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化工行業:溫度控制器的應用

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化工行業:

溫控器在實驗儀器中的應用

YL-6402智能型溫度控制儀是一種與熱電阻配合使用的自整定PID的調節儀表。它能適應不同的溫度控制對象,達到較為理想的控溫效果。

在實驗行業中,數量比較大的大致有以下幾種設備:

1)電熱干燥箱;2)鼓風干燥箱;3)恒溫水槽;4)電熱培養箱;5)真空干燥箱。

在這些設備中,對于1)電熱干燥箱;2)鼓風干燥箱;3)恒溫水槽相對而言,溫度控制比較容易獲得比較理想的效果,特別是有些設備的加熱功率分幾檔后,它可以視干燥箱內的物體多少調整加熱功率,這更能使溫度控制的效果更理想。對于電熱功率可以調整的設備,我們儀表的自整定一般放在中間檔比較合適。這樣,既放寬了溫度控制的范圍,又使使用中物件增加而有功率余量。

 

對于電熱培養箱的溫度控制,相對而言比較有難度,這是因為它的用途所決定的。這種設備往往是培養細菌用的,一般控制要求為37±0.5。為了達到這一溫度要求,減少溫度波動,箱體采用了隔水的方法,如圖11。這種方法雖然溫度波動小了,但是由于它先加熱水,水溫再傳到箱內二級進行傳遞,使溫度控制系統的熱慣性增大,控制難度增加;又因為37本身比較接近環境溫度,冬夏兩季的溫度本身也有幾十度的變化。那怕它的放在室內,房間有空調,溫度變化十幾度還是很正常的。而且這種設備的實際使用過程又不允許溫度有較大的過沖量。箱內溫度高達3940,細菌就可能被燒死。根據以上要求,對于隔水培養的溫度控制要求,我們必須用下降鍵進行自整定,即采用大微分、小積分時間的控制參數來克服系統的超調,達到較為理想的控制效果。另外,有條件的話,我們可以將系統加以改進,采用二路輸入的儀表對水溫、箱內溫度同時進行控制的方法達到更為理想的控制效果,如圖12                   

 

 

 

溫度的系統控制框圖如圖13

 

 


 

其工作原理如下:嚴格控制水槽溫度不超過38,當水槽溫度高于38后,不管箱內溫度是多少,(由于中途門打開可能箱內溫度會很低)儀表二輸出將不起作用。這樣,假如開門后再關上,也不會因箱體溫度降低后產生一個較大的偏差,而使控制輸出量很大而使溫度過沖,燒壞細菌,如圖1415

 

這就是對水溫進行鉗位(38)的作用。假如有條件將這二儀表做成一個專用儀表,那使用起來更理想。

5)對于真空干燥箱的溫度控制的分析:

真空干燥箱因為是真空的,它把熱量傳遞的三大途徑:傳導、對流、輻射的前二項抑制住了,只剩下輻射熱量傳遞。這使整個溫度控制系統的熱慣性大大增加,又由于內部真空往往內部的工作區域的溫度測量不能與溫度控制連接,給溫度控制帶來了麻煩。其結構如圖16所示

其系統框圖如17所示。

 

 

 

 


 

 

根據分析我們可以得知,加熱圈與傳感器的隔離對溫度控制曲線和箱體內水銀溫度計的實際溫度曲線將起很大的變化,如下圖所示:

 

從上圖的比較可以看出:如果傳感器距離加熱器太近,(圖18τ太小,表面上看溫度控制精度很高,但實際箱內工作溫度要經過很長的時間才能接近設定溫度(SP);如果傳感器距離加熱器太遠,(圖20τ太大,整個溫度控制系統過沖很大,波動也較大,使箱內溫度也產生過沖,系統很難穩定,箱內的實際工作溫度也很難穩定下來;如果傳感器選擇了合適的位置,τ適中,使控制溫度保持一定的過沖量,讓這塊過沖部分剛好彌補箱內實際溫度的滯后,這樣就能達到較為理想的控制效果。

因此,在真空干燥箱的溫度控制系統中,選擇合理的傳感器位置,對縮短箱內實際工作溫度達到給定值(SP)的時間,達到較為理想的溫度控制效果是至關重要的。

1. 連續電流輸出的溫控儀控制器調壓模塊

ND-8430I2控制移相調壓模塊,加熱元件為遠紅外加熱管,我們發現個別系統自整定后的控制效果不理想,溫度有波動。經測試后發現,移相調壓模塊的輸入和輸出不呈線性關系,如果輸入輸出呈上拋或下凹曲線,就會引起整個溫度控制系統在不同的輸出點的系統增益也隨之不同如圖21所示:

增益高的區域會引起系統振蕩(溫度波動),增益低的區域會影響控制精度。后來,我們只能降低系統增益來消除系統振蕩。

 

具體調整方法是:對PID自整定結束后仍有溫度波動的系統,采取將溫控儀的比例帶(P)再放大1.2~1.5倍的辦法來消除振蕩,若大于2倍才能穩定的調壓模塊我們認為線性太差了,會影響低增益區的控制精度,應更換品牌。

電路行業的溫度控制類型是相對比較全面的,加熱元件五花八門,功率從小到大,從單相加熱到三相加熱,非常具有代表性。通過舉一反三,我們也可以延伸到塑料機械、橡膠機械、包裝機械、印刷機械、制藥機械等等各種設備電加熱控制上,體會更廣泛的溫度控制樂趣。以上是我們的溫度控制儀表和可控硅觸發器在電爐行業實際應用的一些體會,歡迎大家參與討論,有不到之處請指正。

 

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