电子技术论文井式炉温度控制系统

　　这篇电子技术论文发表了井式炉温度控制系统，井式炉温度控制系统通过一系列的测温元件对温度进行准确的自动控制，从而达到控温效果，论文介绍了炉温控温系统的控温方式、控温原理，如何选择测温元件和测温仪表，介绍了井式炉温度控制系统是如何确定综合误差的，炉温监测与记录系统、炉温均匀性检测，通过一系列的实验得出了结论。

　　摘要：本文简要介绍井式炉的温度控制系统。通过对控温方式、测温元件、测温仪表的选择，炉温监测和记录系统的构建，采用AI智能调节器实现对井式炉温度的自动控制，提高炉温控制精度和均匀性，保证了工件的热处理质量。

　　关键词：电子技术论文,井式炉,炉温均匀性,AI智能调节器

　　1 引言

　　热处理工艺对温度控制精度和炉温均匀性要求非常严格。正确设计和选择加热炉的控温系统，是保证加热炉控温准确度的关键。根据热损失和热传递方式对井式回火炉的控温系统进行设计，遵循热处理工艺参数的要求，对控温方式、测温元件、测温仪表、炉温监测与记录系统进行选择设计，并对控温系统的综合误差进行分析及炉温均匀性进行检测，以达到合理的控温效果。

　　2 炉温控温系统

　　2.1 控温方式的选择

　　根据井式炉的原理、构造，采用三个单相电源通过晶闸管和三个固态继电器分别进行调节，实现各段功率的自动补偿。选用AI-808智能调节器，实现按时间比例的PID调节，强触发方式，通过双向晶闸管过零触发来调节控制温度。由于AI-808有P、I、D参数自整定功能及超调参数FS的设置功能，对不同的控制对象有较强的适用性，易于调试并可获得最佳控温效果，实现工作状态下炉内上、中、下三段温度均匀，炉内控温点为炉内中部双联两点控温，其原理图如图1所示。

　　图1 井式炉控温原理图

　　Fig.1 Temperature control system of shaft furnace principle frame diagram

　　2.2 测温元件及测温仪表的选择

　　根据井式炉的温度范围和温度变化情况，选用镍铬-镍硅(K型)热电偶，它具有热电势效率高、灵敏度高、稳定性好和均匀性好等优点。热电偶插入温场的深度不应小于保护管直径的(8~10)倍，减少测量误差。在允许范围内减少测温偶保护管的厚度和外径可减小测温的响应时间。若被测温度t=900℃,工艺要求测温准确度为±0.5%，测量允许绝对误差Δ绝为：

　　Δ绝=±0.5%×t=±0.5%×900=±4.5(℃) (1)

　　则选择一支(0-1000)℃，允许误差为±0.4%，即准确度等级为Ⅰ级的测温热电偶。

　　温度测量的准确与否，不仅与选用的测温仪表的准确度等级有关，而且还与测量仪表量程范围有关。在选用仪表量程时，同样准确度等级的仪表应尽量选用测量上限与被测温度相近的仪表。

　　2.3 控温系统综合误差的确定

　　在井式炉控温系统中，影响炉温测量准确度的因素很多。在炉子结构和控温方式确定后，影响炉温测量准确度的主要因素是参与温度测量与控温各仪表自身的误差，它包括测温元件，测温仪表，连接导线的误差。下面以井式回火炉为例计算如下。

　　被测温度t=500℃，热处理工艺要求控温准确度为±0.8%,即(500±4)℃,选用测温元件镍铬-镍硅热电偶(K型)的准确度等级为Ⅰ级,允许误差为±0.4%t;测温仪表量程为(0-600)℃，准确度等级为0.3级，即允许最大误差为±1.8℃;补偿导线选用精密级K型补偿导线，允许误差为±1.5℃,控温系统综合误差 按下式计算得:

　　= (℃) (2)

　　式中: 为控温系统综合误差(℃); 为热电偶的允许误差(℃); 为测温仪表的允许误差(℃); 为补偿导线的允许误差(℃)。

　　根据上式计算结果，控温系统综合误差为±3.1℃，小于热处理工艺要求的±4℃。即该控温系统的设计满足使用要求。

　　3 炉温监测与记录系统

　　该系统由位式温度调节仪表(XWGJ-101)，热电偶1，补偿导线等组成。由热电偶1所得到的测温信号被输入到位式调节仪表中，用于监测炉温变化并对温度显示记录。

　　在控温系统正常运动状态时，位式调节仪不参与控温，只对温度显示和记录。当智能表控制系统及主控温热电偶2发生故障时，通过转换开关接通转换电路转为位式调节仪表控温。

　　在整个控温系统中，所用的两支热电偶其型号规格均相同，测温准确度为Ⅰ级，允许误差为±0.4%t;此外两支热电偶插入炉内深度相同，且处于炉中各温区间同一水平放置，两孔距离相近，可视为两偶同处于同一测温点，该系统实现了双岗监测和校正，并且还可利用位式调节仪表的控制功能取得极限超温断电报警功能。

　　4. 炉温均匀性检测

　　炉温均匀性是指炉膛有效工作区内温度的偏差，是在空炉热平衡状态用“五点法”测定的。测试数据见表1。

　　表1 炉温均匀性检测数据

　　Tab.1 The test date of the uniform of vacuum furnace temperature

　　热电偶

　　序号 热电偶误差℃ 实测温度℃ 显示温度℃ 平均值℃ 绝对误差℃ 实测温度℃ 显示温度℃ 平均值℃ 绝对误差℃

　　1

　　+1.0 352.3 351.3

　　351.8

　　+1.8 552.3 551.3

　　551.8

　　+1.8

　　352.8 351.8 552.8 551.8

　　353.4 352.4 553.4 552.4

　　2

　　+1.5 353.0 351.5

　　351.3

　　+1.3 552.0 550.5

　　550.6

　　+0.6

　　352.9 351.4 551.9 550.4

　　352.5 351.0 552.5 551

　　3

　　+1.0 354.6 352.6

　　352

　　+2 553.6 551.6

　　551.4

　　+1.4

　　354.2 352.2 554.2 552.2

　　353.3 351.3 552.3 550.3

　　4

　　+1.0 350.6 351.6

　　351.4

　　+1.4 549.6 550.6

　　550.8

　　+0.8

　　350.3 351.3 550.3 551.3

　　350.4 351.4 549.4 550.4

　　5

　　+1.0 348.5 350.5

　　350.8

　　+0.8 547.5 549.5

　　549.8

　　-0.2

　　349.1 350.1 548.1 550.1

　　349.8 351.8 547.8 549.8

　　测温档次 炉温均匀性 控温精度 ±1℃

　　350℃ +0.8~+1.8℃ 测试结论:

　　炉温均匀性符合Ⅰ类炉

　　550℃ (-0.2~+1.8)℃

　　工艺要求的是产品温度的均匀性,即装入产品后温度的均匀性。一般装入产品后,由于气流循环吸热的变化，温度均匀性受到破坏,因此在炉盖顶部安装内冷式密封电动机带动的离心式风机,使气体在炉内不停地循环,使炉内温度更加均匀稳定。

　　5.结论

　　经过测试，按此方案设计的井式炉温度控制系统，控温精度准确，炉温均匀性好，在实际应用中控温综合能力满足了热处理工艺对炉温控制的要求，大大提高了工件的热处理质量。

　　参考文献

　　[1]柴天佑、王中杰、王伟.加热炉控制技术的回顾与展望. 冶金自动化 1988.5

　　[2]郑玉红 热处理炉温度均匀性测量方式的改进及数据处理. 西安航空技术 高等专科学校 2002.20(1):38-40

　　[3]AI人工智能工业调节器使用说明书(V6.5) 厦门宇光电子技术有限公司2002

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　　关键词:电子论文发表,全站仪,高程,三角高程,水准测量,闭合差,精度