第十一章-炉温的测量与控制

第十章炉温的测量与控制热处理炉的炉温测量与控制，是热处理炉有效运行所不可缺少的；炉温测量与控制装置是现代热处理炉不可分割的部分。§1１－1温度的测量一、热电偶测温特点：测温范围宽、测量精度高、性能稳定、结构简单，且动态响应较好；输出直接为电信号，可以远传，便于集中检测和自动控制。1.测温原理热电偶的测温原理基于热电效应。将两种不同的导体A和B连成闭合回路，当两个接点处的温度不同时，回路中将产生热电势，由于这种热电效应现象是1821年塞贝克（Seeback）首先发现提出，故又称塞贝克效应。塞贝克效应示意图2．热电偶热电偶：在温度测量中把两种不同材料构成的上述热电变换的元件。称A,B导体为热电极。两个结点，一个为工作端T，一个为自由端或冷端T0。热电动势的大小与热电极断面大小无关。3．中间导体定则将A，B构成的热电偶T0端断开，接入第三种导体C，只要保持C两端的温度相同，对回路总的电势无影响。将第三种导体换成同一种导线，并保证两个结点温度一致，就可对热电势进行测量且不影响热电偶的输出。保持冷端为0℃或一常数值，是热电偶使用的前提条件。这也是设计各种与热电偶配套的测温自动化仪表冷端补偿方法的理论依据。4．常用热电偶及使用范围5．冷端补偿热电偶的分度表是在其冷端为0℃时测定的，因此，只有在冷端是0℃时，才能根据测得的电势大小，用分度表查出正确的被测温度值。实际使用时，由于环境温度，热电偶冷端不可能恒为0℃，为避免冷端温度变化引起测量误差，使用时因对冷端进行补偿。调节仪表零点下图为补偿的一种方法：6、补偿导线0-100℃范围内的热电性质和它要补偿的热电偶的热电性质完全一样。补偿导线实质上是一个附加的低温热电偶二、热电阻测温利用导体和半导体的电阻随温度变化这一性质做成的温度计称为电阻温度计。大多数金属在温度升高1C时电阻将增加0.4％～0.6％。半导体电阻一般随温度升高而减小，其灵敏度比金属高，每升高1C，电阻约减小2％～6％。一般采用的材料有铂丝(－200～850℃)和铜丝(－40～120℃)。三、辐射测温利用光辐射来测量物体温度。任何物体受热后都特有一部分的热能转变为辐射能，温度越高，则发射到周围空间的能量就越多。在温度测量中主要是可见光和红外光，因为此类能量被接收以后，多转变为热能，使物体的温度升高。§1１－2炉温控制一、炉温变化特点1．具有热惯性当检测到炉温为T℃时，停止加热，由于测温元件检测的滞后和电热元件的温度高于T℃，一般炉温仍将上升一定温度，称为热惯性。2．温度指示滞后不论热电偶有无保护套管，其温度的变化总滞后于炉温的变化。热电偶和保护套管的热惰性越大，这种滞后就越大。二、炉温控制的组成一般由炉温检测元件、显示及控制仪表、执行元件组成。1．显示及控制仪表一般有动圈表、数控表、可记录控制仪表（数字式和电子电位差计）。一般接线端子有电源输入、热电偶输入、控制输出、报警输出等。2．执行元件常用开关、交流接触器、可控硅、固态继电器、中间继电器、报警铃、指示灯等。刀闸电路符号QS保险丝电路符号FU常开(动合)按钮电路符号SB常闭(动断)按钮电路符号SBKMKMKM341278图文符号AAGGKKb)c)a)AGKKGAP1N1P2N2J1J2J3外形结构电气图形符号单向可控硅KGAP2N1N2P1KGAP1N1N1P2N2P2UCUANPNPNPKAG可控硅的等效电路(b)UAUCS(c)UAUCS(a)UAUCS(d)UAUCS打开后(e)UAUCSK可控硅的导通与阻断由(a)：当可控硅受反向阳极电压时，不论控制极承受正向或反向电压，可控硅均处于阻断状态；由(b)、（c）：当可控硅承受正向阳极电压时，仅正控制极承受正向电压时可控硅才由阻断状态转变为导通状态；由（d）：在导通情况下，只要可控硅承受一定的正向阳极电压，则不论控制极的电压如何，可控硅仍导通。即可控硅导通后，控制极便失去控制作用；由（e）：可控硅导通情况下，只有当正向阳极电压减少到一定值或者阳极电压为负值时，可控硅才从导通状态恢复为阻断状态。可控硅的导通与阻断条件(c)UAUCS(e)UAUCSK单向可控硅的控制电路和波形如图所示，设U2=U2sinω。正半周：0＜t＜t1,Ug=0,T正向阻断，id=0,UT=u2,Ud=0t=t1时,加入ug脉冲，T导通，忽略其正向压降，UT=0,Ud=u2,id=Ud/Rd。负半周：π≤t＜2π当u2自然过零时，T自行关断而处于反向阻断状态，Ut=0,Ud=0,id=0。从0到t1的电度角为α，叫控制角。从t1到π的电度角为θ，叫导通角。α+θ=π。当α=0，θ=180度时，可控硅全导通。当α=180度，θ=0度时，可控硅全关断，输出电压为零。三、炉温调节1．位式调节特点：目前国内工厂最常用的调节方式，其结构简单，使用方便，成本低。调节精度不高，被调参数波动大，调节器频繁动作，易损坏且噪音大工作方式：二位式调节控制仪表控制接触器C的通断，从而控制电热元件的通电或断电。即炉温低于控制温度T时，C接通，电炉全功率升温，高于T时，C断开电炉停止供电，炉温下降。2．比例、微分、积分（PID）控制a)调节方式比例调节：调节器的输出信号能按一定比例，无滞后、无惯性地重现输入信号变化的调节规律。可产生强大的稳定作用。⊿I∝－⊿σ。积分调节：输出信号与输入信号的积分成比例关系的调节规律。可消除静差。⊿I∝－∫⊿σdt。微分调节：输出信号与输入信号偏差的变化速度成比例关系的调节。可加速过渡过程，克服因积分作用而引起的滞后。⊿I∝－（d⊿σ）／dt。将这三种调节作用综合，就能获得动作快而稳定的调节过程，并能保持较高的调节精度。目前，可进行PID调节的数字温度仪表，一般带有可根据炉子性能，进行PID参数自整定，使用也很方便。b)执行元件可采用可控硅（能执行位式和连续PID调节），固态继电器（能执行位式和断续PID）等。四、热处理生产过程控制