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智能全自动控制系统


加热器的温度控制系统
双金属片温控器
双金属温控器是一种最简单的控温方法,旋动温控器上的旋钮,可以设置不同的控制温度,适用于对温度精度要求不高的场合。
液胀式温控器
液胀式温控器是工业控温中最广泛的一种方式,感温包设置于需要控温的场合,通过毛细管和温控开关连接,当感温包外温度变化时,其中的液体热胀冷缩,并通过毛细管推动开关动作,达到关闭和开启加热器的目的。它广泛适用于传导型和对流型加热设备,但它不适用于:
控温精度要求较高的场合,一般温度控制触点动作频繁的场合
温度控制在设在危险场合
电气原理示意如图

温度传感器
电偶:热电偶是一种根据联接在一起得两种不同金属会因温度的不同,产生不同的微弱电势的原理制成的一种温度传感器,通过二次仪表对加热系统进行控制。对不对同的温度范围,要选用不同分度号的热电偶,见表所示。
分度号
测量范围
变化值Mv/t
J
-210-1200℃
请参照国际温标
《热电偶铂热电阻应用手册》
K
-200-1300℃
T
-200-350℃
E
-200-900℃
目前用量最大的是K分度号热电偶,测温范围为-200-1300℃。其具有线性度好、热电动势较大、灵敏度较高、稳定性和均匀性较好、抗氧化性能强、价格便宜等优点,在工业上被广泛应用,但它也有以下缺点
小范围内的测量,其信号变化非常微弱
寿命会影响精度
热电阻:电阻型温度传感器是一种铂电阻,其电阻随温度的变化而精确地变化,它通常是三线制,在低温区,其精度比热电偶精度更高。常用的为Pt100,其电阻在20℃时为108Ω。一般使用温度为500℃以下。

“开/关”型控制:这种控制是当温度高于设定值时,加热器关闭,反之则加热器开启,温度始终在一个范围内,见图,这种控制形式简单可靠,一般用于传导型或对流型加热的场合。

比例型控制:在一个温度范围内,(即通常说的比例带,一般为±10℃),当低于这个时,加热器满功率运行,高于这个范围,加热器被关闭,在这个范围时,则加热器功率随温度的升高而降低,最后稳定于某点,如图所示,比例型控制可消除″开/关″型控制的温度波动,但温度的稳定点因加热系统的不同而不同,见图。所以第一次开启加热系统并达到稳态时,要用手工对稳定点进行补偿;为了控制精度,比例控制一般不用于负载变化范围较大的场合

比例微积分控制(PID控制):比例积分控制是在比例控制的基础上增加积分、微分控制,在正确设定PID参数后(也可自动设定),可减少或消除,起始时的温度波动和温度偏差,并很快在温度设置处稳定下来。见图,PID控制常用于控温精度较高或负载波动较大的场合。

串级控制:上述的控制,在负载变化较大时,其温度很难一直维持在设置值。为达到这一目的,我们可以增加一个和更多个传感器,监视负载的变化,在温度还未变化时,就及时调整功率,保证温度的稳定。例如,在一个加热流动介质的系统中,流量变化时PID控制要等温度变化时才会调整功率,这有一个较大的迟后性,而串级控制,有一个流量传感器,当流量变化时,功率就及时调整,保证了介质温度的稳定性。控制系统可以方便地和DCS系统联络,实现中央控制。

在比例控制和PID控制中都涉及到调功的问题,调功一般通过以下三种方式来调整电加热器的输出功率。
通过调整可控硅的导通角,调整加热器的有效电压,如图所示。
调整加热器输出的通断比,如图所示。
多级控制:对于大型加热器,可控硅或固态继电器的载流量已不能满足需要,所以一般采用多级控制系统,即把加热系统分成数个独立的加热组,其中一组用可控硅或固态继电器控制,其余的用接触器控制,根据比例控制或PID控制的信号,自动调整各接触器的动作和可控硅或固态继电器控制的加热组的输出功率,实现大功率加热器的无级调功,以避免温度的波动和加热系统对电网的冲击。控制过程如图所示。



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