調(diào)質(zhì)熱處理的溫度與檢測(cè)控制.doc

調(diào)質(zhì)熱處理的溫度與檢測(cè)控制Kt833-1-17蘇峰摘 要： 溫度檢測(cè)在自動(dòng)控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)中的使用是相當(dāng)廣泛的，系統(tǒng)往往需要針對(duì)控制系統(tǒng)內(nèi)部以及外部環(huán)境的溫度進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)溫度條件的變化進(jìn)行必要的處理，如：補(bǔ)償某些參數(shù)、實(shí)現(xiàn)某種控制和處理、進(jìn)行超溫告警等。因此，對(duì)所監(jiān)控環(huán)境溫度進(jìn)行精確檢測(cè)是非常必要的，尤其是一些對(duì)溫度檢測(cè)精度要求很高的控制系統(tǒng)更是如此。良好的設(shè)計(jì)可以準(zhǔn)確的提取系統(tǒng)的真實(shí)溫度，為系統(tǒng)的其他控制提供參考；而相對(duì)不完善的電路設(shè)計(jì)將給系統(tǒng)留下極大的安全隱患，對(duì)系統(tǒng)的正常工作產(chǎn)生非常不利的影響。硬件要求 RJX410箱式電阻爐 熱電偶高溫計(jì)熱處理概述 目的是獲得較高的力學(xué)性能的回火索氏體+石墨組織，采用淬火+高溫回火熱處理工藝。工藝規(guī)范為860900攝氏度加熱，保溫結(jié)束后采用水冷或油冷，然后在550620攝氏度進(jìn)行回火，回火后冷卻方式一般為空冷，也可以采用油冷和水冷。 硬件設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)電路通常由溫度探測(cè)、數(shù)模轉(zhuǎn)換以及結(jié)果處理等部分組成。溫度探測(cè)電路將環(huán)境溫度轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后送處理器進(jìn)行必要的處理，從而獲得相應(yīng)的環(huán)境溫度參數(shù)1，如圖1所示。圖1 功能框圖其中，溫度檢測(cè)部分一般采用熱電偶。目前出現(xiàn)了一些專用的溫度探測(cè)芯片，精度大大提高，而且對(duì)溫度改變的靈敏度也達(dá)到了非常高的標(biāo)準(zhǔn)，如National公司的IM35系列。溫度探測(cè)電路一般是將溫度的變化轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)的變化，因此需要通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)才能為處理器所接受，從而通過計(jì)算獲得真實(shí)的溫度信息以便處理器進(jìn)行進(jìn)一步的處理。由于在較大的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，常常需要進(jìn)行多點(diǎn)的溫度檢測(cè)，同時(shí)在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中特別是在高頻電路設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)總線的干擾是很嚴(yán)重的。因此使用支持多路轉(zhuǎn)換功能的串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器件無疑是很好的選擇，常見的如AD公司的AD7811和AD7812系列等。下面以National公司的I M35系列溫度傳感器和AD公司的AD7812模數(shù)轉(zhuǎn)換器為例，討論基于支持串行總線多通道、高精度溫度檢測(cè)方案的設(shè)計(jì)思想。其電路原理框圖如圖2所示。圖2 系統(tǒng)硬件框圖LM35系列芯片是一種高精度的溫度探測(cè)器，它的輸出電壓正比于當(dāng)前環(huán)境溫度，在室溫下，它的探測(cè)精度可以達(dá)到14，在一55+150 區(qū)間，它的精度可以達(dá)到34，它的典型變化趨勢(shì)是溫度每變化l，電壓變化10mV，其溫度電壓轉(zhuǎn)化公式為： V = 10mVC 公式(1)式中： 為轉(zhuǎn)換輸出電壓，C為系統(tǒng)實(shí)際溫度。AD7812是一種串行AD轉(zhuǎn)換芯片，它支持最多8通道輸入(AD78ll為4通道)，這樣我們就可以很容易的設(shè)計(jì)支持多路溫度檢測(cè)的電路2。AD7812的工作方式由一片內(nèi)部控制寄存器決定，它可以由Convst腳的脈沖輸入啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，也可以通過軟件控制完成轉(zhuǎn)換，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于軟件控制更加靈活，所以一般采用軟件控制的方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換，它的控制寄存器定義如下：A0 用于支持兩塊或更多的AD7812共享串行總線，由該位決定具體訪問哪片AD7812只有當(dāng)某片AD7812的A0位置l時(shí)，才能對(duì)其進(jìn)行訪問。當(dāng)串行總線上只有一片AD7812時(shí)，該位可以忽略；PD0、PD1 決定電源工作狀態(tài)；當(dāng)設(shè)置為時(shí)，電源處于完全關(guān)斷狀態(tài)；當(dāng)設(shè)為Ol時(shí)，在轉(zhuǎn)換完成后部分關(guān)閉電源；當(dāng)設(shè)為l0時(shí)，在轉(zhuǎn)換完成后完全關(guān)閉電源；當(dāng)設(shè)為11時(shí)，電源始終處于開啟狀態(tài)；Vin8 AGND要使該位生效，DIFFSGI位必須設(shè)為0，當(dāng)該位為0時(shí)，8路模擬輸入都以AGND作為參考；當(dāng)該位為1時(shí)，Vinl到Vin7共7路模擬輸入，以Vin8作為參考；DIFFSGL 該位用于決定8路模擬輸入信號(hào)的輸入?yún)⒖紶顟B(tài)；CH2、CH1、CH0 通道選擇，選擇一路模擬輸入通道；CONVST 軟件啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，設(shè)置該位為l初始化一次轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換結(jié)束后該位被清零；EXTREF 選擇外部參考。由于AD7812是一種串行接口芯片，所以與其通訊的CPU最好支持串行通訊，這樣編程實(shí)現(xiàn)比較方便。市場(chǎng)上支持串行通訊的CPU很多，資料也很詳盡，在此就不多做介紹了。 軟件編程軟件控制主要針對(duì)AD轉(zhuǎn)換芯片AD78l2進(jìn)行控制。需要完成模數(shù)轉(zhuǎn)換、串行數(shù)據(jù)讀取等功能。AD7812有兩種工作狀態(tài)，模式1在轉(zhuǎn)換完成后不關(guān)閉電源；模式2在轉(zhuǎn)換完成后關(guān)閉電源。一般情況下都選用模式l工作方式，以下就主要針對(duì)模式1工作方式展開討論。圖3 控制時(shí)序圖圖3是一種典型的控制時(shí)序圖，首先置PD0、PD1位為l，開啟片內(nèi)電源，使芯片開始工作；在下一個(gè)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換完成后，數(shù)據(jù)總線上數(shù)據(jù)就有效了，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)就可以串行輸出了。從圖中可以看出，第一次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)是無效的，這是因?yàn)槠瑑?nèi)電源還未開啟，這是編程者需要注意的地方。圖4 通訊時(shí)序圖圖4就是實(shí)際通訊時(shí)序圖。RFS是接收數(shù)據(jù)同步信號(hào)，TFS是發(fā)送數(shù)據(jù)同步信號(hào)。平時(shí)，Dout的輸出處于高阻狀態(tài)，在RFS上升沿后的第一個(gè)SCLK上升沿，Dour輸出數(shù)據(jù)有效，在第11個(gè)SCLK上升沿后，Dour重新回到高阻狀態(tài)；在TFS下降沿后的第一個(gè)SCLK下降沿。Din線上的數(shù)據(jù)串行移入片內(nèi)，在第l3個(gè)SCLK降沿，片內(nèi)控制寄存器內(nèi)容被更新。在這里要注意，SCLK時(shí)鐘個(gè)數(shù)一定要保證，否則容易產(chǎn)生問題。硬件使用 熱處理電阻爐 將電流通過金屬或非金屬電熱元件，使其發(fā)出熱量，借助輻射或?qū)α髯饔眉訜嵩臒崽幚頎t，依照要求我們選擇中溫爐來使用。熱處理電阻爐是以電為能源，通過爐內(nèi)電熱元件將電能轉(zhuǎn)化為熱能而加熱工件的爐子，其特點(diǎn)如下：1、結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，安全；2、工作溫度范圍寬，容易進(jìn)行快速加熱并得到高溫，且可實(shí)現(xiàn)從材料內(nèi)部加熱升溫；3、可實(shí)現(xiàn)可控氣氛或真空加熱，工件熱處理后氧化、脫碳少；4、熱效率高，單位能耗低，無污染；5、容易實(shí)現(xiàn)爐溫和動(dòng)作程序的準(zhǔn)確控制，爐膛溫度分布均勻，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化；6、需要增加配電設(shè)備費(fèi)用，電力成本高。 調(diào)質(zhì)熱處理中溫度檢測(cè)設(shè)備的選擇與方法的分析 （一）爐溫的測(cè)量采用熱電偶高溫計(jì)。電偶高溫計(jì)由熱電偶、溫度指示調(diào)節(jié)儀和連接導(dǎo)線組成。熱電偶由兩根金屬絲組成，測(cè)量1000以下爐溫時(shí)，這兩根金屬絲分別為鎳鉻合金絲和鎳鋁合金絲。兩根金屬絲的一端焊接在一起，另一端用連接導(dǎo)線與溫度指示調(diào)節(jié)儀相連。熱電偶的焊接端用陶瓷套管和金屬套管保護(hù)后插入加熱爐內(nèi)，焊接端的溫度與爐內(nèi)溫度一致。與溫度指示調(diào)節(jié)儀相連的一端則保持室溫不變。隨爐內(nèi)溫度變化，熱電偶兩根金屬絲組成的回路中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)并隨之變化，這種變化由溫度指示調(diào)節(jié)儀檢測(cè)并轉(zhuǎn)化為溫度值顯示出。二）中溫箱式電阻爐的熱電偶，一般都垂直安裝在爐頂上，且位于中心線偏后的地方，以使其處于爐膛溫度的均勻區(qū)。為了保證熱電偶能較真實(shí)的反映爐膛的溫度和近可能接近工件的溫度，熱電偶必須有足夠的插入深度，一般規(guī)定不得小于其保護(hù)管外徑的810倍。還應(yīng)根據(jù)具體情況加以調(diào)整，如爐膛尺寸較大時(shí)應(yīng)插入深些，反之則可淺些；裝爐量較大時(shí)，熱電偶可插入工件間的空隙中。在決定熱電偶插入深度的同時(shí)，還要保證其冷端溫度的穩(wěn)定且不得超過100。為此，應(yīng)盡量避免接線盒靠近爐壁，熱電偶與插孔間的縫隙應(yīng)用石棉繩等塞嚴(yán)。在使用過程中，要防止熱電偶的污染以免其熱電特性發(fā)生變化。熱電偶及其補(bǔ)償導(dǎo)線與顯示儀表連接時(shí)，要嚴(yán)格符合抗干擾的要求，以盡可能排除外界干擾，減