金属线胀系数在工程设计、精密仪器制造、材料焊接与加工中是非常重要的参数，测量金属线胀系数不仅是大学物理力学和热学部分中一个重要的实验，而且在建筑、桥梁、铁路、机械加工等领域的材料选择上具有广泛的应用[1]。线性膨胀系数是预留的伸缩缝和砌体结构设计的关键参数，在复合材料和多相材料的制造中，需要考虑适当的线膨胀系数[2]。此外，通过线性膨胀系数随温度变化曲线的测定，可以进行材料矿物分析，微裂纹的扩展和愈合等研究。因此，金属线胀系数的测量技术无论在工业还是基础实验教学中，其地位都是不可撼动的，针对现有测量方法存在的问题，各个行业依然执着于探索更加精确、高效的新方法。

实验室中传统测量金属线胀系数的方法很多，目前常见的方法有流水加热法，水蒸汽加热法和电加热法等。流水加热法采用恒温热水通过金属管内部、金属管外部直接与空气接触，通过测量恒温热水的温度来得到金属管的温度[3-5]。这种方法直观形象、便于测量，但是金属管的温度与水的温度不同给实验测量结果带来不小的误差；水蒸气加热法利用蒸汽加热待测金属棒，采用棒温度计测量初态和终态温度，用尺度望远镜和光杠杆测量金属棒由始末状态温差所引起的长度变化，从而得到金属棒的线胀系数[6,7]。该测量方法操作简单，但由于水蒸汽沿金属棒存在温度梯度，致使金属棒受热不均，温度无法准确测定，而且存在漏气、漏水，水蒸气通入过程中温度不恒定以及可以测量的温度不高等缺点；电加热法[8]采用电阻丝加热的方法使导热性能良好的加热槽或加热盘升温，然后使与加热盘或加热槽接触良好的金属棒升温，达到加热的目的。该方法因其操作简单、加热迅速、可在多个温度工作点下进行测量等优点而被广泛应用，但金属棒温度不能控制，使得温度计所读取的温度具有很大的误差，而且通过尺度望远镜和温度计的读数不能同时读取，给计算数据时带来了很大的误差[10]。

针对目前金属线胀系数测量方法存在的问题，以对铜管线胀系数进行测量为例，提供了一种智能的金属线胀系数测量方案，系统以STC89C52RC为控制核心，利用霍尔位移式传感器SS495A[11-13]来对金属杆膨胀时的位移进行测量，温度传感器DS18B20来对金属管内温度进行采集，采用PID算法来控制金属管内温度的恒定，同时通过上位机软件将温度和位置等数据进行采集并处理，直接求出金属线胀系数α。实验证明：本设计方案稳定可靠，数据精确度高，有效地弥补了目前常用检测方法的不足。

1 金属线胀系数测量原理

1.1 测量原理

当金属温度升高时，金属管受热而引起了金属管长度的增加。金属管长度L与温度θ的关系[5]如下：

L=L0(1+αθ)

(1)

式中L0为固体在θ=0 ℃时的长度；α称为线胀系数。其数值与材料性质有关，单位为℃-1。当温度升高时，管子在θ1℃时的长度为L，当温度升高到θ2℃金属管长度增加了ΔL。根据公式(1)可得到：

(2)

由于ΔL≤L，故式(2)可以近似写成：

(3)

1.2 基于PID算法的温度控制系统

在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制[14]，又称PID调节。它的结构方框图如图1所示。PID控制器以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。

图1 PID结构图

利用MATLAB软件建立SIMULINK模型，然后对系统的kp、ki和kd进行查找与整定。当kp=1.551；ki=0.008 57；kd=50.59时比较好的对铜管加热温度进行了仿真，从图9曲线中可以发现，仿真曲线完全符合理想的特征，第一个波峰和后面的波谷与稳定平衡值差的绝对值呈现比例1/4的状态，这被认为是最好的一个过渡过程。在程序的设计中使用这类数据也取得了不错的效果。

(4)

式中：u(t)为控制器的输出；e(t)为偏差，即设定值与反馈值之差；Kc为控制器的放大系数，即比例增益；TI为控制器的积分常数；TD为控制器的微分时间常数。PID算法的原理即调节Kc，TI，TD三个参数使系统达到稳定。

由于计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量。因此在计算机控制系统中，必须首先对式(4)进行离散化处理，用数字形式的差分方程代替连续系统的微分方程，此时积分项和微分项可用求和及增量式表示：

(5)

(6)

好的教学设计、好的信息化平台，好的翻转课堂理念，可为课堂教学活动提供科学的行动纲领。课堂后可通过微测验、微试题、微作业对学生学习的情况进行检验，让学生自主的学习，有计划、有目的的学习。这一系列的学习数据，单单凭借教师的一己之力根本无法到，学校需要为语文课堂搭建合适的教学平台、网络教学系统，从而更好地把翻转课堂落到实处。

建立加热系统的SIMULINK数学模型需要查找实验材料的加热系统传递函数，通过数学模型和系统传递函数得到理论计算的控制器参数后，需根据实际工程情况对PID的三个参数进行整定，这个过程可以在了解P、I、D三个参数的一般特性后通过凑试的方法来实现。

根据加热系统的SIMULINK数学模型仿真曲线，不断进行调试，直到完全符合理想的特征曲线。此时单片机在驱动继电器对金属管进行加热的同时，对设置的温度值与实际温度值进行PID算法[15-17]，发出更接近于期望值的PWM脉冲控制信号对温度控制，最终使金属管的温度与期望温度达到一致。本文设计的温度的PID调节程序流程图，如图2所示。

图2 温度的PID调节程序流程图

1.3 系统的SIMULINK数学仿真模型

在自动控制系统中，要获得高性能的矢量控制系统，计算机仿真是十分重要的手段之一，仿真软件的好坏关系到仿真实现的难易及仿真精度。SIMULINK[18,19]的出现为控制系统仿真提供了强有力的支持。

参考Sun等[13]的方法略作修改。称取样品约10 g，加入25 mL的95%乙醇匀浆，并采用等体积的95%乙醇，清洗匀浆机，合并溶液，置于沸水浴中30 min。冷却至室温，8000 r/min 离心15 min，弃上清液，残渣加入25 mL 95%乙醇，沸水浴30 min，加水 20 mL，于50 ℃水浴锅中水浴30 min。将上述混合物予以8000 r/min 离心15 min，弃上清液，残渣加入25 mL 0.5 mol/L的硫酸，沸水浴60 min后，转入100 mL容量瓶中，定容。采用咔唑比色法进行测定，以半乳糖醛酸绘制标准曲线，计算样品中原果胶含量。

对于PID算法控制的温度控制系統的SIMULINK数学仿真模型，首先查找实验材料的加热系统传递函数和理论上系统的比例系数kp、积分系数ki和微分系数kd值，通过添加模块、连接模块、运行仿真的顺序可以得到材料加热的仿真模型，本设计方案采用铜管为测试对象，铜管加热系统共有两级传递函数[20]组成，其传递函数模型为：

(7)

(8)

建立的铜管加热系统的SIMULINK模型如图3。再根据实际工程情况对PID的三个参数进行整定，直到仿真曲线符合最理想的过渡状态。

图3 铜管加热的SIMULINK模型仿真图

2 测量系统的构成

2.1 金属线胀系数测量系统的硬件设计

本设计的硬件电路整体设计框架如图4所示。

图4 整体框架电路

从图4中可以看出，在设计时要包括按键电路，显示电路，继电器电路，连接上位机的通信电路，以及采用DS18B20模块的温度采集电路和霍尔位移式传感器SS495A采集电路，以及电源电路。

1.方法。配菜的方法一般可分为“配一般菜”与“配花色菜”。“配一般菜”主要注意两点，一是扬长避短，即在配菜时要突出原材料所具有的优点，尽量弱化其缺点，以便有最佳的口感；二是主辅料搭配，要注意突出主料，而辅料重在烘托主料，主次要有序，并且主辅料还需起到互相补充的作用。较之“配一般菜”，“配花色菜”的方法就显得更为复杂，在色与形方面也更加讲究，需要经过专业的培训。

实验仪器设计方案增加了以单片机为核心的控制器部分和采用VB设计的上位机部分，其中包括：①金属线胀系数控制器；②读数显微镜；③加热装置；④待测的金属棒；⑤上位机。具体的金属线胀系数实验台的搭建形式如图5所示。

因为写得比较“杂”，诗歌、散文、杂文、随笔、文学评论等多种体裁并进，说到哪一项，都差不多能够追溯到我的写作起步阶段。然而，说到最初的写作，无论哪一项，都是无意识的开步，只有一个目标十分明确，就是发表，写杂文亦然。

图5 金属线性膨胀系数试验台搭建

2.2 金属线胀系数测量系统的软件设计

然后对铜管各组温度和位移对应的电压量数据进行测量，再使用(10)式求出对应的位移量，得出表2的数据。

图6 控制原理结构

2.2.1 金属线胀系数测量系统控制装置软件设计

控制装置软件设计包括主程序设计，温度PID调节程序设计，单片机与上位机通信程序设计，键盘检测程序设计，1602液晶相关的程序设计以及温度读取和电压读取程序设计等等，主程序流程图如图7所示。

图7 主程序流程图

2.2.2 VB上位机软件设计

编写上位机软件，使得单片机通过串口与上位机通讯从而将数据传送给电脑，显示在VB界面上，并通过传送的数据绘出电压和温度的曲线，最终求出金属线胀系数α。其运行界面如图8所示。

图8 VB数据采集界面

从界面中可以看出，在界面上可以对电压以及温度进行实时显示，同时显示电压与温度的关系，并实时地将测量数据保存在相应的目录下，以供实验的同学进行查看。

[7] 王新春.金属线胀系数测量实验研究[J].实验科学与技术,2005(1):87-89.

3 实验与测量结果分析

3.1 实验方法

实验时要准备好铜管，试验台搭建如图4所示，在进行实验时首先打开控制器，然后通过读数显微镜对霍尔位移式传感器SS495A进行定标，定标结束后，对电压和温度同时进行记录。

参考Sun等[13]的方法略作修改。称取样品约10 g，加入25 mL的95%乙醇匀浆，并采用等体积的95%乙醇，清洗匀浆机，合并溶液，置于沸水浴中30 min。冷却至室温，8000 r/min 离心15 min，弃上清液，残渣加入25 mL 95%乙醇，沸水浴30 min，加水 20 mL，于50 ℃水浴锅中水浴30 min。将上述混合物予以8000 r/min 离心15 min，弃上清液，残渣加入25 mL 0.5 mol/L的硫酸，沸水浴60 min后，转入100 mL容量瓶中，定容。采用咔唑比色法进行测定，以半乳糖醛酸绘制标准曲线，计算样品中原果胶含量。

3.2 实验调试

PID一般算式及模拟控制规律如式(4)所示[14]：

式中：Δt=T为采样周期，必须使T足够小，才能保证系统有一定的精度(采样定理)；E(K)为第K次采样时的偏差值；E(K-1) 为第K-1次采样时的偏差值；P(K)为第K次采样是调节器的输出。PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛[14]。本设计方案采用这两类方法结合的方式，先建立系统的SIMULINK数学仿真模型，进行理论计算得到控制器参数，再通过实际进行调整和修改。

图9 铜管加热PID仿真图

3.3 测量结果与分析

首先，要对SS495A霍尔元件进行定标，通过读数显微镜对霍尔元件定标，实验数据如表1所示。

表1 读数显微镜对霍尔元件定标实验数据

电压/mv位置/mm28821.24428671.19528501.15028381.08528211.03228040.97427930.92527840.89227680.83827510.774

在处理数据时，对位置读数和霍尔电压进行拟合曲线，图10中是位置 和电压线性拟合图，通过处理后得到的曲线方程为：

y=275.01*x+2 537.81

(10)

图10 位置L和电压线性拟合图

整个金属线胀系数测量系统的控制原理结构如图6所示，由数据设定输入端设定期望温度值，通过单片机数据处理中心进行处理，驱动继电器对金属管进行加热，并对设置的温度值与实际温度值进行PID算法，单片机发出更接近于期望值的脉冲信号，最终使金属管的温度与期望温度一致，设计中进行温度处理的同时，对金属管位移变化导致位移式传感器电压量变化进行采集，并实时地与上位机进行通信。

表2 温度、电压以及位移的总测量数据

温度/℃霍尔传感器电压/mv位移/mm20.3428821.24428.7528621.17738.9128381.08545.8328211.03252.9828040.97461.4727840.89267.8427680.83876.0927480.76484.3427290.69593.0127080.620100.0826920.559107.8526730.492115.4426560.429123.7826370.361131.0326190.295140.2625970.215

位置读数和温度进行拟合得到：y=1.422-0.008 61*x，于是可以得出：℃-1，对相对误差进行分析可见测量结果比较准确(铜管标准值α0=17.1×10-6℃-1)[21]。

4 结 论

提供了一种智能的金属线胀试验仪设计方案，系统以STC89C52RC为控制核心，采用霍尔位移式传感器SS495A和温度传感器DS18B20分别对位移和温度进行数字智能化采集，采用PID算法来控制金属管内温度的恒定，利用上位机软件对采集的数据进行处理，最终直接得出金属线胀系数。设计方案已在现场运行：试验仪稳定可靠，数据精确度较高。

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第一，应该对课程设计进行有效革新。在高职院校实际的教学过程中，对教学课程进行科学的设计，不仅可以有效提升教学的质量，还可以培养学生的工匠精神，对学生的未来发展具有非常大的促进作用。因此，在今后的课程设计期间，教师可以结合学生的自身水平和特点，对课程设计进行不断改革，创新内容，应用现价教学模式，包括：慕课等，保证学生可以在潜移默化中提升自身水平和能力。

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需要注意的是，第三步的内套管是可以略去的。增加内套管可以大幅减少灌浆环节混凝土的用量，但增加了用钢量；略去内套管可以减少一定的用钢量，但大幅增加灌浆量。该工艺适用于强风化、中风化、微风化等岩层，是目前应用较多的一种单桩嵌岩施工工艺。

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在小学语文教学中，其中有很多以文字为载体的小故事，这些小故事通过口语化的方式来进行表达之后，就更容易被学生接受。为此，在教学过程中，教师可以将一些教学内容进行合理提炼，将其模拟成一个小的表演活动，让学生通过角色扮演的方式来对文中的细节和情感进行演绎。例如在学习《将相和》这篇文章时，教师可以让学生根据自己的喜好扮演不同的人物（廉颇、蔺相如，等等），进而让学生在这种风趣幽默的表现中，提升对语文的学习兴趣，这样也能够进一步活跃课堂氛围，从而将教育与生活进行了更好结合。

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所谓真实是指细节描写能够精确而又惟妙惟肖地反映现实生活中的人事特征。而典型是指描写的细节具有广泛的代表性，能够通过个别的、细小的事物反映人物事物的一般与全貌，由现象揭示本质。

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就连现在想起来，也还像给针扎了一下，马上看见那些人可憎的眼光打量着她，带着点会心的微笑，连邝裕民在内。

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在大数据时代下，电力行业虽然取得了显著的发展，但在其发展过程中也存在着一系列的问题。就目前而言，在电网规划体系中主要存在以下问题，具体分析如下：

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[18] 付扬.基于SIMULINK矢量控制系统的仿真[J].工业仪表与自动化装置,2000(6):9-12.

这就是内蒙的路！没那么便宜，处处可能玩你一把。2016年沿大兴安岭来回走了五六百公里，几乎80%都是极其可怕的“坑路”，眼见着数十辆通行力远逊于大切(我所乘坐）的各类车辆的挣扎惨状，往往还有150甚至200公里的“坑路”伺候！有多少车干脆就彻底趴了？不清楚。但在刚刚进入时，那些路却往往平坦易行！否则谁又会入套呢。

[19] 唐伟杰,吴明友,曹少泳.基于Matlab/Simulink与单片机的动态温度监控系统的设计[J].煤矿机械,2012(3):247-248.

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[21] 金毅民.仪器精度设计的优化方法[J].仪器仪表学报,1986(1):93-96.

矿区内地层倾向，由北而南，总的作北北东、北东东、南东东、(最南端又略转为北东东)的逐渐变化。倾角一般较缓(<30°)，并由南西向北东地层递次变新，构成了较明显的向北东倾伏之背斜转折构造，幅向呈北东-南西，即为三峰庵—内招溪背斜的一部分。因矿区处于背斜的南东翼，地层刚大体作近东缓倾斜的单斜产状。