温度控制原理

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2014年3月12日星期三,温度控制,#,温度控制原理,2009-11-25,第二版,20 十一月 2024,2,温度控制,培训目的,通过本次培训，使大家掌握温度控制常用的元器件，以及温度控制的基本原理，以及常见问题的解决方案。,教材概述,课时：,1.5,课时,注意：请带笔和笔记本，做好培训笔记；另请把手机关机,或者设为振动。,前言,下次培训,试题讲解与讨论；,重点：主,观,题的讨论,预计培训时间：,2009-12-02,（下周星期三）,20 十一月 2024,3,温度控制,目,录,温度控制常用的元器件,常见温度控制系统的组成与分析,PID,控制原理,常见温度控制故障以及检修方法,4,20 十一月 2024,温度控制,一、温度控制常用的元器件,1,、温度传感器,A,）,热电阻：如,PT-100,温度是表征物体冷热程度的物理量,它可以通过物体随温度变化的某些特性（如电阻、电压变化等特性）来间接测量，金属铂,(Pt),的电阻值随温度变化而变化,并且具有很好的重现性和稳定性，利用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器。通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为,100,，电阻变化率为,0.3851/,。铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区（,-200,650,）最常用的一种温度检测器。,5,20 十一月 2024,温度控制,R=100+0.3851,*,t,电阻法,一、温度控制常用的元器件,6,20 十一月 2024,温度控制,小结：线性的温度,/,电阻曲线，说明该传感器的精度非常高，稳定性好,一、温度控制常用的元器件,引出导线规格：,两线制,传感器电阻变化值与连接导线电阻值共同构成传感器的输出值，由于导线电阻带来的附加误差使实际测量值偏高，用于测量精度要求不高的场合，并且导线的长度不宜过长。,三线制,采用三线制会大大减小导线电阻带来的附加误差,7,20 十一月 2024,温度控制,一、温度控制常用的元器件,常用保护管,备注：保护套管的材料以及厚度直接决定其,响应时间,8,20 十一月 2024,温度控制,一、温度控制常用的元器件,B,）,.,热电偶：,K,型热电偶（镍铬,-,镍硅）,原理：,如果两种不同成分的均质导体形成回路，直接测温端叫测量端，接线端子端叫参比端，当两端存在温差时，就会在回路中产生电流，那么两端之间就会存在,Seebeck,热电势，即塞贝克效应。热电势的大小只与热电偶导体材质以及两端温差有关，与热电偶导体的长度、直径无关,9,20 十一月 2024,温度控制,E,t,=c,（,t-t,0,）,电压,法,（,mV,档）,一、温度控制常用的元器件,特点：,热电偶具有构造简单、适用温度范围广、使用方便、承受热、机械冲击能力强以及响应速度快等特点，常用于高温区域、振动冲击大等恶劣环境以及适合于微小结构测温场合；但其信号输出灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号和前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。,10,20 十一月 2024,温度控制,一、温度控制常用的元器件,11,20 十一月 2024,温度控制,一、温度控制常用的元器件,3.,温度传感器选型,确,定温度传感器类,型,实,际使用温度范,围,精度,尺寸,安装固定方式,温度传感,器的使用环境,注意：如,无特别约定，所有铂电阻温度传感器的头,部,5mm,长度为温度测量端。,20 十一月 2024,12,温度控制,一、温度控制常用的元器件,2.,固态继电器（,SSR,）,SSR,是一种全部由固态电子元件组成的无触点开关元件，他利用电子元器件的电、磁和光特性来完成输入与输出的可靠隔离，利用大功率三极管，功率场效应管，单向可控硅和双向可控硅等器件的开关特性，来达到无触点，无火花地接通和断开被控电路。,一,般普通型,SSR,可按电流值的,2/3,选,用。,13,20 十一月 2024,温度控制,一、温度控制常用的元器件,结构：,三部分组成,:,输入电路,，,隔离,(,耦合,),和,输出电路,优点：,（,1,）高寿命，高可靠,:SSR,没有机械零部件，由固体器件完成触点功能，由于没有运动的零部件，因此在高冲击，振动的环境下工作，由于组成固态继电器的元器件的固有特性，决定了固态继电器的寿命长，可靠性高。,（,2,）灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好,:,固态继电器的输入电压范围较宽，驱动功率低，可与大多数逻辑集成电路兼容不需加缓冲器或驱动器。,（,3,）快速转换,:,固态继电器因为采用固体器件，所以切换速度可从几毫秒至几微秒。,（,4,）电磁干扰小,:,固态继电器没有输入,线圈,，没有触点燃弧和回跳，因而减少了电磁干扰。大多数交流输出固态继电器是一个零电压开关，在零电压处导通，零电流处关断，减少了电流波形的突然中断，从而减少了开关瞬态效应。,14,20 十一月 2024,温度控制,一、温度控制常用的元器件,缺点：,（,1,）由于管压降大，导通后的功耗和发热量也大。,（,2,）固态继电器对过载有较大的敏感性，必须用快速熔断器（,可按额定工作电流的,1.2,倍选择,）或,RC,阻尼电路对其进行过载保护。固态继电器的负载与环境温度明显有关，温度升高，负载能力将迅速下降。,15,散热底座,20 十一月 2024,温度控制,一、温度控制常用的元器件,3.,加热管：,电阻式、红外加热板,电阻式加热管：,16,20 十一月 2024,温度控制,一、温度控制常用的元器件,红外加热板：,主体为金属板，其中在沿主体平面方向设有多个电热管安装孔，各电热管安装孔按要求间隔设置；在电热管安装孔内设有电热管；在主体上表面设有纳米红外材料层,典型有志圣隧道炉,17,20 十一月 2024,温度控制,一、温度控制常用的元器件,当,18,20 十一月 2024,温度控制,一、温度控制常用的元器件,3.,温度控制器,A,）,OMRON E5CZ-Q2/R2,19,20 十一月 2024,温度控制,一、温度控制常用的元器件,20,20 十一月 2024,温度控制,电源,报警信号输出：两组常开触点，不带电源,输出信号：电压源信号,输出信号：无源继电器触点,输入信号：分别为类比信号、,热电,阻、热电偶,21,20 十一月 2024,温度控制,报警类型：,22,20 十一月 2024,温度控制,一、温度控制常用的元器件,B,）,RKC REX-P96,：带多段程序控制功能,23,20 十一月 2024,温度控制,一、温度控制常用的元器件,4.,超温保护,原理性能：是当被控制对象的温度发生变化时，使温控器感温部内的工质产生相应的热胀冷缩的物理现象（工质体积变化），与感温部连通一起的膜盒产生膨胀或收缩。通过杠杆原理，带动开关通断动作，达到恒温目的。液胀式温控器具有控温准确，稳定可靠，开停温差小，控温调节范围大，过载电流大等性能特点。,24,20 十一月 2024,温度控制,一、温度控制常用的元器件,技术参数：,1,、电气性能：,16(3)A-250V,10(1.8)A-400V,2,、断开温度：温度设计范围,(-35,+320),，根据具体型号而定,3,、产品寿命：,10,万次,4,、电气强度：,AC2000V/1min,5,、常态绝缘电阻：,100M,6,、接触电阻：,50m,7,、潮态绝缘电阻：,10M,8,、温度响应速率：,1.0/min,9,、最小电流：,200mA,注意：,安装时不可将感温管压变形，毛细管折弯半径不能小于,5mm,25,20 十一月 2024,温度控制,中间休息,20 十一月 2024,26,温度控制,二、常见温度控制系统的组成以及分析,1,、水槽加热：,温度、水位,A,）电路图,27,20 十一月 2024,温度控制,二、常见温度控制系统的组成以及分析,1,、水槽加热：,温度、水位,A,）实物接线图,28,AC220V,火线,AC220V,零线,AC220V,AC220V,启动,超温,20 十一月 2024,温度控制,C.,水槽加热系统分析,温度均匀性：循环水泵功率,影响温度精确性的干扰：传感器的响应速度、循环、产品的温度、其它槽液的带入等,超温抑制：超温保护、冷却水,29,20 十一月 2024,温度控制,2.,烤箱,A.,烤箱结构,30,返回,20 十一月 2024,温度控制,B.,烤箱加热系统分析,温度均匀性：循环风机功率、风口的开度,影响温度精确性的干扰：传感器的响应速度、循环、产品的温度、烤箱的密封性等,超温抑制：超温保护,降温速度：压缩气、排风速度以及排风量、新风口,31,20 十一月 2024,温度控制,三、,PID,控制原理,1.,温度控制的基本结构,32,20 十一月 2024,温度控制,三、,PID,控制原理,2.,温度控制,向温度控制器输入设定值使其动作，但在有些控制对象的特性下可能无法立刻让温度稳定下来。一般来说要加快响应速度，就会产生温度超出的过调节和温度振荡，如果要消除这些现象就只能延迟响应速度。但是在有些用途下，例如（,1,）那样虽然发生了过调节仍要求尽快恢复稳定控制，或者如图（,3,）那样就算费些时间仍希望抑制过调节的情况也存在。也就是说对温度控制的评价随用途、目的的不同而不同。一把认为图（,2,）适当的控制波形。,33,振荡的响应（几次重复超调之后才稳定下来）,合适的响应,难以到达变更后的设定值的响应（缓慢）,20 十一月 2024,温度控制,三、,PID,控制原理,3.ON/OFF,控制,当前温度如果低于设定值，将输出,ON,，向加热器通电，如果高于设定值，将输出,OFF,后切断加热器。像这样以设定值为标准重复进行,ON/OFF,操作，将温度保持在固定水平的控制方式，操作量只有,0%,和,100%,两种,34,20 十一月 2024,温度控制,三、,PID,控制原理,4.PID,控制,A.P,动作：,输出与输入成比例的输出的一种控制动作。对于设定值具有一个比例带，其中操作量（控制输出量）与偏差成比例的的动作就称为比例动作。一般当前温度低于比例带时操作量就是,100%,，在比例带内时操作量与偏差成比例逐渐缩小，设定温度与当前温度一致后操作量为,50%,。与,ON/OFF,动作相比这种控制的振荡较小且比较平滑。,35,如果在温度范围,0-400,的温控器中，将比例带设定为,5%,，其范围通过温度换算为,20,。此时，若设定温度为,100,，就会产生,90,以下输出完全为,ON,，超过,110,则为,OFF,时间段，而,100,下,ON/OFF,的时间相同,20 十一月 2024,温度控制,三、,PID,控制原理,B.I,动作：,输出与输入的时间积分值成比例的输出的一种控制动作。在比例动作中会产生偏移，因此在比例动作中配合使用积分动作，随着时间推移，便宜会逐渐消失，控制温度就会与设定温度一致,36,20 十一月 2024,温度控制,三、,PID,控制原理,C.D,动作：,输出与输入的时间微分值成比例的输出的一种控制动作。比例动作和微分动作是对于控制结果的一种修正，因此对于剧烈的变化，相应必定会变慢。微分动作就是对这种现象的一种补救措施。通过添加与温度变化的斜率成比例的操作量来进行修正动作。对于剧烈的干扰给予较大的操作量，尽早的回复原先的控制状态的一种动作。,37,20 十一月 2024,温度控制,三、,PID,控制原理,4.PID,控制,P:,无振荡平滑控制,I:,自动修正偏移,D:,加快对于噪声的响应（对干扰的抑制速度）,38,20 十一月 2024,温度控制,三、,PID,控制原理,讨论：,实测温度与显示温度的偏差,实测温度与设定温度的偏差 区别？,设定温度与控制温度的偏差,39,20 十一月 2024,温度控制,四、常见温度控制故障以及检修方法,(,讨论,),故障,1,：温度均匀性差,（主要是烤箱）,故障,2,：温度达不到设定值,故障,3,：经常性超温,故障,4,：显示温度与实际温度存在偏差,故障,5,：不加热,请大家讨论