溫度控制原理

溫度控制原理2009-11-25版2021/5/91培訓目的

通過本次培訓，使大家掌握溫度控制常用的元器件，以及溫度控制的基本原理，以及常見問題的解決方案。

教材概述

課時：1.5課時

注意：請帶筆和筆記本，做好培訓筆記；另請把手機關機

或者設為振動。前言2021/5/92溫度控制下次培訓試題講解與討論；重點：主觀題的討論

預計培訓時間：2009-12-02（下周星期三）2021/5/93溫度控制目

錄溫度控制常用的元器件常見溫度控制系統(tǒng)的組成與分析PID控制原理常見溫度控制故障以及檢修方法2021/5/94溫度控制一、溫度控制常用的元器件1、溫度傳感器A）熱電阻：如PT-100

溫度是表征物體冷熱程度的物理量,它可以通過物體隨溫度變化的某些特性（如電阻、電壓變化等特性）來間接測量，金屬鉑(Pt)的電阻值隨溫度變化而變化,并且具有很好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性，利用鉑的此種物理特性制成的傳感器稱為鉑電阻溫度傳感器。通常使用的鉑電阻溫度傳感器零度阻值為100Ω，電阻變化率為0.3851Ω/℃。鉑電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn)定性好，應用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)（-200～650℃）最常用的一種溫度檢測器。R=100+0.3851*t電阻法2021/5/95溫度控制一、溫度控制常用的元器件小結：線性的溫度/電阻曲線，說明該傳感器的精度非常高，穩(wěn)定性好2021/5/96溫度控制一、溫度控制常用的元器件引出導線規(guī)格：兩線制

傳感器電阻變化值與連接導線電阻值共同構成傳感器的輸出值，由于導線電阻帶來的附加誤差使實際測量值偏高，用于測量精度要求不高的場合，并且導線的長度不宜過長。三線制

采用三線制會大大減小導線電阻帶來的附加誤差2021/5/97溫度控制一、溫度控制常用的元器件常用保護管備注：保護套管的材料以及厚度直接決定其響應時間2021/5/98溫度控制一、溫度控制常用的元器件B）.熱電偶：K型熱電偶（鎳鉻-鎳硅）

原理：

如果兩種不同成分的均質導體形成回路，直接測溫端叫測量端，接線端子端叫參比端，當兩端存在溫差時，就會在回路中產生電流，那么兩端之間就會存在Seebeck熱電勢，即塞貝克效應。熱電勢的大小只與熱電偶導體材質以及兩端溫差有關，與熱電偶導體的長度、直徑無關Et=c（t-t0）電壓法（mV檔）2021/5/99溫度控制一、溫度控制常用的元器件特點：

熱電偶具有構造簡單、適用溫度范圍廣、使用方便、承受熱、機械沖擊能力強以及響應速度快等特點，常用于高溫區(qū)域、振動沖擊大等惡劣環(huán)境以及適合于微小結構測溫場合；但其信號輸出靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號和前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測量微小的溫度變化。2021/5/910溫度控制一、溫度控制常用的元器件2021/5/911溫度控制一、溫度控制常用的元器件3.溫度傳感器選型確定溫度傳感器類型實際使用溫度范圍精度尺寸安裝固定方式溫度傳感器的使用環(huán)境注意：如無特別約定，所有鉑電阻溫度傳感器的頭部 5mm長度為溫度測量端。2021/5/912溫度控制一、溫度控制常用的元器件2.固態(tài)繼電器（SSR） SSR是一種全部由固態(tài)電子元件組成的無觸點開關元件，他利用電子元器件的電、磁和光特性來完成輸入與輸出的可靠隔離，利用大功率三極管，功率場效應管，單向可控硅和雙向可控硅等器件的開關特性，來達到無觸點，無火花地接通和斷開被控電路。

一般普通型SSR,可按電流值的2/3選用。2021/5/913溫度控制一、溫度控制常用的元器件結構：三部分組成:輸入電路，隔離(耦合)和輸出電路優(yōu)點：（1）高壽命，高可靠:SSR沒有機械零部件，由固體器件完成觸點功能，由于沒有運動的零部件，因此在高沖擊，振動的環(huán)境下工作，由于組成固態(tài)繼電器的元器件的固有特性，決定了固態(tài)繼電器的壽命長，可靠性高。（2）靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好:固態(tài)繼電器的輸入電壓范圍較寬，驅動功率低，可與大多數(shù)邏輯集成電路兼容不需加緩沖器或驅動器。（3）快速轉換:固態(tài)繼電器因為采用固體器件，所以切換速度可從幾毫秒至幾微秒。（4）電磁干擾小:固態(tài)繼電器沒有輸入"線圈"，沒有觸點燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。大多數(shù)交流輸出固態(tài)繼電器是一個零電壓開關，在零電壓處導通，零電流處關斷，減少了電流波形的突然中斷，從而減少了開關瞬態(tài)效應。2021/5/914溫度控制一、溫度控制常用的元器件缺點：（1）由于管壓降大，導通后的功耗和發(fā)熱量也大。（2）固態(tài)繼電器對過載有較大的敏感性，必須用快速熔斷器（可按額定工作電流的1.2倍選擇）或RC阻尼電路對其進行過載保護。固態(tài)繼電器的負載與環(huán)境溫度明顯有關，溫度升高，負載能力將迅速下降。散熱底座2021/5/915溫度控制一、溫度控制常用的元器件3.加熱管：電阻式、紅外加熱板

電阻式加熱管：2021/5/916溫度控制一、溫度控制常用的元器件紅外加熱板：

主體為金屬板，其中在沿主體平面方向設有多個電熱管安裝孔，各電熱管安裝孔按要求間隔設置；在電熱管安裝孔內設有電熱管；在主體上表面設有納米紅外材料層

典型有志圣隧道爐2021/5/917溫度控制一、溫度控制常用的元器件當2021/5/918溫度控制一、溫度控制常用的元器件3.溫度控制器A）OMRONE5CZ-Q2/R22021/5/919溫度控制一、溫度控制常用的元器件電源報警信號輸出：兩組常開觸點，不帶電源輸出信號：電壓源信號輸出信號：無源繼電器觸點輸入信號：分別為類比信號、熱電阻、熱電偶2021/5/920溫度控制2021/5/921溫度控制報警類型：2021/5/922溫度控制一、溫度控制常用的元器件B）RKCREX-P96：帶多段程序控制功能2021/5/923溫度控制一、溫度控制常用的元器件4.超溫保護

原理性能：是當被控制對象的溫度發(fā)生變化時，使溫控器感溫部內的工質產生相應的熱脹冷縮的物理現(xiàn)象（工質體積變化），與感溫部連通一起的膜盒產生膨脹或收縮。通過杠桿原理，帶動開關通斷動作，達到恒溫目的。液脹式溫控器具有控溫準確，穩(wěn)定可靠，開停溫差小，控溫調節(jié)范圍大，過載電流大等性能特點。2021/5/924溫度控制一、溫度控制常用的元器件技術參數(shù)：1、電氣性能：16(3)A-250V～10(1.8)A-400V2、斷開溫度：溫度設計范圍(-35℃～+320℃)，根據(jù)具體型號而定3、產品壽命：>10萬次4、電氣強度：AC2000V/1min5、常態(tài)絕緣電阻：≥100MΩ6、接觸電阻：≤50mΩ7、潮態(tài)絕緣電阻：≥10MΩ8、溫度響應速率：≤1.0℃/min9、最小電流：200mA注意：安裝時不可將感溫管壓變形，毛細管折彎半徑不能小于5mm2021/5/925溫度控制中間休息2021/5/926溫度控制二、常見溫度控制系統(tǒng)的組成以及分析1、水槽加熱：溫度、水位A）電路圖2021/5/927溫度控制二、常見溫度控制系統(tǒng)的組成以及分析1、水槽加熱：溫度、水位A）實物接線圖AC220V火線AC220V零線AC220VAC220V啟動超溫2021/5/928溫度控制C.水槽加熱系統(tǒng)分析溫度均勻性：循環(huán)水泵功率影響溫度精確性的干擾：傳感器的響應速度、循環(huán)、產品的溫度、其它槽液的帶入等超溫抑制：超溫保護、冷卻水2021/5/929溫度控制2.烤箱A.烤箱結構返回2021/5/930溫度控制B.烤箱加熱系統(tǒng)分析溫度均勻性：循環(huán)風機功率、風口的開度影響溫度精確性的干擾：傳感器的響應速度、循環(huán)、產品的溫度、烤箱的密封性等超溫抑制：超溫保護降溫速度：壓縮氣、排風速度以及排風量、新風口2021/5/931溫度控制三、PID控制原理1.溫度控制的基本結構2021/5/932溫度控制三、PID控制原理2.溫度控制

向溫度控制器輸入設定值使其動作，但在有些控制對象的特性下可能無法立刻讓溫度穩(wěn)定下來。一般來說要加快響應速度，就會產生溫度超出的過調節(jié)和溫度振蕩，如果要消除這些現(xiàn)象就只能延遲響應速度。但是在有些用途下，例如（1）那樣雖然發(fā)生了過調節(jié)仍要求盡快恢復穩(wěn)定控制，或者如圖（3）那樣就算費些時間仍希望抑制過調節(jié)的情況也存在。也就是說對溫度控制的評價隨用途、目的的不同而不同。一把認為圖（2）適當?shù)目刂撇ㄐ?。振蕩的響應（幾次重復超調之后才穩(wěn)定下來）合適的響應難以到達變更后的設定值的響應（緩慢）2021/5/933溫度控制三、PID控制原理3.ON/OFF控制

當前溫度如果低于設定值，將輸出ON，向加熱器通電，如果高于設定值，將輸出OFF后切斷加熱器。像這樣以設定值為標準重復進行ON/OFF操作，將溫度保持在固定水平的控制方式，操作量只有0%和100%兩種2021/5/934溫度控制三、PID控制原理4.PID控制A.P動作：輸出與輸入成比例的輸出的一種控制動作。對于設定值具有一個比例帶，其中操作量（控制輸出量）與偏差成比例的的動作就稱為比例動作。一般當前溫度低于比例帶時操作量就是100%，在比例帶內時操作量與偏差成比例逐漸縮小，設定溫度與當前溫度一致后操作量為50%。與ON/OFF動作相比這種控制的振蕩較小且比較平滑。如果在溫度范圍0-400℃的溫控器中，將比例帶設定為5%，其范圍通過溫度換算為20℃。此時，若設定溫度為100℃，就會產生90℃以下輸出完全為ON，，超過110℃則為OFF時間段，而100℃下ON/OFF的時間相同2021/5/935溫度控制三、PID控制原理B.I動作：輸出與輸入的時間積分值成比例的輸出的一種控制動作。在比例動作中會產生偏移，因此在比例動作中配合使用積分動作，隨著時間推移，便宜會逐漸消失，控制溫度就會與設定溫度一致2021/5/936溫度控制三、PID控制原理C.D動作：輸出與輸入的時間微分值成比例的輸出的一種控制動作。比例動作和微分動作是對于控制結果的一種修正，因此對于劇烈的變化，相應必定會變慢。微分動作就是對這種現(xiàn)象的一種補救措施。通過添加與溫度變化的斜率成比例的操作量來進行修正動作。對于劇烈的干擾給予較大的操作量，盡早的回復原先的控制狀態(tài)的一種動作。2021/5/937溫度控制三、PID控制原理4.PID控制P:無振蕩平滑控制I:自動修正偏移D:加快對于噪聲的響應（對干擾的抑制速度）2021/5/938溫度控制三、PID控制原理討論：

實測溫度與顯示溫度的