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温度控制原理 2009 11 25 第二版 2020年1月29日星期三 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 2020年1月29日星期三 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 2020年1月29日星期三 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 2020年1月29日星期三 温度控制 R 100 0 3851 t 电阻法 一 温度控制常用的元器件 6 2020年1月29日星期三 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 2020年1月29日星期三 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 2020年1月29日星期三 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 2020年1月29日星期三 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 2020年1月29日星期三 温度控制 一 温度控制常用的元器件 11 2020年1月29日星期三 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 2020年1月29日星期三 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 2020年1月29日星期三 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 2020年1月29日星期三 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 2020年1月29日星期三 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 2020年1月29日星期三 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 2020年1月29日星期三 温度控制 一 温度控制常用的元器件 当 18 2020年1月29日星期三 温度控制 一 温度控制常用的元器件 3 温度控制器A OMRONE5CZ Q2 R2 19 2020年1月29日星期三 温度控制 一 温度控制常用的元器件 20 2020年1月29日星期三 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 2020年1月29日星期三 温度控制 报警类型 22 2020年1月29日星期三 温度控制 一 温度控制常用的元器件 B RKCREX P96 带多段程序控制功能 23 2020年1月29日星期三 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 2020年1月29日星期三 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 400V2 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 1min5 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 min9 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 2020年1月29日星期三 温度控制 中间休息 2020年1月29日星期三 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 2020年1月29日星期三 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 2020年1月29日星期三 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 2020年1月29日星期三 温度控制 2 烤箱 A 烤箱结构 30 返回 2020年1月29日星期三 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 2020年1月29日星期三 温度控制 三 PID控制原理 1 温度控制的基本结构 32 2020年1月29日星期三 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 2020年1月29日星期三 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 2020年1月29日星期三 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 2020年1月29日星期三 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 37 2020年1月29日星期三 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 38 2020年1月29日星期三 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 39 2020年1月29日星期三 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