第十一章炉温的测量与控制课件

第十章第十章 炉温的测量与控制炉温的测量与控制 热处理炉的炉温测量与控制，是热处理热处理炉的炉温测量与控制，是热处理炉有效炉有效运行所不可缺少的；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炉温测量与控制装置是现代热处理炉不可分割可分割的部分。的部分。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1111 1 温度的测量温度的测量一、热电偶测温特特点点：测测温温范范围围宽宽、测测量量精精度度高高、性性能能稳稳定定、结结构构简简单单，且且动动态态响响应应较较好好；输输出出直直接接为为电电信信号号，可可以以远远传传，便便于于集集中中检检测测和自动控制。和自动控制。1.1.测温原理测温原理热热电电偶偶的的测测温温原原理理基基于于热热电电效效应应。将将两两种种不不同同的的导导体体A A和和B B连连成成闭闭合合回回路路，当当两两个个接接点点处处的的温温度度不不同同时时，回回路路中中将将产产生生热热电电势势，由由于于这这种种热热电电效效应应现现象象是是18211821年年塞塞贝贝克克（SeebackSeeback）首首先先发发现现提提出出，故又称塞贝克效应。故又称塞贝克效应。塞贝克效应示意图塞贝克效应示意图 11 温度的测量一、热电偶测温1.测温原理塞贝克效应示22 2热电偶热电偶热热电电偶偶：在在温温度度测测量量中中把把两两种种不不同同材材料料构构成成的的上上述述热热电电变变换换的元件。的元件。称称A,BA,B导导体体为为热热电电极极。两两个个结结点点，一一个个为为工工作作端端T T，一一个个为为自自由端或冷端由端或冷端T T0 0。热电动势的大小与热电极断面大小无关。热电动势的大小与热电极断面大小无关。2热电偶33 3中间导体定则中间导体定则将将A A，B B构构成成的的热热电电偶偶T T0 0端端断断开开，接接入入第第三三种种导导体体C C，只只要要保保持持C C两端的温度相同，对回路总的电势无影响。两端的温度相同，对回路总的电势无影响。将将第第三三种种导导体体换换成成同同一一种种导导线线，并并保保证证两两个个结结点点温温度度一一致致，就可对热电势进行测量且不影响热电偶的输出。就可对热电势进行测量且不影响热电偶的输出。保持冷端为保持冷端为00或一常数值，是热电偶使用的前提条件。或一常数值，是热电偶使用的前提条件。这这也也是是设设计计各各种种与与热热电电偶偶配配套套的的测测温温自自动动化化仪仪表表冷冷端端补补偿偿方法的理论依据。方法的理论依据。3中间导体定则44 4常用热电偶及使用范围常用热电偶及使用范围4常用热电偶及使用范围55 5冷端补偿冷端补偿热热电电偶偶的的分分度度表表是是在在其其冷冷端端为为00时时测测定定的的，因因此此，只只有有在在冷冷端端是是00时时，才才能能根根据据测测得得的的电电势势大大小小，用用分分度度表查出正确的被测温度值。表查出正确的被测温度值。实实际际使使用用时时，由由于于环环境境温温度度，热热电电偶偶冷冷端端不不可可能能恒恒为为00，为为避避免免冷冷端端温温度度变变化化引引起起测测量量误误差差，使使用用时时因因对对冷端进行补偿。冷端进行补偿。调节仪表零点调节仪表零点下图为补偿的一种方法：下图为补偿的一种方法：5冷端补偿66、补偿导线 0-100 范围内的热电性质和它要补偿的热电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。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6、补偿导线7二、热电阻测温二、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。为电阻温度计。大多数金属在温度升高大多数金属在温度升高1 1 C C 时电阻将增加时电阻将增加0.40.40.60.6。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，每升高高1 1 C C ，电阻约减小，电阻约减小2 26 6。一般采用的材料有铂丝一般采用的材料有铂丝(200200850)850)和铜丝和铜丝(4040120)120)。二、热电阻测温8三、辐射测温三、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。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。接收以后，多转变为热能，使物体的温度升高。三、辐射测温9112 2 炉温控制炉温控制一、炉温变化特点一、炉温变化特点1 1具有热惯性具有热惯性 当当检检测测到到炉炉温温为为TT时时，停停止止加加热热，由由于于测测温温元元件件检检测测的的滞滞后后和和电电热热元元件件的的温温度度高高于于TT，一一般般炉炉温温仍将上升一定温度，称为热惯性。仍将上升一定温度，称为热惯性。2 2温度指示滞后温度指示滞后 不不论论热热电电偶偶有有无无保保护护套套管管，其其温温度度的的变变化化总总滞滞后后于于炉炉温温的的变变化化。热热电电偶偶和和保保护护套套管管的的热热惰惰性性越越大，这种滞后就越大。大，这种滞后就越大。12 炉温控制10二、炉温控制的组成二、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。一般由炉温检测元件、显示及控制仪表、执行元件组成。1 1显示及控制仪表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。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。二、炉温控制的组成112 2执行元件执行元件常用开关、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。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。刀闸电路符号刀闸电路符号QS保险丝电路符号保险丝电路符号FU常开常开(动合动合)按钮按钮电路符号电路符号SB常闭常闭(动断动断)按钮按钮电路符号电路符号SB2执行元件刀闸电路符号QS保险丝电路符号FU常开(动合)按12 图文符号 图文符号13外形 结构 电气图形符号 单向可控硅单向可控硅KGA P2N1 N2P1P1KGAP1N1N1P2N2P2UCUANPNPNPKAG G可控硅的等效电路可控硅的等效电路外形 结构 电气单向可控硅KGA P2N1 N14(b)(b)UAUCS(c)(c)UAUCS(a)(a)UAUCS(d)(d)UAUCS打开后(e)(e)UAUCSK可控硅的导通与阻断可控硅的导通与阻断由由(a)(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，：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；可控硅均处于阻断状态；由由(b)(b)、（、（c 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）：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；时可控硅才由阻断状态转变为导通状态；由（由（d 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）：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；作用；由（由（e 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）：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。极电压为负值时，可控硅才从导通状态恢复为阻断状态。(b)UAUCS(c)UAUCS(a)UAUCS(d)UAU15可控硅的导通与阻断条件可控硅的导通与阻断条件(c)(c)UAUCS(e)(e)UAUCSK可控硅的导通与阻断条件(c)UAUCS(e)UAUCSK16单向可控硅的控制单向可控硅的控制电路和波形如图所示，设电路和波形如图所示，设U2=U2sinU2=U2sin。正半周：正半周：0 0t tt1,Ug=0,Tt1,Ug=0,T正向阻断，正向阻断，id=0,UT=u2,Ud=0id=0,UT=u2,Ud=0 t=t1 t=t1时时,加入加入ugug脉冲，脉冲，T T导通，忽略其正向压降，导通，忽略其正向压降，UT=0,Ud=u2,id=Ud/RdUT=0,Ud=u2,id=Ud/Rd。负半周：负半周：tt22当当u2u2自然过零时，自然过零时，T T自行关断而处于反向阻断状态，自行关断而处于反向阻断状态，Ut=0,Ud=0,id=0Ut=0,Ud=0,id=0。从从0 0到到t1t1的电度角为的电度角为，叫控制角。从，叫控制角。从t1t1到到的电度角为的电度角为，叫导通角。，叫导通角。+=+=。当。当=0=0，=180=180度时，可控硅全导通。度时，可控硅全导通。当当=180=180度，度，=0=0度时，可控硅全关断，输出电压为零。度时，可控硅全关断，输出电压为零。单向可控硅的控制17三、炉温调节三、炉温调节1 1位式调节位式调节特点：特点：目前国内工厂最常用的调节方式，其结构简单，使用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。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，调节精度不高，被调参数波动大，调节器频繁动作，易损坏且噪音大易损坏且噪音大工作方式：工作方式：二位式调节控二位式调节控制仪表控制接触器制仪表控制接触器C C的通断，的通断，从而控制电热元件的通电从而控制电热元件的通电或断电。即炉温低于控制或断电。即炉温低于控制温度温度T T时，时，C C接通，电炉全接通，电炉全功率升温，高于功率升温，高于T T时，时，C C断断开电炉停止供电，炉温下开电炉停止供电，炉温下降。降。三、炉温调节工作方式：二位式调节控制仪表控制接触器C的通断，18第十一章炉温的测量与控制课件19第十一章炉温的测量与控制课件20第十一章炉温的测量与控制课件212 2比例、微分、积分（比例、微分、积分（PIDPID）控制）控制a)a)调节方式调节方式比比例例调调节节：调调节节器器的的输输出出信信号号能能按按一一定定比比例例，无无滞滞后后、无无惯惯性性地地重重现现输输入入信信号号变变化化 的调节规律。可产生强大的稳定作用。的调节规律。可产生强大的稳定作用。I I。积分调节：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。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 I dtdt。微微分分调调节节：输输出出信信号号与与输输入入信信号号偏偏差差的的变变化化速速度度成成比比例例关关系系的的调调节节。可可加加速速过过渡渡过过程，克服因积分作用而引起的滞后。程，克服因积分作用而引起的滞后。I I（dd）dtdt。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，可进行节精度。目前，可进行PIDPID调节的数字温度仪表，一般带有可根据炉子性能，进行调节的数字温度仪表，一般带有可根据炉子性能，进行PIDPID参数自整定，使用也很方便。参数自整定，使用也很方便。2比例、微分、积分（PID）控制22第十一章炉温的测量与控制课件23第十一章炉温的测量与控制课件24b b)执行元件执行元件可采用可控硅（能执行位式和连续可采用可控硅（能执行位式和连续PIDPID调调节），固态继电器（能执行位式和断续节），固态继电器（能执行位式和断续PIDPID）等。）等。b)执行元件可采用可控硅（能执行位式和连续PID调节），固态25第十一章炉温的测量与控制课件26四、热处理生产过程控制四、热处理生产过程控制四、热处理生产过程控制27第十一章炉温的测量与控制课件28