爐溫控制與儀表試驗指導(dǎo)

爐溫控制與儀表試驗指導(dǎo)一、用途XCT-101型動圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀表和熱電偶配合，除用于指示測量溫度外，還具有位式調(diào)節(jié)溫度的功能。它的結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，適用廣泛。二、主要技術(shù)性能1、安裝形式與正常工作環(huán)境安裝形式：儀表盤式工作環(huán)境：溫度0～50℃；濕度≤80%沒有強磁場；沒有強振動；沒有腐蝕性氣體。2、刻度弧長與精度等級刻度弧長：110mm精度等級：1.03、常用熱電偶及其測量范圍（由表1-1給出）表1-1XCT-101配用熱電偶及其測量范圍序號測量元件分度號測量范圍（℃）外接電阻（Ω）1鎳鉻-考銅EA-20～300；0～400；0～600；152鎳鉻-鎳硅EU-20～800；0～1100；0～13003鉑鐒-鉑LB-30~1300；0～16004、調(diào)節(jié)性能調(diào)節(jié)形式：二位調(diào)節(jié)式設(shè)定范圍：全量程的100%設(shè)定誤差：≤全量程的1%不靈敏區(qū)：≤全量程的0.5%越限（即指示針超越給定指針，仍有指示范圍）；≤全量程的5%輸出電接點容量：3A，220V5、工作電源與儀表重量電壓：交流220V±10%；消耗功率≤5VA重量：≤3kg三、工作原理本儀器由測量機構(gòu)、調(diào)節(jié)機構(gòu)、斷偶保護機構(gòu)和電源組成，如圖1-1所示。1、測量機構(gòu)磁電系動圈式儀表實質(zhì)上是測量微安級電流儀表。儀表的可動線圈的偏轉(zhuǎn)角與流過它的電流成正比。當(dāng)線圈與熱電偶串聯(lián)使用的時候，如果熱電偶回路的總電阻為常數(shù)，則線圈偏轉(zhuǎn)角與熱電偶回路的熱電勢成正比。如此，動圈表與規(guī)定的熱電偶配用，表盤直接以溫度示值刻度而成為直讀式溫度顯示儀表。雖然，作為溫度指標(biāo)儀表，不僅要求儀表與指定分度號的熱電偶配合使用，而且要求熱電偶回路的總電阻ΣR恒為常數(shù)。ΣR=Ri+Ro（1-1）Ri表示儀表內(nèi)電阻，產(chǎn)品設(shè)計時保證Ri在一定的環(huán)境溫度范圍內(nèi)是常數(shù)。它包括動圈電阻以及儀表測量電路中的量程電阻Ri和溫度補償電阻Rt和Rm。Ro表示儀表外電阻，它包括熱電偶本身電阻和熱電偶連接導(dǎo)線的電阻。為保證Ro為常數(shù)，產(chǎn)品設(shè)計時保證Ro為一定值（15Ω，標(biāo)明在表盤上）。儀表出廠時附加了一個與外電阻等值的錳銅電阻，這個電阻串聯(lián)在測量電路中。安裝儀表的時候，先將熱電偶及其連接導(dǎo)線的電阻測量出來，然后拆除這個錳銅電阻中的若干長度的電阻絲，使儀表外電阻（熱電偶及其連接導(dǎo)線，以及該錳銅電阻的電阻之總和）等于15Ω。儀表工作時，熱電偶冷端溫度在一般情況下并不為0℃，因此，當(dāng)熱電偶熱端溫度等于冷端溫度時，即熱電勢等于零，儀表指針應(yīng)指示冷端溫度值，滿足這種冷端溫度補償?shù)淖詈唵蔚姆椒ㄊ钦{(diào)整儀表的機械零點調(diào)節(jié)器，當(dāng)動圈表沒有信號輸入時，其指針至制熱電偶冷端溫度值。2、調(diào)節(jié)機構(gòu)參見圖3-1,儀表的調(diào)節(jié)機構(gòu)主要由偏差檢測器、高頻振蕩器、檢波與直流放大器及繼電器組成。測量指針上附著小鋁旗，給定指針上附著兩個串聯(lián)的扁線圈，稱為檢測線圈。給定指針可通過調(diào)節(jié)面板上的調(diào)節(jié)螺釘而使其置于全量程范圍內(nèi)的任意位置上。小鋁旗隨測量指針動作，可自由進出于這兩個線圈的間隙之中，這就是所謂偏差檢測器。檢測線圈與一個電容器并聯(lián)構(gòu)成的檢測諧振回路安插在高頻振蕩器的反饋電路中。當(dāng)小鋁旗完全進入檢測線圈的間隙之中，這個檢測線圈的固有頻率fo=10.6MHZ；當(dāng)小鋁旗離開檢測線圈時，檢測線圈的電感量增大，檢測諧振回路的固有頻率f≥10.6MHZ。高頻振蕩器的振蕩頻率fo=10.6MHZ，這個高頻信號經(jīng)檢波與放大器后輸出約20mA的直流電流，驅(qū)使繼電器吸合，繼電器觸點閉合。當(dāng)指針上的小鋁旗完全進入檢測線圈的時候，檢測諧振回路對fo呈高阻抗，振蕩器因振蕩條件不得滿足而停振，放大器輸出電流隨之減小，繼電器釋放，觸點斷開。當(dāng)鋁旗沒有完全進入檢測線圈的時候，檢測諧振回路對fo呈低阻抗，振蕩器正常工作。這是最簡單的二位式調(diào)節(jié)動作。3、斷偶保護機構(gòu)儀表使用過程中，有可能產(chǎn)生熱電偶回路斷線問題，熱電偶斷線后，動圈中沒有電流通過，指示針不偏轉(zhuǎn)，振蕩器總是處于振蕩狀態(tài)，接觸器觸點始終吸合，被控電爐往往造成“跑溫”事故，因此設(shè)置斷偶保護機構(gòu)，其電路原理如圖3-1所示。Ri是包括動圈在內(nèi)的儀表內(nèi)電阻，阻值數(shù)百歐姆，Ro是儀器外電阻，阻值15歐姆，RP（約10kΩ）和CP的阻抗（對50Hz交流）很大。當(dāng)熱電偶未斷線時，約12V的交流電源在動圈表輸入端只產(chǎn)生毫伏級的交流電壓，從而二極管D呈高阻抗。因此，動圈只因熱電偶電勢產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，而不受毫伏級的交流電壓的影響。當(dāng)熱電偶斷線后，由于Ri阻值較大，起不到對二極管D的短路作用。于是，12V交流電壓在正半周時主要通過D及Ro向Co充電（上的電壓，左正右負）；在負半周時，匯同Co的放電，在Ri上產(chǎn)生上正下負的電壓降，這個電壓足以驅(qū)使動圈偏轉(zhuǎn)直至鋁旗進入檢測線圈中為止，從而使繼電器釋放。圖1-1XCT-101工作原理圖四、儀表安裝使用方法1、一般型檢查(1)儀表外觀完好，零配件齊全。(2)機械零點調(diào)節(jié)螺釘是否使指示針在刻度零點附近的小范圍內(nèi)偏轉(zhuǎn)。(3)將儀表放平，讀數(shù)；再將儀表分別向前、后、左、右四個方向傾斜5°，指針示值之變化不應(yīng)超過儀表的基本誤差。(4)輕輕轉(zhuǎn)動一下儀表，使指針偏零點，察看是否指針能恢復(fù)指向零點。2、固定安裝儀表一般固定安裝在儀表柜前面板上，用夾板螺釘固定。儀表的安裝環(huán)境符合要求。3、接線測量線、控制線、電源線能必須正確地接在儀表后部相應(yīng)的接線端子上。特別要注意的是測量線必須是與熱電偶型號匹配的補償導(dǎo)線，而且，補償導(dǎo)線的正負極要與熱電偶的正負極以及與接線端子的正負極相對應(yīng)，不可接錯。電源線的中線接在“0”端鈕上。儀表的接地端鈕必須可靠地接地，不允許與電源線的中線連接。4、外電阻測量與調(diào)整儀表外電阻是指熱電偶電阻、補償導(dǎo)線電阻以及外線調(diào)整電阻之總和。應(yīng)該指出的是熱電偶及其補償導(dǎo)線電阻是指它在正常工作時的熱態(tài)電阻。這個電阻的測量可使用萬用表。為消除熱電勢對測量的影響，以及考慮到熱電勢可能的變化，宜采用“正-反-正”三次測量，第一次和第三次測量的平均值作為正向測量與反向測量的平均值就是外電阻的阻值。因為萬用表測量精度較低，最好備用一個15歐姆的標(biāo)準(zhǔn)電阻，先行校驗萬用表的讀數(shù)。測得熱電偶及其補償導(dǎo)線的電阻后，便可拆除部分外線調(diào)整電阻的錳銅絲。拆除部分的錳銅絲電阻應(yīng)等于上述測量電阻，如此，達到滿足儀表外電阻的要求。5、機械零點調(diào)整動圈儀表信號輸入時（熱電偶端溫度與冷端溫度相同時，或熱電偶與儀表的聯(lián)接斷開時），調(diào)整儀表機械零點位于熱電偶冷端溫度（通常就是儀表所處的環(huán)境溫度）。環(huán)境溫度會因季節(jié)變化，故儀表機械零點調(diào)整是要經(jīng)常進行的。五、儀表的校驗儀表一般都調(diào)試合格后出廠，用戶只要按照說明安裝即可使用。然而，不能完全排除儀表在裝運過程中的元件損壞或精度損失，因此儀表在安裝后或使用一段時間，應(yīng)該進行某些必要的性能測試。XCT-101型儀表主要檢查項目有測量精度、調(diào)節(jié)精度、以及斷偶保護的可靠性。XCT-101型儀表與熱電偶配合工作。在儀表檢查和校驗工作中，可用UJ-36型電位差計模擬熱電偶及其連接導(dǎo)線，用電阻箱模擬外線調(diào)整電阻，如圖3-2所示。圖1-2UJ-36型校驗XCT-101示意圖在表示UJ-36型電位差計的虛線框中，Eth表示等效輸出電勢，Rth表示等效輸出電阻。電位差計經(jīng)“對標(biāo)準(zhǔn)”后轉(zhuǎn)向輸出工作狀態(tài)，輸出的標(biāo)準(zhǔn)電勢等于面板測量盤毫伏示值，輸出等效電阻可由式（1-6）或式（1-7）以及參考實驗1-1或?qū)嶒?-2的結(jié)果計算。R′為電阻箱阻值，根據(jù)儀表對外電阻的要求，R′+Rth=15Ω。XCT-101型儀表的基本誤差為±1%，內(nèi)阻數(shù)百歐姆，因此，為滿足檢驗儀表的要求，外阻允許有零點幾個歐姆的誤差。

實驗3-1XCT-101型動圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀表的安裝與調(diào)校圖3-3是用XCT-101型動圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀表安裝的可謂最簡單的通斷式二位式爐溫自調(diào)系統(tǒng)。熱電偶插入被控電爐的爐膛中，熱電勢導(dǎo)致動圈偏轉(zhuǎn)，當(dāng)指示針示值低于給定針時，儀表位式調(diào)節(jié)器觸點K吸合，導(dǎo)致交流接觸器J吸合，電爐得電加熱。當(dāng)指示針示值等于或高于給定針示，儀表位式調(diào)節(jié)器觸點K釋放，導(dǎo)致交流接觸器J釋放，電爐失電，因散熱而降溫。如此，電爐爐膛溫度圍繞給定值上下波動，實現(xiàn)爐溫的自動調(diào)節(jié)。XCT-101型儀表安裝后應(yīng)給以必要的校驗及適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，在儀表檢查和校驗工作中，可參照圖1-2所示的方法，用UJ-36型電位差計模擬熱電偶及其連接導(dǎo)線，用電阻箱模擬外線調(diào)整電阻，主要檢查項目有示值精度、調(diào)節(jié)精度、斷偶保護，此外，還有外電阻檢查以及機械零點的檢查。圖1-3XCT-101儀表位式爐溫自調(diào)裝置本實驗要求：1、用實驗室單相電爐、XCT-101型動圈式儀表、熱電偶、交流接觸器組裝二位式爐溫自調(diào)裝置。2、用UJ-36型電位差計和一臺電阻箱校驗XCT-101型動圈式溫度指示調(diào)節(jié)儀表，主要檢查項目有機械零點、示值精度、調(diào)節(jié)精度、斷偶保護。3、檢查熱電偶回路電阻是否符合動圈儀表的要求。4、通過該實驗，學(xué)習(xí)位式溫度調(diào)節(jié)儀表與接觸器組成的自動爐溫調(diào)節(jié)裝置的接線及正確使用方法。要求掌握動圈式溫度儀表的校驗方法。

實驗3-2二位式爐溫自調(diào)系統(tǒng)的性能測試二位式爐溫自調(diào)系統(tǒng)是一種很常見的溫度控制系統(tǒng)，它利用通斷將爐溫穩(wěn)定在所需要的溫度上，因而必然導(dǎo)致動差。影響動差大小的因素很多，諸如，熱電偶絲直徑、熱電偶保護套管、調(diào)節(jié)儀表性能、電阻路的輸出功率及裝爐量等，都對系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度有所影響；因此，使用位式調(diào)節(jié)裝置，應(yīng)該對這些因素有所了解。本實驗要求：1、檢查出XCT-101溫度調(diào)節(jié)儀表與交流接觸器組成的自動保護爐溫調(diào)節(jié)裝置，檢查顯示儀表的冷端溫度是否與實際情況符合，若不符合，給予適當(dāng)調(diào)整。2、電爐通電升溫，給定溫度200℃，記錄整個升溫及保溫