全自动饱和蒸气压测定器及其测定方法技术

本发明专利技术公开了一种全自动饱和蒸气压测定器及其测定方法，所述测定器包括水浴槽体；循环泵；置于水浴槽体内的电加热棒、温度传感器和氧弹；所述氧弹内盛装待测油品试样；调压模块；所述调压模块根据控制端接收的电压控制量调整输出端的输出电压；所述调压模块的输出端连接所述电加热棒；带动所述氧弹旋转的电机；测定待测油品饱和蒸气压力的压力传感器；连接所述温度传感器、调压模块、电机、压力传感器的控制器，该控制器接收温度传感器检测的水浴槽体内的实际温度值和水浴温度设定值，并输出电压控制量至调压模块的控制端；本发明专利技术通过对水浴温度的精度控制，进而保证与温度有明显对应关系的饱和蒸气压的测定结果的准确性和精度。

【技术实现步骤摘要】
全自动饱和蒸气压测定器及其测定方法
本专利技术涉及一种饱和蒸气压测定装置，具体为一种全自动饱和蒸气压测定器及其测定方法。
技术介绍
恒温水浴是生物、植物、物理、化工、医疗、环保等实验科学领域直接或辅助加热的精密仪器，良好的恒温水浴产品需要保证温度波动性小、实现水浴温度精确控制。在一定的温度下与纯液体处于平衡状态时的蒸气压力，称为该温度下的饱和蒸气压，可见液体饱和蒸气压随温度改变而改变，温度是影响蒸气压的重要因素，因此若想准确的测定不同温度下的某一液体的饱和蒸气压，更需要快速平稳的完成温度的高精度控制。化工、炼油、冶金、电站、制药和造纸等工业生产过程、以及其它实际应用系统广泛存在着时滞现象。由于时滞的存在，使得被控量不能及时反映系统所承受的扰动，产生明显的超调和较长的调节时间，甚至造成系统的不稳定。然而面对日益复杂的系统，如具有大时滞、非线性、时变等特征，很难建立精确的数学模型，限制了现有的控制理论在实际系统中的应用，故在实际中不依赖于模型的PID控制仍然占据主导地位。但随着科学技术的飞速发展，PID控制已经难以满足高精度、高速度以及环境变化适应能力的要求。现有技术中的PID控制方式随着不断应用，逐步显露出如下缺点：①闭环动态品质对PID增益的变化太敏感，由于被控对象的环境经常变化，需要经常变动PID增益，这使PID的实际应用受到一定限制；②恒温水浴系统具有一定的惯性，其温度测量值Pv是动态输出，让连续变化的Pv完全响应由控制系统外部给出的阶跃给定值Sv，这存在着“天然”的不合理性；③“基于误差反馈来消除误差”是PID的精髓，但直接选取这种误差，常常使初始控制力太大而使系统行为出现超调，该缺点是造成PID控制的闭环系统中产生“快速性”和“超调”之间矛盾的主要原因；④PID是根据误差的比例、积分、微分的加权和形式来形成反馈控制量的，然而，除直接量测实际行为变化速度的场合(实际中这种场合比较少)外，由于没有比较合适的微分器，常常只用PI(无误差微分反馈)控制律，限制了PID的控制能力。现有技术中的饱和蒸气压测定装置，一般基于手动控制方式或PID控制方式来控制上述温度，在自动控制中，按偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)进行被控对象控制的PID控制公式应用十分广泛，但其难以兼顾静态特性和动态指标，且由于温度控制具有时间常数大的特性，PID控制方式常由于超调过大、积分饱和、不能很好的实时匹配被控系统特性而造成控制混乱的结果，控制效果不佳，进而直接影响饱和蒸气压的测定结果。
技术实现思路
本专利技术针对以上问题的提出，而研制一种全自动饱和蒸气压测定器及其测定方法。本专利技术的技术手段如下：一种全自动饱和蒸气压测定器，包括：具有进水口和出水口的水浴槽体；循环泵；所述循环泵的进水管连接所述出水口，所述循环泵的出水管连接所述进水口；置于水浴槽体内的电加热棒、温度传感器和氧弹；所述氧弹内盛装待测油品试样；所述温度传感器置于水浴槽体内，用于检测水浴温度实际值；具有输入端、输出端和控制端的调压模块；所述调压模块根据控制端接收的电压控制量调整输出端的输出电压；所述调压模块的输出端连接所述电加热棒；所述调压模块的输入端连接单相220V交流电；通过传动机构带动所述氧弹旋转的电机；测定待测油品饱和蒸气压力的压力传感器；触摸显示屏；用户通过对触摸显示屏执行触摸操作输入水浴温度设定值；连接所述温度传感器、调压模块、电机、压力传感器和触摸显示屏的控制器，该控制器接收温度传感器检测的水浴槽体内的实际温度值和触摸显示屏传输过来的水浴温度设定值，并输出电压控制量至调压模块的控制端；所述控制器按照如下方式实现电压控制量的输出：S1：令L＝Y(m)＝Y(m-1)＝PV(m)、U(m)＝U(m-1)＝0；其中：L为温度导引值的初始值、Y(m)为第m时刻的温度导引值，Y(m-1)为第m-1时刻的温度导引值，U(m)为第m时刻的电压控制量，U(m-1)为第m-1时刻的电压控制量，m表示顺序、取值为1,2…,n；S2：获得第m时刻的水浴温度设定值SV(m)与水浴温度实际值PV(m)之间的偏差e(m)；S3：对第m时刻的水浴温度设定值SV(m)与水浴温度实际值PV(m)之间偏差e(m)的绝对值|e(m)|，与稳态偏差限DL1、动态偏差限DL2进行比较，当|e(m)|＞DL2时，执行S4，当DL1≤|e(m)|≤DL2，执行S5，当|e(m)|＜DL1时，执行S9；S4：当e(m)＞0时，控制器输出最大电压控制量至调压模块的控制端；当e(m)＜0时，控制器输出最小电压控制量至调压模块的控制端，执行S9；S5：通过公式得出第m时刻的导引值Y(m)，其中，T表示导引时间系数；S6：得出第m时刻的导引值Y(m)与水浴温度实际值PV(m)之间的偏差E(m)；S7：通过公式ΔU(m)＝AP*E(m)+AV*[E(m)-E(m-1)]得出第m时刻的电压控制量变化量ΔU(m)，其中，AP为位置项调节参数、AV为速度项调节参数，E(m-1)为第m-1时刻的导引值Y(m-1)与水浴温度实际值PV(m-1)之间的偏差；S8：利用公式U(m)＝U(m-1)+ΔU(m)得出第m时刻的电压控制量U(m)，控制器输出电压控制量U(m)至调压模块的控制端以控制调压模块的输出电压，进而调节电加热棒的加热功率以实现水浴温度的控制，执行S9；S9：控制器判断水浴温度实际值PV(m)是否达到并稳定在水浴温度设定值SV(m)，是则执行S11，否则执行S10；S10：随时间推移进入下一时刻，令m＝m+1，返回S3；S11：控制器控制所述电机启动，所述压力传感器完成待测油品饱和蒸气压力的测定；另外，所述测定器还包括线圈均与所述控制器相连接的第一继电器和第二继电器；第一继电器的常开触点和第二继电器的常开触点均串接在单相220V交流电的供电回路中；通过控制第一继电器的常开触点的状态实现调压模块输入电压和循环泵供电电压的通断；通过控制第二继电器的常开触点的状态实现所述电机供电电压的通断；另外，所述测定器还包括能够打印待测油品饱和蒸气压力数据的打印机。一种如上所述的全自动饱和蒸气压测定器的测定方法，包括如下步骤：步骤1：开启循环泵；步骤2：给出第m时刻的水浴温度设定值SV(m)，温度传感器检测第m时刻的水浴温度实际值PV(m)；步骤3：令L＝Y(m)＝Y(m-1)＝PV(m)、U(m)＝U(m-1)＝0；其中：L为温度导引值的初始值、Y(m)为第m时刻的温度导引值，Y(m-1)为第m-1时刻的温度导引值，U(m)为第m时刻的电压控制量，U(m-1)为第m-1时刻的电压控制量，m表示顺序、取值为1,2…,n；步骤4：获得第m时刻的水浴温度设定值SV(m)与水浴温度实际值PV(m)之间的偏差e(m)；步骤5：对第m时刻的水浴温度设定值SV(m)与水浴温度实际值PV(m)之间偏差e(m)的绝对值|e(m)|，与稳态偏差限DL1、动态偏差限DL2进行比较，当|e(m)|＞DL2时，执行步骤6，当DL1≤|e(m)|≤DL2，执行步骤7，当|e(m)|＜DL1时，执行步骤11；步骤6：当e(m)＞0时，控制器输出最大电压控制量至调压模块的控制端；当e(m)＜0时，控制器输出最小电压控制量至调压模块的控制端，执行步骤11本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全自动饱和蒸气压测定器，其特征在于所述测定器包括：具有进水口和出水口的水浴槽体；循环泵；所述循环泵的进水管连接所述出水口，所述循环泵的出水管连接所述进水口；置于水浴槽体内的电加热棒、温度传感器和氧弹；所述氧弹内盛装待测油品试样；所述温度传感器置于水浴槽体内，用于检测水浴温度实际值；具有输入端、输出端和控制端的调压模块；所述调压模块根据控制端接收的电压控制量调整输出端的输出电压；所述调压模块的输出端连接所述电加热棒；所述调压模块的输入端连接单相220V交流电；通过传动机构带动所述氧弹旋转的电机；测定待测油品饱和蒸气压力的压力传感器；触摸显示屏；用户通过对触摸显示屏执行触摸操作输入水浴温度设定值；连接所述温度传感器、调压模块、电机、压力传感器和触摸显示屏的控制器，该控制器接收温度传感器检测的水浴槽体内的实际温度值和触摸显示屏传输过来的水浴温度设定值，并输出电压控制量至调压模块的控制端；所述控制器按照如下方式实现电压控制量的输出：S1：令L＝Y(m)＝Y(m‑1)＝PV(m)、U(m)＝U(m‑1)＝0；其中：L为温度导引值的初始值、Y(m)为第m时刻的温度导引值，Y(m‑1)为第m‑1时刻的温度导引值，U(m)为第m时刻的电压控制量，U(m‑1)为第m‑1时刻的电压控制量，m表示顺序、取值为1,2…,n；S2：获得第m时刻的水浴温度设定值SV(m)与水浴温度实际值PV(m)之间的偏差e(m)；S3：对第m时刻的水浴温度设定值SV(m)与水浴温度实际值PV(m)之间偏差e(m)的绝对值|e(m)|，与稳态偏差限DL1、动态偏差限DL2进行比较，当|e(m)|＞DL2时，执行S4，当DL1≤|e(m)|≤DL2，执行S5，当|e(m)|＜DL1时，执行S9；S4：当e(m)＞0时，控制器输出最大电压控制量至调压模块的控制端；当e(m)＜0时，控制器输出最小电压控制量至调压模块的控制端，执行S9；S5：通过公式得出第m时刻的导引值Y(m)，其中，T表示导引时间系数；S6：得出第m时刻的导引值Y(m)与水浴温度实际值PV(m)之间的偏差E(m)；S7：通过公式ΔU(m)＝AP*E(m)+AV*[E(m)‑E(m‑1)]得出第m时刻的电压控制量变化量ΔU(m)，其中，AP为位置项调节参数、AV为速度项调节参数，E(m‑1)为第m‑1时刻的导引值Y(m‑1)与水浴温度实际值PV(m‑1)之间的偏差；S8：利用公式U(m)＝U(m‑1)+ΔU(m)得出第m时刻的电压控制量U(m)，控制器输出电压控制量U(m)至调压模块的控制端以控制调压模块的输出电压，进而调节电加热棒的加热功率以实现水浴温度的控制，执行S9；S9：控制器判断水浴温度实际值PV(m)是否达到并稳定在水浴温度设定值SV(m)，是则执行S11，否则执行S10；S10：随时间推移进入下一时刻，令m＝m+1，返回S3；S11：控制器控制所述电机启动，所述压力传感器完成待测油品饱和蒸气压力的测定。...

【技术特征摘要】
1.一种全自动饱和蒸气压测定器，其特征在于所述测定器包括：具有进水口和出水口的水浴槽体；循环泵；所述循环泵的进水管连接所述出水口，所述循环泵的出水管连接所述进水口；置于水浴槽体内的电加热棒、温度传感器和氧弹；所述氧弹内盛装待测油品试样；所述温度传感器置于水浴槽体内，用于检测水浴温度实际值；具有输入端、输出端和控制端的调压模块；所述调压模块根据控制端接收的电压控制量调整输出端的输出电压；所述调压模块的输出端连接所述电加热棒；所述调压模块的输入端连接单相220V交流电；通过传动机构带动所述氧弹旋转的电机；测定待测油品饱和蒸气压力的压力传感器；触摸显示屏；用户通过对触摸显示屏执行触摸操作输入水浴温度设定值；连接所述温度传感器、调压模块、电机、压力传感器和触摸显示屏的控制器，该控制器接收温度传感器检测的水浴槽体内的实际温度值和触摸显示屏传输过来的水浴温度设定值，并输出电压控制量至调压模块的控制端；所述控制器按照如下方式实现电压控制量的输出：S1：令L＝Y(m)＝Y(m-1)＝PV(m)、U(m)＝U(m-1)＝0；其中：L为温度导引值的初始值、Y(m)为第m时刻的温度导引值，Y(m-1)为第m-1时刻的温度导引值，U(m)为第m时刻的电压控制量，U(m-1)为第m-1时刻的电压控制量，m表示顺序、取值为1,2…,n；S2：获得第m时刻的水浴温度设定值SV(m)与水浴温度实际值PV(m)之间的偏差e(m)；S3：对第m时刻的水浴温度设定值SV(m)与水浴温度实际值PV(m)之间偏差e(m)的绝对值|e(m)|，与稳态偏差限DL1、动态偏差限DL2进行比较，当|e(m)|＞DL2时，执行S4，当DL1≤|e(m)|≤DL2，执行S5，当|e(m)|＜DL1时，执行S9；S4：当e(m)＞0时，控制器输出最大电压控制量至调压模块的控制端；当e(m)＜0时，控制器输出最小电压控制量至调压模块的控制端，执行S9；S5：通过公式得出第m时刻的导引值Y(m)，其中，T表示导引时间系数；S6：得出第m时刻的导引值Y(m)与水浴温度实际值PV(m)之间的偏差E(m)；S7：通过公式ΔU(m)＝AP*E(m)+AV*[E(m)-E(m-1)]得出第m时刻的电压控制量变化量ΔU(m)，其中，AP为位置项调节参数、AV为速度项调节参数，E(m-1)为第m-1时刻的导引值Y(m-1)与水浴温度实际值PV(m-1)之间的偏差；S8：利用公式U(m)＝U(m-1)+ΔU(m)得出第m时刻的电压控制量U(m)，控制器输出电压控制量U(m)至调压模块的控制端以控制调压模块的输出电压，进而调节电加热棒的加热功率以实现水浴温度的控制，执行S9；S9：控制器判断水浴温度实际值PV(m)是否达到并稳定在水浴温度设定值SV(m)，是则执行S11，否则执行S10；S10：随时间推移进入下一时刻，令m＝m+1，返回S3；S11：控制器控制所述电机启动，所述压力传感器完成待测油品饱和蒸气压力的测定。2.根据权利要求1所述的全自动饱和蒸气压测定器，其特征在于所述测定器还包括线圈均与所述控制器相连接的第一继电器和第二继电器；第一继电器的常开触点和第二继电器的常开触点均串接在单相220V交流电的供电回路中；通过控制第一继电器的常开触点的状态实现调压模块输入电压和循环泵供电电压的通断；通过控制第二继电器的常开触点的状态实现所述电机供电电压的通断。3.根据权利要求1所述的全自动饱和蒸气压测定器，其特征在于所述测定器还包括能够打印待测油品饱和蒸气压力数据的打印机。4.一种如权利要求1所述的全自动饱和蒸气压测定器的测定方法，其特征在于，所述测定方法包括如下步骤：步骤1：开启循环泵；步骤2：给出第m时刻的水浴温度设定值SV(m)，温度传感器检测第m时刻的水浴温度实际值PV(m)；步骤3：令L＝Y(m)＝Y(m-1)＝PV(m)、U(m)＝U(m-1)＝0；其中：L为温度导引值的初始值、Y(m)为第m时刻的温度导引值，Y(m-1)为第m-1时刻的温度导引值，U(...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文标，葛占元，汪思源，孟松，韩新洁，郑赫，刘维聪，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21