第十一章 爐溫的測(cè)量與控制

1、第十章第十章 爐溫的測(cè)量與控制爐溫的測(cè)量與控制 熱處理爐的爐溫測(cè)量與控制，是熱處理熱處理爐的爐溫測(cè)量與控制，是熱處理爐有效爐有效運(yùn)行所不可缺少的；運(yùn)行所不可缺少的；爐溫測(cè)量與控制裝置是現(xiàn)代熱處理爐不爐溫測(cè)量與控制裝置是現(xiàn)代熱處理爐不可分割可分割的部分。的部分。 1 11 1 溫度的測(cè)量溫度的測(cè)量一、熱電偶測(cè)溫特點(diǎn)：特點(diǎn)：測(cè)溫范圍寬、測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且動(dòng)測(cè)溫范圍寬、測(cè)量精度高、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且動(dòng)態(tài)響應(yīng)較好；輸出直接為電信號(hào)，可以遠(yuǎn)傳，便于集中檢測(cè)態(tài)響應(yīng)較好；輸出直接為電信號(hào)，可以遠(yuǎn)傳，便于集中檢測(cè)和自動(dòng)控制。和自動(dòng)控制。1.1.測(cè)溫原理測(cè)溫原理熱電偶的測(cè)溫原理基于熱電偶的測(cè)

2、溫原理基于熱電熱電效應(yīng)效應(yīng)。將兩種不同的導(dǎo)體。將兩種不同的導(dǎo)體A A和和B B連成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)處連成閉合回路，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)處的溫度不同時(shí)，回路中將產(chǎn)生的溫度不同時(shí)，回路中將產(chǎn)生熱電勢(shì)，由于這種熱電效應(yīng)現(xiàn)熱電勢(shì)，由于這種熱電效應(yīng)現(xiàn)象是象是18211821年塞貝克（年塞貝克（SeebackSeeback）首先發(fā)現(xiàn)提出，故又稱塞貝）首先發(fā)現(xiàn)提出，故又稱塞貝克效應(yīng)?？诵?yīng)。塞貝克效應(yīng)示意圖塞貝克效應(yīng)示意圖 2 2熱電偶熱電偶 熱電偶：熱電偶：在溫度測(cè)量中把在溫度測(cè)量中把兩種不同材料兩種不同材料構(gòu)成的上述熱電變構(gòu)成的上述熱電變換的元件。換的元件。 稱稱A,BA,B導(dǎo)體為熱電極。兩個(gè)結(jié)點(diǎn)，一個(gè)為工作

3、端導(dǎo)體為熱電極。兩個(gè)結(jié)點(diǎn)，一個(gè)為工作端T T，一個(gè)為，一個(gè)為自由端或冷端自由端或冷端T T0 0。 熱電動(dòng)勢(shì)的大小與熱電極斷面大小無(wú)關(guān)。熱電動(dòng)勢(shì)的大小與熱電極斷面大小無(wú)關(guān)。3 3中間導(dǎo)體定則中間導(dǎo)體定則將將A A，B B構(gòu)成的熱電偶構(gòu)成的熱電偶T T0 0端斷開(kāi)，接入第三種導(dǎo)體端斷開(kāi)，接入第三種導(dǎo)體C C，只要，只要保持保持C C兩端的溫度相同，對(duì)回路總的電勢(shì)無(wú)影響。兩端的溫度相同，對(duì)回路總的電勢(shì)無(wú)影響。將第三種導(dǎo)體換成同一種導(dǎo)線，并保證兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度一致，將第三種導(dǎo)體換成同一種導(dǎo)線，并保證兩個(gè)結(jié)點(diǎn)溫度一致，就可對(duì)熱電勢(shì)進(jìn)行測(cè)量且不影響熱電偶的輸出。就可對(duì)熱電勢(shì)進(jìn)行測(cè)量且不影響熱電偶的輸出。保持

4、冷端為保持冷端為00或一常數(shù)值，是熱電偶使用的前提條件?；蛞怀?shù)值，是熱電偶使用的前提條件。這也是設(shè)計(jì)各種與熱電偶配套的測(cè)溫自動(dòng)化儀表冷端補(bǔ)償這也是設(shè)計(jì)各種與熱電偶配套的測(cè)溫自動(dòng)化儀表冷端補(bǔ)償方法的理論依據(jù)。方法的理論依據(jù)。4 4常用熱電偶及使用范圍常用熱電偶及使用范圍5 5冷端補(bǔ)償冷端補(bǔ)償熱電偶的分度表是在其冷端為熱電偶的分度表是在其冷端為00時(shí)測(cè)定的，因此，只時(shí)測(cè)定的，因此，只有在冷端是有在冷端是00時(shí)，才能根據(jù)測(cè)得的電勢(shì)大小，用分度時(shí)，才能根據(jù)測(cè)得的電勢(shì)大小，用分度表查出正確的被測(cè)溫度值。表查出正確的被測(cè)溫度值。實(shí)際使用時(shí)，由于環(huán)境溫度，熱電偶冷端不可能恒為實(shí)際使用時(shí)，由于環(huán)境溫度，熱電

5、偶冷端不可能恒為00，為避免冷端溫度變化引起測(cè)量誤差，使用時(shí)因?qū)Γ瑸楸苊饫涠藴囟茸兓饻y(cè)量誤差，使用時(shí)因?qū)涠诉M(jìn)行補(bǔ)償。冷端進(jìn)行補(bǔ)償。調(diào)節(jié)儀表零點(diǎn)調(diào)節(jié)儀表零點(diǎn)下圖為補(bǔ)償?shù)囊环N方法：下圖為補(bǔ)償?shù)囊环N方法：6、補(bǔ)償導(dǎo)線 0-100 范圍內(nèi)的熱電性質(zhì)和它要補(bǔ)償?shù)臒犭姺秶鷥?nèi)的熱電性質(zhì)和它要補(bǔ)償?shù)臒犭娕嫉臒犭娦再|(zhì)完全一樣。偶的熱電性質(zhì)完全一樣。 補(bǔ)償導(dǎo)線實(shí)質(zhì)上是一個(gè)附加的低溫?zé)犭娕级?、熱電阻測(cè)溫二、熱電阻測(cè)溫 利用導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化這一性質(zhì)做成的溫度計(jì)稱利用導(dǎo)體和半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化這一性質(zhì)做成的溫度計(jì)稱為電阻溫度計(jì)。為電阻溫度計(jì)。 大多數(shù)金屬在溫度升高大多數(shù)金屬在溫度升高1 1 C C

6、時(shí)電阻將增加時(shí)電阻將增加0.40.40.60.6。 半導(dǎo)體電阻一般隨溫度升高而減小，其靈敏度比金屬高，每升半導(dǎo)體電阻一般隨溫度升高而減小，其靈敏度比金屬高，每升高高1 1 C C ，電阻約減小，電阻約減小2 26 6。 一般采用的材料有鉑絲一般采用的材料有鉑絲( (200200850)850)和銅絲和銅絲( (4040120)120)。 三、輻射測(cè)溫三、輻射測(cè)溫利用光輻射來(lái)測(cè)量物體溫度。任何物體受熱后都特有一利用光輻射來(lái)測(cè)量物體溫度。任何物體受熱后都特有一部分的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠埽瑴囟仍礁?，則發(fā)射到周?chē)詹糠值臒崮苻D(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠?，溫度越高，則發(fā)射到周?chē)臻g的能量就越多。間的能量就越多。在溫度測(cè)量中

7、主要是可見(jiàn)光和紅外光，因?yàn)榇祟?lèi)能量被在溫度測(cè)量中主要是可見(jiàn)光和紅外光，因?yàn)榇祟?lèi)能量被接收以后，多轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽刮矬w的溫度升高。接收以后，多轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使物體的溫度升高。1 12 2 爐溫控制爐溫控制一、爐溫變化特點(diǎn)一、爐溫變化特點(diǎn)1 1具有熱慣性具有熱慣性 當(dāng)檢測(cè)到爐溫為當(dāng)檢測(cè)到爐溫為T(mén)T時(shí)，停止加熱，由于測(cè)溫元時(shí)，停止加熱，由于測(cè)溫元件檢測(cè)的滯后和電熱元件的溫度高于件檢測(cè)的滯后和電熱元件的溫度高于TT，一般爐，一般爐溫仍將上升一定溫度，稱為熱慣性。溫仍將上升一定溫度，稱為熱慣性。2 2溫度指示滯后溫度指示滯后 不論熱電偶有無(wú)保護(hù)套管，其溫度的變化總不論熱電偶有無(wú)保護(hù)套管，其溫度的變化總滯后于

8、爐溫的變化。熱電偶和保護(hù)套管的熱惰性越滯后于爐溫的變化。熱電偶和保護(hù)套管的熱惰性越大，這種滯后就越大。大，這種滯后就越大。二、爐溫控制的組成二、爐溫控制的組成一般由爐溫檢測(cè)元件、顯示及控制儀表、執(zhí)行元件組成。一般由爐溫檢測(cè)元件、顯示及控制儀表、執(zhí)行元件組成。1 1顯示及控制儀表顯示及控制儀表一般有動(dòng)圈表、數(shù)控表、可記錄控制儀表（數(shù)字式和電子電位差計(jì)）。一般有動(dòng)圈表、數(shù)控表、可記錄控制儀表（數(shù)字式和電子電位差計(jì)）。一般接線端子有電源輸入、熱電偶輸入、控制輸出、報(bào)警輸出等。一般接線端子有電源輸入、熱電偶輸入、控制輸出、報(bào)警輸出等。2 2執(zhí)行元件執(zhí)行元件常用開(kāi)關(guān)、交流接觸器、可控硅、固態(tài)繼電器、中間

9、繼電器、報(bào)警鈴、指示燈等。常用開(kāi)關(guān)、交流接觸器、可控硅、固態(tài)繼電器、中間繼電器、報(bào)警鈴、指示燈等。刀閘電路符號(hào)刀閘電路符號(hào)QS保險(xiǎn)絲電路符號(hào)保險(xiǎn)絲電路符號(hào)FU常開(kāi)常開(kāi)(動(dòng)合動(dòng)合)按鈕按鈕電路符號(hào)電路符號(hào)SB常閉常閉(動(dòng)斷動(dòng)斷)按鈕按鈕電路符號(hào)電路符號(hào)SBKMKMKM341278 圖文符號(hào)AAGGKKb)c)a)AGKKGAP1N1P2N2J1J2J3外形 結(jié)構(gòu) 電氣圖形符號(hào) 單向可控硅單向可控硅KGA P2N1 N2P1P1KGAP1N1N1P2N2P2UCUANPNPNPKAG G可控硅的等效電路可控硅的等效電路(b)(b)UAUCS(c)(c)UAUCS(a)(a)UAUCS(d)(d)U

10、AUCS打開(kāi)后(e)(e)UAUCSK可控硅的導(dǎo)通與阻斷可控硅的導(dǎo)通與阻斷由由(a)(a)：當(dāng)可控硅受反向陽(yáng)極電壓時(shí)，不論控制極承受正向或反向電壓，：當(dāng)可控硅受反向陽(yáng)極電壓時(shí)，不論控制極承受正向或反向電壓，可控硅均處于阻斷狀態(tài)；可控硅均處于阻斷狀態(tài)；由由(b)(b)、（、（c c）：當(dāng)可控硅承受正向陽(yáng)極電壓時(shí)，僅正控制極承受正向電）：當(dāng)可控硅承受正向陽(yáng)極電壓時(shí)，僅正控制極承受正向電壓時(shí)可控硅才由阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)；壓時(shí)可控硅才由阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)；由（由（d d）：在導(dǎo)通情況下，只要可控硅承受一定的正向陽(yáng)極電壓，則不論）：在導(dǎo)通情況下，只要可控硅承受一定的正向陽(yáng)極電壓，則不論控制極的電

11、壓如何，可控硅仍導(dǎo)通。即可控硅導(dǎo)通后，控制極便失去控制控制極的電壓如何，可控硅仍導(dǎo)通。即可控硅導(dǎo)通后，控制極便失去控制作用；作用；由（由（e e）：可控硅導(dǎo)通情況下，只有當(dāng)正向陽(yáng)極電壓減少到一定值或者陽(yáng)）：可控硅導(dǎo)通情況下，只有當(dāng)正向陽(yáng)極電壓減少到一定值或者陽(yáng)極電壓為負(fù)值時(shí)，可控硅才從導(dǎo)通狀態(tài)恢復(fù)為阻斷狀態(tài)。極電壓為負(fù)值時(shí)，可控硅才從導(dǎo)通狀態(tài)恢復(fù)為阻斷狀態(tài)?？煽毓璧膶?dǎo)通與阻斷條件可控硅的導(dǎo)通與阻斷條件(c)(c)UAUCS(e)(e)UAUCSK單向可控硅的控制單向可控硅的控制電路和波形如圖所示，設(shè)電路和波形如圖所示，設(shè)U2=U2sinU2=U2sin。正半周：正半周：0 0t tt1,Ug=

12、0,Tt1,Ug=0,T正向阻斷，正向阻斷，id=0,UT=u2,Ud=0id=0,UT=u2,Ud=0 t=t1 t=t1時(shí)時(shí), ,加入加入ugug脈沖，脈沖，T T導(dǎo)通，忽略其正向壓降，導(dǎo)通，忽略其正向壓降，UT=0,Ud=u2,id=UdUT=0,Ud=u2,id=Ud/Rd/Rd。負(fù)半周：負(fù)半周：tt22當(dāng)當(dāng)u2u2自然過(guò)零時(shí)，自然過(guò)零時(shí)， T T自行關(guān)斷而處于反向阻斷狀態(tài)，自行關(guān)斷而處于反向阻斷狀態(tài)，UtUt=0,Ud=0,id=0=0,Ud=0,id=0。從從0 0到到t1t1的電度角為的電度角為，叫控制角。從，叫控制角。從t1t1到到的電度角為的電度角為，叫導(dǎo)通角。，叫導(dǎo)通角。+

13、=+=。當(dāng)。當(dāng)=0=0，=180=180度時(shí)，可控硅全導(dǎo)通。度時(shí)，可控硅全導(dǎo)通。當(dāng)當(dāng)=180=180度，度，=0=0度時(shí)，可控硅全關(guān)斷，輸出電壓為零。度時(shí)，可控硅全關(guān)斷，輸出電壓為零。 三、爐溫調(diào)節(jié)三、爐溫調(diào)節(jié)1 1位式調(diào)節(jié)位式調(diào)節(jié)特點(diǎn)：特點(diǎn)：目前國(guó)內(nèi)工廠最常用的調(diào)節(jié)方式，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用目前國(guó)內(nèi)工廠最常用的調(diào)節(jié)方式，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用 方便，成本低。方便，成本低。 調(diào)節(jié)精度不高，被調(diào)參數(shù)波動(dòng)大，調(diào)節(jié)器頻繁動(dòng)作，調(diào)節(jié)精度不高，被調(diào)參數(shù)波動(dòng)大，調(diào)節(jié)器頻繁動(dòng)作，易損壞且噪音大易損壞且噪音大工作方式：工作方式：二位式調(diào)節(jié)控二位式調(diào)節(jié)控制儀表控制接觸器制儀表控制接觸器C C的通斷，的通斷，從而控制電熱元

14、件的通電從而控制電熱元件的通電或斷電。即爐溫低于控制或斷電。即爐溫低于控制溫度溫度T T時(shí)，時(shí)，C C接通，電爐全接通，電爐全功率升溫，高于功率升溫，高于T T時(shí)，時(shí)，C C斷斷開(kāi)電爐停止供電，爐溫下開(kāi)電爐停止供電，爐溫下降。降。2 2比例、微分、積分（比例、微分、積分（PIDPID）控制）控制a)a)調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)方式比例調(diào)節(jié)：比例調(diào)節(jié)：調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)能按一定比例，無(wú)滯后、無(wú)慣性地重現(xiàn)輸入信號(hào)變化調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)能按一定比例，無(wú)滯后、無(wú)慣性地重現(xiàn)輸入信號(hào)變化 的調(diào)節(jié)規(guī)律?？僧a(chǎn)生強(qiáng)大的穩(wěn)定作用。的調(diào)節(jié)規(guī)律?？僧a(chǎn)生強(qiáng)大的穩(wěn)定作用。I I 。積分調(diào)節(jié)：積分調(diào)節(jié)：輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的積分成比例關(guān)系的調(diào)節(jié)規(guī)律?？上o差。輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的積分成比例關(guān)系的調(diào)節(jié)規(guī)律?？上o差。 I I dtdt。微分調(diào)節(jié)微分調(diào)節(jié)：輸出信號(hào)與輸入信號(hào)偏差的變化速度成比例關(guān)系的調(diào)節(jié)?？杉铀龠^(guò)渡過(guò)輸出信號(hào)與輸入信號(hào)偏差的變化速度成比例關(guān)系的調(diào)節(jié)?？杉铀龠^(guò)渡過(guò)程，克服因積分作用而引起的滯后。程，克服因積分作用而引起的滯后。 I I （dd）dtdt。 將這三種調(diào)節(jié)作用綜合，就能獲得動(dòng)作快而穩(wěn)定的調(diào)節(jié)過(guò)程，并能保持較高的將這三種調(diào)節(jié)作用綜合，就能獲得動(dòng)作快而穩(wěn)定的調(diào)節(jié)過(guò)程，并能