对输入端的影响。由于输入端的负载是发光二极管，在使用可直接与计算机输出接口连接。触发电路的功能是产生合乎要求的触发信号，驱动开关电路工作。直流型的SSR与交流型的SSR相比，无过零控制电路，也不必设置吸收电路，开关器件一般用大功率开关三极管，其工作原理基本相同。

5、可控硅的结构和工作原理

可控硅元件—通常称为SCR，是一种非常快速的开关。一个机械开关要在一分钟内开关即几百次几乎是不可能的，然而，现在某些可控硅元件可以达到每秒开关25000次。这些元件可以在几微秒内接通或断开。图3所示为可控硅元件外形图及其符号。在图中还标志出了他们之间的相应极性。

图3可控硅元件外形图及其符号

可控硅控温原理如下：由热电偶检测炉温，被测的热电势进入仪表与毫伏定值器进行比较，两者有偏差时，表明炉温偏离给定值。此偏差经毫伏放大器后送入PID调节器，输出的控制信号即送入触发器，发出相应的脉冲去触发可控硅，改变可控硅的导通角，调节加热功率，使温度偏差迅速消除，以达到恒温状态。

6、温度调节系统

图4为温度调节系统示意图。由热电偶检测炉温，被测的热电势进入仪表与毫伏定值器进行比较，两者有偏差时，表明炉温偏离给定值。此偏差经毫伏放大器后送入温度调节器，输出的控制信号即送入执行器，发出相应的触发信号，调节加热功率，使温度偏差迅速消除，以达到恒温状态。该过程与系统所选用的控制器及执行器的不同而有所不同。

图4温度调节系统示意图