炉温测量及控制PPT课件.ppt

第十二章炉温测量及控制 授课人 杨晓敏 2008 01 04 返回总目录 1 教学提示 教学要求 要得到高质量 高性能的产品 热处理温度的合理制订非常重要 但制订合理的温度也是不够的 往往温度达不到要求 这就需要炉温测量及控制 热处理工艺的最佳过程 首要的是按照工艺规范对热处理炉温度进行测量和控制 要求了解炉温测量 炉温控制以及计算机在热处理炉中的应用 第十二章炉温测量及控制 2 12 1炉温测量 12 2炉温控制 12 3热处理炉的计算机控制 第十二章炉温测量及控制 3 一 概述1 炉温的概念炉温的概念 相对炉膛空间来讲 我们所测量的炉温及其变化 是测量点 感温元件热端那一点 的温度及其变化 12 1炉温测量 2 炉温和零件温度炉温和零件温度两者概念不同 热处理中要测量和控制的应该是零件的温度而不是炉温 但通常情况下测量零件温度有一定难度 所以在大多数情况下仍用炉温来表示零件温度 4 3 炉温的均匀度和零件温度均匀性炉温均匀度是指电阻炉在试验温度下的热稳定状态时炉内的温度均匀程度 零件温度均匀性 既包括同一炉零件的温度要一样 也包括每一个零件各处的温度要一样 12 1炉温测量 5 二 炉温测量系统的构成炉温测量系统主要由感温元件和与之相配的测温线路和仪表构成 热处理中常用的感温元件有热电偶和热电阻 12 1炉温测量 一 感温元件 在温度测量中 热电偶的应用极为广泛 它具有结构简单 制造方便 测量范围广 精度高等许多优点 在温度测量中占有重要的地位 其测温范围较宽 一般为 50 1600 最高的可达到3000 6 1 普通装配型热电偶 普通型结构热电偶工业上使用最多 它一般由热电极 绝缘套管 保护管和接线盒组成 12 1炉温测量 1 热电偶类型 7 普通装配型热电偶的外形 安装螺纹 8 普通装配型热电偶的结构放大图 接线盒 引出线套管 固定螺纹 出厂时用塑料包裹 热电偶工作端 热端 不锈钢保护管 9 2 铠装热电偶 铠装热电偶又称套管热电偶 它是由热电偶丝 绝缘材料和金属套管三者经拉伸加工而成的坚实组合体 它可以做得很细很长 使用中随需要能任意弯曲 铠装热电偶的可安装在结构复杂的装置上 因此被广泛用在许多工业部门中 10 铠装型热电偶外形 铠装型热电偶可长达上百米 薄壁金属保护套管 铠体 B A 铠装型热电偶横截面 11 2 热电偶的测温原理 先看一个实验 热电偶工作原理演示 结论 两种不同材料的导体 组成一个封闭回路 如果两端结点温度不同 则回路中就会产生一定大小的电流 这个电流大大小与两种导体材料性质以及结点温度有关 这就是温差效应 热电极A 右端称为 自由端 参考端 冷端 左端称为 测量端 工作端 热端 热电极B 热电势 A B 12 12 1炉温测量 目前热电偶统一规定在T0 0 的条件下 给出测量端温度与热电势的数值对照表 即分度表自由端 约束条件 冷端温度必须为0 测温时 根据测出的热电势可通过查对应的分度表 查得所测的温度值 13 通过以上演示得出结论 有关热电偶热电势的讨论 或半导体 A B组合成闭合回路 若两结点处温度不同 则回路中将有电流流动 即回路中有热电动势存在 如果构成热电偶的两个热电极为材料相同的均质导体 则无论两结点温度如何 热电偶回路内的总热电势为零 均质导体定律 如果热电偶相等t t0 热电偶回路内的总电势亦为零 将两种不同的导体 两结点温度 14 中间导体定律利用热电偶进行测温 必须在回路中引入连接导线和仪表 接入导线和仪表后会不会影响回路中的热电势呢 中间导体定律 在热电偶测温回路内 接入第三种导体C 只要其两端温度相同 则对回路的总热电势没有影响 12 1炉温测量 16 二 热电偶冷端温度补偿 用热电偶的分度表查毫伏数 温度时 必须满足t0 0 C的条件 在实际测温中 冷端温度常随环境温度而变化 这样t0不但不是0 C 而且也不恒定 因此将产生误差 应想办法消除或补偿热电偶的冷端损失 12 1炉温测量 主要有 冷端恒温法 补偿导线法 计算修正法和电桥补偿法等几种 17 补偿导线法 采用相对廉价的补偿导线 可延长热电偶的冷端 使之远离高温区 可节约大量贵金属 易弯曲 便于敷设 所谓补偿导线 实际上是一对材料化学成分不同的导线 在0 100 温度范围内与配接的热电偶有一致的热电特性 但价格相对要便宜 若利用补偿导线 将热电偶的冷端延伸到温度恒定的场所 如仪表室 其实质是相当于将热电极延长 12 1炉温测量 18 如采用镍铬 镍硅热电偶测炉温 热端为800 冷端为50 仪表室为20 先分别查表得 E 800 0 33 277mV E 50 0 2 022mV和E 20 0 0 798mV 则不补偿时输入仪表的热电势为 E 800 50 33 277 2 022 31 255mV 相当于751 采用补偿导线后则为 E 800 20 33 277 0 798 32 479mV 相当于781 效果显著 12 1炉温测量 EAB t t0 EAB t 0 EAB t0 0 19 补偿导线外形 A B 保护层 20 三 常用热电偶及其特性 铂铑10 铂热电偶这种热电偶分度号为 S 它的正极是铂铑丝 铂90 铑l0 负极是纯铂丝 测温范围为0 1700 其特点是热电性能稳定 抗氧化性强 宜在氧化性 惰性气氛中工作 常用作标准热电偶或用于高温测量 镍铬 镍硅热电偶这种热电偶分度号为 K 它的正极是镍铬合金 镍90 5 铬9 5 负极为镍硅 镍97 5 硅2 5 测温范围为 200 1300 其特点是测温范围很宽 热电动势与温度关系近似线性 热电动势大及价格低 缺点是热电动势的稳定性较B型或S型热电偶差 镍铬 锰白铜热电偶这种热电偶分度号为 E 它的正极是镍铬合金 负极是铜镍合金 铜55 镍45 测温范围为 200 1000 其特点是热电动势较其他常用热电偶大 铂铑30 铂铑6热电偶这种热电偶分度号为 B 它的正极是铂铑丝 铂70 铑30 负极也是铂铑丝 铂94 铑6 故俗称双铂铑 测温范围为0 1700 其特点是测温上限高 21 12 2炉温控制 一 炉温控制系统 一 温度自动调节系统 炉温控制是指根据实际测量炉温对给定温度的偏差 接通或断开供给炉子的热源能量 或连续改变热源能量的大小 使炉温稳定在给定温度范围 以满足热处理工艺的需要 22 12 2炉温控制 炉温自动调节系统组成方框图 二 方框图 对于上图所示的自动控制系统 若能用一个简单的方法表示 则将使设计 分析的工作大大简化且明了易懂 23 12 2炉温控制 二 温度自动控制分类 热处理温度自动控制常用调节规律有 位式 二位式 三位式 比例比例积分比例积分微分等 电阻炉炉温控制是一个反馈调节过程 比较实际炉温和需要炉温得到偏差 通过对偏差的处理获得控制信号 去调节电阻炉的热功率 从而实现对炉温的控制 24 12 2炉温控制 1 炉温位式调节炉温位式调节系统是目前国内工广泛使用的一种炉温控制系统 它的特点是 结构简单 使用方便 成本较低 但调节精度不高 被调参数波动较大 调节器因频繁动作容易损坏 且噪声较大 故有逐渐被取代的趋势 位式调节属于断续式调节 它的最基本形式是二位式调节 二位式调节 它只有开 关两种状态 当炉温低于给定值时调节器输出 1 执行器接通 当炉温高于给定值时 调节器输出 0 执行器断开 执行器一般选用接触器 25 12 2炉温控制 比例调节 P调节 调节器的输出信号和偏差输入成比例 比例积分 PI 调节 在比例调节中添加积分 I 调节 积分调节是使调节器的输出信号与偏差对时间的积分成比例的调节规律 比例积分微分 PID 调节 比例积分调节中引入微分 D 调节 微分调节是指调节器的输出与偏差对时间的微分成比例 微分调节器在温度有变化 苗头 时就有调节信号输出 具有预见性 能产生超前的控制作用 在偏差还没有形成之前 已被微分调节作用消除 输出信号是按与输入信号成什么运算规律而动作的 26 微型计算机在热处理中的应用领域1 设计计算或计算机辅助设计 CAD 设计计算的内容包括 平衡常数计算 化学热力学和化学动力学计算 热处理炉热平衡计算等 计算机辅助设计包括热处理设备设计和热处理车间设计等 12 3热处理炉的计算机控制 2 数据处理 预测工件热处理后的性能及数据库建立计算机热处理数据库 利用数据库文件可以将各种试验数据和资料输入数据库 各种工艺试验数据作出处理 并根据数据库内的数据预测工件热处理后的性能 3 热处理工艺过程控制建立热处理工艺过程的数学模型 利用计算机的控制能力 对温度等参数和工序动作实行实时控制 或对热处理生产实行全面控制和监测 27 4 集散控制计算机系统可由一台中央计算机控制分散在各处的若干设备的过程控制计算 完成对一个车间 甚至对整个工厂的计