調(diào)質(zhì)熱處理的溫度與檢測控制.doc

調(diào)質(zhì)熱處理的溫度與檢測控制Kt833-1-17蘇峰摘 要： 溫度檢測在自動控制系統(tǒng)電路設計中的使用是相當廣泛的，系統(tǒng)往往需要針對控制系統(tǒng)內(nèi)部以及外部環(huán)境的溫度進行檢測，并根據(jù)溫度條件的變化進行必要的處理，如：補償某些參數(shù)、實現(xiàn)某種控制和處理、進行超溫告警等。因此，對所監(jiān)控環(huán)境溫度進行精確檢測是非常必要的，尤其是一些對溫度檢測精度要求很高的控制系統(tǒng)更是如此。良好的設計可以準確的提取系統(tǒng)的真實溫度，為系統(tǒng)的其他控制提供參考；而相對不完善的電路設計將給系統(tǒng)留下極大的安全隱患，對系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生非常不利的影響。硬件要求 RJX410箱式電阻爐 熱電偶高溫計熱處理概述 目的是獲得較高的力學性能的回火索氏體+石墨組織，采用淬火+高溫回火熱處理工藝。工藝規(guī)范為860900攝氏度加熱，保溫結束后采用水冷或油冷，然后在550620攝氏度進行回火，回火后冷卻方式一般為空冷，也可以采用油冷和水冷。 硬件設計溫度檢測電路通常由溫度探測、數(shù)模轉換以及結果處理等部分組成。溫度探測電路將環(huán)境溫度轉換成對應的電信號，模數(shù)轉換電路將電信號轉換成數(shù)字量，然后送處理器進行必要的處理，從而獲得相應的環(huán)境溫度參數(shù)1，如圖1所示。圖1 功能框圖其中，溫度檢測部分一般采用熱電偶。目前出現(xiàn)了一些專用的溫度探測芯片，精度大大提高，而且對溫度改變的靈敏度也達到了非常高的標準，如National公司的IM35系列。溫度探測電路一般是將溫度的變化轉化為電壓信號的變化，因此需要通過模數(shù)轉換電路轉換成數(shù)字信號才能為處理器所接受，從而通過計算獲得真實的溫度信息以便處理器進行進一步的處理。由于在較大的自動控制系統(tǒng)中，常常需要進行多點的溫度檢測，同時在實際電路設計中特別是在高頻電路設計中數(shù)據(jù)總線的干擾是很嚴重的。因此使用支持多路轉換功能的串行模數(shù)轉換器件無疑是很好的選擇，常見的如AD公司的AD7811和AD7812系列等。下面以National公司的I M35系列溫度傳感器和AD公司的AD7812模數(shù)轉換器為例，討論基于支持串行總線多通道、高精度溫度檢測方案的設計思想。其電路原理框圖如圖2所示。圖2 系統(tǒng)硬件框圖LM35系列芯片是一種高精度的溫度探測器，它的輸出電壓正比于當前環(huán)境溫度，在室溫下，它的探測精度可以達到14，在一55+150 區(qū)間，它的精度可以達到34，它的典型變化趨勢是溫度每變化l，電壓變化10mV，其溫度電壓轉化公式為： V = 10mVC 公式(1)式中： 為轉換輸出電壓，C為系統(tǒng)實際溫度。AD7812是一種串行AD轉換芯片，它支持最多8通道輸入(AD78ll為4通道)，這樣我們就可以很容易的設計支持多路溫度檢測的電路2。AD7812的工作方式由一片內(nèi)部控制寄存器決定，它可以由Convst腳的脈沖輸入啟動轉換，也可以通過軟件控制完成轉換，在實際設計中，由于軟件控制更加靈活，所以一般采用軟件控制的方法進行轉換，它的控制寄存器定義如下：A0 用于支持兩塊或更多的AD7812共享串行總線，由該位決定具體訪問哪片AD7812只有當某片AD7812的A0位置l時，才能對其進行訪問。當串行總線上只有一片AD7812時，該位可以忽略；PD0、PD1 決定電源工作狀態(tài)；當設置為時，電源處于完全關斷狀態(tài)；當設為Ol時，在轉換完成后部分關閉電源；當設為l0時，在轉換完成后完全關閉電源；當設為11時，電源始終處于開啟狀態(tài)；Vin8 AGND要使該位生效，DIFFSGI位必須設為0，當該位為0時，8路模擬輸入都以AGND作為參考；當該位為1時，Vinl到Vin7共7路模擬輸入，以Vin8作為參考；DIFFSGL 該位用于決定8路模擬輸入信號的輸入?yún)⒖紶顟B(tài)；CH2、CH1、CH0 通道選擇，選擇一路模擬輸入通道；CONVST 軟件啟動轉換，設置該位為l初始化一次轉換。在轉換結束后該位被清零；EXTREF 選擇外部參考。由于AD7812是一種串行接口芯片，所以與其通訊的CPU最好支持串行通訊，這樣編程實現(xiàn)比較方便。市場上支持串行通訊的CPU很多，資料也很詳盡，在此就不多做介紹了。 軟件編程軟件控制主要針對AD轉換芯片AD78l2進行控制。需要完成模數(shù)轉換、串行數(shù)據(jù)讀取等功能。AD7812有兩種工作狀態(tài)，模式1在轉換完成后不關閉電源；模式2在轉換完成后關閉電源。一般情況下都選用模式l工作方式，以下就主要針對模式1工作方式展開討論。圖3 控制時序圖圖3是一種典型的控制時序圖，首先置PD0、PD1位為l，開啟片內(nèi)電源，使芯片開始工作；在下一個啟動轉換完成后，數(shù)據(jù)總線上數(shù)據(jù)就有效了，轉換數(shù)據(jù)就可以串行輸出了。從圖中可以看出，第一次轉換的數(shù)據(jù)是無效的，這是因為片內(nèi)電源還未開啟，這是編程者需要注意的地方。圖4 通訊時序圖圖4就是實際通訊時序圖。RFS是接收數(shù)據(jù)同步信號，TFS是發(fā)送數(shù)據(jù)同步信號。平時，Dout的輸出處于高阻狀態(tài)，在RFS上升沿后的第一個SCLK上升沿，Dour輸出數(shù)據(jù)有效，在第11個SCLK上升沿后，Dour重新回到高阻狀態(tài)；在TFS下降沿后的第一個SCLK下降沿。Din線上的數(shù)據(jù)串行移入片內(nèi)，在第l3個SCLK降沿，片內(nèi)控制寄存器內(nèi)容被更新。在這里要注意，SCLK時鐘個數(shù)一定要保證，否則容易產(chǎn)生問題。硬件使用 熱處理電阻爐 將電流通過金屬或非金屬電熱元件，使其發(fā)出熱量，借助輻射或對流作用加熱元件的熱處理爐，依照要求我們選擇中溫爐來使用。熱處理電阻爐是以電為能源，通過爐內(nèi)電熱元件將電能轉化為熱能而加熱工件的爐子，其特點如下：1、結構簡單，操作方便，安全；2、工作溫度范圍寬，容易進行快速加熱并得到高溫，且可實現(xiàn)從材料內(nèi)部加熱升溫；3、可實現(xiàn)可控氣氛或真空加熱，工件熱處理后氧化、脫碳少；4、熱效率高，單位能耗低，無污染；5、容易實現(xiàn)爐溫和動作程序的準確控制，爐膛溫度分布均勻，容易實現(xiàn)機械化和自動化；6、需要增加配電設備費用，電力成本高。 調(diào)質(zhì)熱處理中溫度檢測設備的選擇與方法的分析 （一）爐溫的測量采用熱電偶高溫計。電偶高溫計由熱電偶、溫度指示調(diào)節(jié)儀和連接導線組成。熱電偶由兩根金屬絲組成，測量1000以下爐溫時，這兩根金屬絲分別為鎳鉻合金絲和鎳鋁合金絲。兩根金屬絲的一端焊接在一起，另一端用連接導線與溫度指示調(diào)節(jié)儀相連。熱電偶的焊接端用陶瓷套管和金屬套管保護后插入加熱爐內(nèi)，焊接端的溫度與爐內(nèi)溫度一致。與溫度指示調(diào)節(jié)儀相連的一端則保持室溫不變。隨爐內(nèi)溫度變化，熱電偶兩根金屬絲組成的回路中產(chǎn)生電動勢并隨之變化，這種變化由溫度指示調(diào)節(jié)儀檢測并轉化為溫度值顯示出。二）中溫箱式電阻爐的熱電偶，一般都垂直安裝在爐頂上，且位于中心線偏后的地方，以使其處于爐膛溫度的均勻區(qū)。為了保證熱電偶能較真實的反映爐膛的溫度和近可能接近工件的溫度，熱電偶必須有足夠的插入深度，一般規(guī)定不得小于其保護管外徑的810倍。還應根據(jù)具體情況加以調(diào)整，如爐膛尺寸較大時應插入深些，反之則可淺些；裝爐量較大時，熱電偶可插入工件間的空隙中。在決定熱電偶插入深度的同時，還要保證其冷端溫度的穩(wěn)定且不得超過100。為此，應盡量避免接線盒靠近爐壁，熱電偶與插孔間的縫隙應用石棉繩等塞嚴。在使用過程中，要防止熱電偶的污染以免其熱電特性發(fā)生變化。熱電偶及其補償導線與顯示儀表連接時，要嚴格符合抗干擾的要求，以盡可能排除外界干擾，減