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温度控制原理,2009-11-25,第二版,2019年9月21日星期六,2,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）,2019年9月21日星期六,3,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,4,2019年9月21日星期六,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（-200650）最常用的一种温度检测器。,5,2019年9月21日星期六,温度控制,R=100+0.3851*t,电阻法,一、温度控制常用的元器件,6,2019年9月21日星期六,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,7,2019年9月21日星期六,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,8,2019年9月21日星期六,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,9,2019年9月21日星期六,温度控制,Et=c（t-t0）,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。,10,2019年9月21日星期六,温度控制,一、温度控制常用的元器件,11,2019年9月21日星期六,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。,2019年9月21日星期六,12,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。,13,2019年9月21日星期六,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。,14,2019年9月21日星期六,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,2019年9月21日星期六,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：,16,2019年9月21日星期六,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,17,2019年9月21日星期六,温度控制,一、温度控制常用的元器件,当,18,2019年9月21日星期六,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/R2,19,2019年9月21日星期六,温度控制,一、温度控制常用的元器件,20,2019年9月21日星期六,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,21,2019年9月21日星期六,温度控制,报警类型：,22,2019年9月21日星期六,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,23,2019年9月21日星期六,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。,24,2019年9月21日星期六,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,25,2019年9月21日星期六,温度控制,中间休息,2019年9月21日星期六,26,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,27,2019年9月21日星期六,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,2019年9月21日星期六,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,29,2019年9月21日星期六,温度控制,2.烤箱,A.烤箱结构,30,返回,2019年9月21日星期六,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,31,2019年9月21日星期六,温度控制,三、PID控制原理,1.温度控制的基本结构,32,2019年9月21日星期六,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）,2019年9月21日星期六,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,34,2019年9月21日星期六,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,2019年9月21日星期六,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,36,2019年9月21日星期六,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。,37,2019年9月21日星期六,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）,38,2019年9月21日星期六,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