溫度控制原理課件

1、溫度控制原理2009-11-252009-11-25第二版2022年1月20日星期四2 2溫度控制培訓(xùn)目的培訓(xùn)目的通過本次培訓(xùn)，使大家掌握溫度控制常用的元器件，以及溫度控制的基本原理，以及常見問題的解決方案。教材概述教材概述課時(shí)：1.5課時(shí) 注意：請(qǐng)帶筆和筆記本，做好培訓(xùn)筆記；另請(qǐng)把手機(jī)關(guān)機(jī)或者設(shè)為振動(dòng)。前言前言下次培訓(xùn)試題講解與討論；重點(diǎn)：主觀題的討論預(yù)計(jì)培訓(xùn)時(shí)間：預(yù)計(jì)培訓(xùn)時(shí)間：2009-12-022009-12-02（下周星期三）（下周星期三）2022年1月20日星期四3 3溫度控制目目錄錄溫度控制常用的元器件常見溫度控制系統(tǒng)的組成與分析PID控制原理常見溫度控制故障以及檢修方法4 420

2、22年1月20日星期四溫度控制一、溫度控制常用的元器件一、溫度控制常用的元器件1 1、溫度傳感器、溫度傳感器A）熱電阻 ：如PT-100 溫度是表征物體冷熱程度的物理量,它可以通過物體隨溫度變化的某些特性（如電阻、電壓變化等特性）來間接測(cè)量，金屬鉑(Pt)的電阻值隨溫度變化而變化,并且具有很好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性，利用鉑的此種物理特性制成的傳感器稱為鉑電阻溫度傳感器。通常使用的鉑電阻溫度傳感器零度阻值為100，電阻變化率為0.3851/。鉑電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn)定性好，應(yīng)用溫度范圍廣，是中低溫區(qū)（-200650）最常用的一種溫度檢測(cè)器。5 52022年1月20日星期四溫度控制R=100+0.38

3、51R=100+0.3851* *t t電阻法一、溫度控制常用的元器件一、溫度控制常用的元器件6 62022年1月20日星期四溫度控制小結(jié)：線性的溫度/電阻曲線，說明該傳感器的精度非常高，穩(wěn)定性好一、溫度控制常用的元器件一、溫度控制常用的元器件引出導(dǎo)線規(guī)格：引出導(dǎo)線規(guī)格：兩線制 傳感器電阻變化值與連接導(dǎo)線電阻值共同構(gòu)成傳感器的傳感器電阻變化值與連接導(dǎo)線電阻值共同構(gòu)成傳感器的輸出值，由于導(dǎo)線電阻帶來的附加誤差使實(shí)際測(cè)量值偏輸出值，由于導(dǎo)線電阻帶來的附加誤差使實(shí)際測(cè)量值偏高，用于測(cè)量精度要求不高的場(chǎng)合，并且導(dǎo)線的長(zhǎng)度不高，用于測(cè)量精度要求不高的場(chǎng)合，并且導(dǎo)線的長(zhǎng)度不宜過長(zhǎng)。宜過長(zhǎng)。三線制 采用三線

4、制會(huì)大大減小導(dǎo)線電阻帶來的附加誤差采用三線制會(huì)大大減小導(dǎo)線電阻帶來的附加誤差7 72022年1月20日星期四溫度控制一、溫度控制常用的元器件一、溫度控制常用的元器件常用保護(hù)管備注：保護(hù)套管的材料以及厚度直接決定其備注：保護(hù)套管的材料以及厚度直接決定其響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間8 82022年1月20日星期四溫度控制一、溫度控制常用的元器件一、溫度控制常用的元器件B）.熱電偶：熱電偶：K K型熱電偶（鎳鉻型熱電偶（鎳鉻- -鎳硅）鎳硅）原理：原理：如果兩種不同成分的均質(zhì)導(dǎo)體形成回路，直接測(cè)溫端叫測(cè)量端，接線端子端叫參比端，當(dāng)兩端存在溫差時(shí)，就會(huì)在回路中產(chǎn)生電流，那么兩端之間就會(huì)存在Seebeck熱電勢(shì)，即

5、塞貝克效應(yīng)。熱電勢(shì)的大小只與熱電偶導(dǎo)體材質(zhì)以及兩端溫差有關(guān)，與熱電偶導(dǎo)體的長(zhǎng)度、直徑無關(guān)9 92022年1月20日星期四溫度控制E Et t=c=c（t-tt-t0 0）電壓法（mVmV檔）檔）一、溫度控制常用的元器件一、溫度控制常用的元器件特點(diǎn)：特點(diǎn)：熱電偶具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、適用溫度范圍廣、使用方便、承受熱、機(jī)械沖擊能力強(qiáng)以及響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，常用于高溫區(qū)域、振動(dòng)沖擊大等惡劣環(huán)境以及適合于微小結(jié)構(gòu)測(cè)溫場(chǎng)合；但其信號(hào)輸出靈敏度比較低，容易受到環(huán)境干擾信號(hào)和前置放大器溫度漂移的影響，因此不適合測(cè)量微小的溫度變化。 10102022年1月20日星期四溫度控制一、溫度控制常用的元器件一、溫度控制常用的元

6、器件11112022年1月20日星期四溫度控制一、溫度控制常用的元器件一、溫度控制常用的元器件3.3.溫度傳感器選型溫度傳感器選型確確定溫度傳感器類定溫度傳感器類型型實(shí)實(shí)際使用溫度范際使用溫度范圍圍精度精度尺寸尺寸安裝固定方式安裝固定方式溫度傳感溫度傳感器的使用環(huán)境器的使用環(huán)境注意：如無特別約定，所有鉑電阻溫度傳感器的頭部 5mm長(zhǎng)度為溫度測(cè)量端。 2022年1月20日星期四1212溫度控制一、溫度控制常用的元器件一、溫度控制常用的元器件2.2.固態(tài)繼電器（固態(tài)繼電器（SSRSSR）SSR是一種全部由固態(tài)電子元件組成的無觸點(diǎn)開關(guān)元件，他利用電子元器件的電、磁和光特性來完成輸入與輸出的可靠隔離，

7、利用大功率三極管，功率場(chǎng)效應(yīng)管，單向可控硅和雙向可控硅等器件的開關(guān)特性，來達(dá)到無觸點(diǎn)，無火花地接通和斷開被控電路。一般普通型SSR,可按電流值的2/3選用。13132022年1月20日星期四溫度控制一、溫度控制常用的元器件一、溫度控制常用的元器件結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 三部分組成:輸入電路，隔離(耦合)和輸出電路優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1）高壽命，高可靠:SSR沒有機(jī)械零部件，由固體器件完成觸點(diǎn)功能，由于沒有運(yùn)動(dòng)的零部件，因此在高沖擊，振動(dòng)的環(huán)境下工作，由于組成固態(tài)繼電器的元器件的固有特性，決定了固態(tài)繼電器的壽命長(zhǎng)，可靠性高。（2）靈敏度高，控制功率小，電磁兼容性好:固態(tài)繼電器的輸入電壓范圍較寬，驅(qū)動(dòng)功率低，可與

8、大多數(shù)邏輯集成電路兼容不需加緩沖器或驅(qū)動(dòng)器。（3）快速轉(zhuǎn)換:固態(tài)繼電器因?yàn)椴捎霉腆w器件，所以切換速度可從幾毫秒至幾微秒。（4）電磁干擾小:固態(tài)繼電器沒有輸入線圈，沒有觸點(diǎn)燃弧和回跳，因而減少了電磁干擾。大多數(shù)交流輸出固態(tài)繼電器是一個(gè)零電壓開關(guān)，在零電壓處導(dǎo)通，零電流處關(guān)斷，減少了電流波形的突然中斷，從而減少了開關(guān)瞬態(tài)效應(yīng)。14142022年1月20日星期四溫度控制一、溫度控制常用的元器件一、溫度控制常用的元器件缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：（1）由于管壓降大，導(dǎo)通后的功耗和發(fā)熱量也大。（2）固態(tài)繼電器對(duì)過載有較大的敏感性，必須用快速熔斷器（可按額定工作電流的1.2倍選擇）或RC阻尼電路對(duì)其進(jìn)行過載保護(hù)。固態(tài)繼電

9、器的負(fù)載與環(huán)境溫度明顯有關(guān)，溫度升高，負(fù)載能力將迅速下降。1515散熱底座2022年1月20日星期四溫度控制一、溫度控制常用的元器件一、溫度控制常用的元器件3.3.加熱管：加熱管：電阻式、紅外加熱板電阻式、紅外加熱板電阻式加熱管：電阻式加熱管：16162022年1月20日星期四溫度控制一、溫度控制常用的元器件一、溫度控制常用的元器件紅外加熱板：紅外加熱板：主體為金屬板，其中在沿主體平面方向設(shè)有多個(gè)電熱管安裝孔，各電熱管安裝孔按要求間隔設(shè)置；在電熱管安裝孔內(nèi)設(shè)有電熱管；在主體上表面設(shè)有納米紅外材料層典型有志圣隧道爐典型有志圣隧道爐17172022年1月20日星期四溫度控制一、溫度控制常用的元器件

10、一、溫度控制常用的元器件當(dāng)18182022年1月20日星期四溫度控制一、溫度控制常用的元器件一、溫度控制常用的元器件3.3.溫度控制器溫度控制器A A）OMRON E5CZ-Q2/R2OMRON E5CZ-Q2/R219192022年1月20日星期四溫度控制一、溫度控制常用的元器件一、溫度控制常用的元器件20202022年1月20日星期四溫度控制電源電源報(bào)警信號(hào)輸出：報(bào)警信號(hào)輸出：兩組常開觸點(diǎn)，兩組常開觸點(diǎn)，不帶電源不帶電源輸出信號(hào)：電輸出信號(hào)：電壓源信號(hào)壓源信號(hào)輸出信號(hào)：無輸出信號(hào)：無源繼電器觸點(diǎn)源繼電器觸點(diǎn)輸入信號(hào)：分別輸入信號(hào)：分別為類比信號(hào)、為類比信號(hào)、熱熱電電阻、熱電偶阻、熱電偶21

11、212022年1月20日星期四溫度控制報(bào)警類型：報(bào)警類型：22222022年1月20日星期四溫度控制一、溫度控制常用的元器件一、溫度控制常用的元器件B B）RKC REX-P96RKC REX-P96：帶多段程序控制功能：帶多段程序控制功能23232022年1月20日星期四溫度控制一、溫度控制常用的元器件一、溫度控制常用的元器件4.4.超溫保護(hù)超溫保護(hù)原理性能：是當(dāng)被控制對(duì)象的溫度發(fā)生變化時(shí)，使溫控器感溫部?jī)?nèi)的工質(zhì)產(chǎn)生相應(yīng)的熱脹冷縮的物理現(xiàn)象（工質(zhì)體積變化），與感溫部連通一起的膜盒產(chǎn)生膨脹或收縮。通過杠桿原理，帶動(dòng)開關(guān)通斷動(dòng)作，達(dá)到恒溫目的。液脹式溫控器具有控溫準(zhǔn)確，穩(wěn)定可靠，開停溫差小，控溫

12、調(diào)節(jié)范圍大，過載電流大等性能特點(diǎn)。24242022年1月20日星期四溫度控制一、溫度控制常用的元器件一、溫度控制常用的元器件技術(shù)參數(shù)：技術(shù)參數(shù)：1、電氣性能：16(3)A-250V 10(1.8)A-400V2、斷開溫度：溫度設(shè)計(jì)范圍(-35+320)，根據(jù)具體型號(hào)而定3、產(chǎn)品壽命：10萬次4、電氣強(qiáng)度：AC2000V/1min5、常態(tài)絕緣電阻：100M6、接觸電阻：50m7、潮態(tài)絕緣電阻：10M8、溫度響應(yīng)速率：1.0/min9、最小電流：200mA 注意：注意： 安裝時(shí)不可將感溫管壓變形，毛細(xì)管折彎半徑不能小于5mm25252022年1月20日星期四溫度控制中間休息2022年1月20日星期

13、四2626溫度控制二、常見溫度控制系統(tǒng)的組成以及分析二、常見溫度控制系統(tǒng)的組成以及分析1 1、水槽加熱：、水槽加熱：溫度、水位溫度、水位A）電路圖27272022年1月20日星期四溫度控制二、常見溫度控制系統(tǒng)的組成以及分析二、常見溫度控制系統(tǒng)的組成以及分析1 1、水槽加熱：、水槽加熱：溫度、水位溫度、水位A）實(shí)物接線圖2828AC220VAC220V火線火線AC220VAC220V零線零線AC220VAC220VAC220VAC220V啟動(dòng)啟動(dòng)超溫超溫2022年1月20日星期四溫度控制C.水槽加熱系統(tǒng)分析溫度均勻性：循環(huán)水泵功率影響溫度精確性的干擾：傳感器的響應(yīng)速度、循環(huán)、產(chǎn)品的溫度、其它槽液

14、的帶入等超溫抑制：超溫保護(hù)、冷卻水29292022年1月20日星期四溫度控制2.烤箱A.烤箱結(jié)構(gòu)3030返回2022年1月20日星期四溫度控制B.烤箱加熱系統(tǒng)分析溫度均勻性：循環(huán)風(fēng)機(jī)功率、風(fēng)口的開度影響溫度精確性的干擾：傳感器的響應(yīng)速度、循環(huán)、產(chǎn)品的溫度、烤箱的密封性等超溫抑制：超溫保護(hù)降溫速度：壓縮氣、排風(fēng)速度以及排風(fēng)量、新風(fēng)口31312022年1月20日星期四溫度控制三、三、PIDPID控制原理控制原理1.溫度控制的基本結(jié)構(gòu)32322022年1月20日星期四溫度控制三、三、PIDPID控制原理控制原理2.2.溫度控制溫度控制 向溫度控制器輸入設(shè)定值使其動(dòng)作，但在有些控制對(duì)象的特性下可能無法

15、立刻讓溫度穩(wěn)定下來。一般來說要加快響應(yīng)速度，就會(huì)產(chǎn)生溫度超出的過調(diào)節(jié)和溫度振蕩，如果要消除這些現(xiàn)象就只能延遲響應(yīng)速度。但是在有些用途下，例如（1）那樣雖然發(fā)生了過調(diào)節(jié)仍要求盡快恢復(fù)穩(wěn)定控制，或者如圖（3）那樣就算費(fèi)些時(shí)間仍希望抑制過調(diào)節(jié)的情況也存在。也就是說對(duì)溫度控制的評(píng)價(jià)隨用途、目的的不同而不同。一把認(rèn)為圖（2）適當(dāng)?shù)目刂撇ㄐ巍?333振蕩的響應(yīng)（幾次重復(fù)超調(diào)之后才穩(wěn)定下來）合適的響應(yīng)難以到達(dá)變更后的設(shè)定值的響應(yīng)（緩慢）2022年1月20日星期四溫度控制三、三、PIDPID控制原理控制原理3. ON/OFF控制 當(dāng)前溫度如果低于設(shè)定值，將輸出ON，向加熱器通電，如果高于設(shè)定值，將輸出OFF后

16、切斷加熱器。像這樣以設(shè)定值為標(biāo)準(zhǔn)重復(fù)進(jìn)行ON/OFF操作，將溫度保持在固定水平的控制方式，操作量只有0%和100%兩種34342022年1月20日星期四溫度控制三、三、PIDPID控制原理控制原理4.PID控制A.PA.P動(dòng)作：動(dòng)作：輸出與輸入成比例的輸出的一種控制動(dòng)作。對(duì)于設(shè)定值具有一個(gè)比例帶，其中操作量（控制輸出量）與偏差成比例的的動(dòng)作就稱為比例動(dòng)作。一般當(dāng)前溫度低于比例帶時(shí)操作量就是100%，在比例帶內(nèi)時(shí)操作量與偏差成比例逐漸縮小，設(shè)定溫度與當(dāng)前溫度一致后操作量為50%。與ON/OFF動(dòng)作相比這種控制的振蕩較小且比較平滑。3535如果在溫度范圍0-400 的溫控器中，將比例帶設(shè)定為5%，

17、其范圍通過溫度換算為20 。此時(shí)，若設(shè)定溫度為100 ，就會(huì)產(chǎn)生90 以下輸出完全為ON，超過110 則為OFF時(shí)間段，而100 下ON/OFF的時(shí)間相同2022年1月20日星期四溫度控制三、三、PIDPID控制原理控制原理B.IB.I動(dòng)作：動(dòng)作：輸出與輸入的時(shí)間積分值成比例的輸出的一種控制動(dòng)作。在比例動(dòng)作中會(huì)產(chǎn)生偏移，因此在比例動(dòng)作中配合使用積分動(dòng)作，隨著時(shí)間推移，便宜會(huì)逐漸消失，控制溫度就會(huì)與設(shè)定溫度一致36362022年1月20日星期四溫度控制三、三、PIDPID控制原理控制原理C.DC.D動(dòng)作：動(dòng)作：輸出與輸入的時(shí)間微分值成比例的輸出的一種控制動(dòng)作。比例動(dòng)作和微分動(dòng)作是對(duì)于控制結(jié)果的一種修正，因此對(duì)于劇烈的變化，相應(yīng)必定會(huì)變慢。微分動(dòng)作就是對(duì)這種現(xiàn)象的一種補(bǔ)救措施。通過添加與溫度變化的斜率成比例的操作量來進(jìn)行修正動(dòng)作。對(duì)于劇烈的干擾給予較大的操作量，盡早的回復(fù)原先的控制狀態(tài)的一種動(dòng)作。37372022年1月20日星期四溫度控制三、三、PIDPID控制原理控制原理4.PID4.PID控制控制P:無振蕩平滑控制I:自動(dòng)修正偏移D:加快對(duì)于噪聲的響應(yīng)（對(duì)干擾的抑制速度）38382022年