完整版)加熱模塊設(shè)計(jì)

1、第3章加熱模塊的設(shè)計(jì)3.1加熱模塊設(shè)計(jì)框圖圖3-1加熱模塊設(shè)計(jì)框架圖如圖3-1,加熱單元系統(tǒng)由鉑電阻傳感器、智能顯示調(diào)節(jié)儀、功率放大驅(qū)動(dòng)器、電熱 絲、S7-1200PLC控制器以及附加的散熱風(fēng)扇、對(duì)射式傳感器組成。其中功率放大驅(qū)動(dòng)器， 智能顯示調(diào)節(jié)儀、對(duì)射式傳感器的電源都是直接從開關(guān)電源直接接取24V直流電。加熱電阻絲功率的大小可以靠有功率驅(qū)動(dòng)控制器進(jìn)行改變。加熱單元內(nèi)的當(dāng)前溫度和設(shè)定溫度值 可以直接在智能顯示儀表上顯示。對(duì)射式傳感器，可以適用于工業(yè)應(yīng)用中物料的到位檢測(cè) 及進(jìn)行暫停加熱處理。3.2加熱模塊硬件設(shè)計(jì)3.2.1測(cè)溫傳感器的選擇測(cè)溫傳感器的選擇，關(guān)系著整個(gè)加熱單元的成敗。通過測(cè)溫傳感

2、器測(cè)得實(shí)際狀態(tài)的溫 度，再與自己原先所要加熱到的溫度設(shè)定值進(jìn)行比較，具有十分重要的意義。經(jīng)過查閱， 我了解到常用的溫度傳感器主要為四種：熱電偶傳感器、熱敏電阻傳感器、熱電阻傳感器 以及集成電路溫度傳感器0通過對(duì)四種傳感器的了解，我對(duì)四個(gè)測(cè)溫傳感器進(jìn)行了比較。在測(cè)量溫度和測(cè)量精度 方面，熱電偶傳感器、熱敏電阻傳感器、熱電阻傳感器以及集成電路溫度傳感器四種傳感 器對(duì)應(yīng)的溫度范圍分別為：-270r -1800C、-100C -450 C、-250C -900C、-55C-150C。 測(cè)量精度分為為土 0.5C、土 0.1 C、土 0.01C、土 1 Co對(duì)比可得在溫度范圍都適用的情況 下，熱電阻RT

3、D傳感器的測(cè)量精度較高，所以選擇它作為加熱單元的測(cè)溫傳感器。而且鉑電阻傳感器在加熱單元中，要測(cè)的是整個(gè)加熱單元內(nèi)部空間的平均溫度，而熱電阻本來就是用來測(cè)空間平均溫度的，效果會(huì)比熱電偶好很多，熱電偶適合的是對(duì)點(diǎn)的測(cè)量。所以選 擇熱電阻作為加熱單元的測(cè)溫傳感器。熱電阻的RTD材料有三種，鉑、鎳、銅。因?yàn)槲覀円獪y(cè)量的是溫度變化的大小，所以選擇的材料，它要受溫度變化，電阻變化量比較大，這 樣才能比較容易測(cè)量。表3-1中，經(jīng)過對(duì)比PT （鉑）和CU （銅）的特性，在0C材料典型電阻率對(duì)比中，銅的電阻率比鉑的阻值率小。這說明銅比鉑需要更長(zhǎng)的長(zhǎng)度繞成敏感元件，從經(jīng)濟(jì)性比較，如果應(yīng)用銅作為熱電阻的材料，成本比

4、鉑做熱電阻RTD材料來得高。而且作為敏感元件，它的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，線徑越細(xì)，它的可靠性也越低。所以對(duì)比我選擇了鉑電阻制作的熱電阻傳 感器作為加熱單元的測(cè)溫傳感器。我選擇了三線制PT100鉑電阻傳感器如圖3-2。PT100鉑電阻的測(cè)溫范圍為-200 C-500 C,允許的偏差為允許偏差為土 （0.15+0.002I t I ） C。當(dāng)環(huán)境溫度為15 C-35 C的時(shí)候，可用電源電壓為10-100V DC直流。這 種傳感器具有耐腐蝕性高，防水性好的特點(diǎn)。采用三線制可以減小引線電阻帶來的影響。PT100三根引出線，紅、藍(lán)、藍(lán)，依次假設(shè)為 A、B、C,則用萬能電表測(cè)，可以測(cè)得 AB 之間，AC之間的電阻大概

5、都為110Q左右，BC之間的電阻近似為0Q。表3-1 PT （鉑）和 CU （銅）特性比較熱電阻RTD材料0C時(shí)熱響應(yīng)0C材料典型電阻率鉑0.00385 Q / QC9.81X10- 6Q/m鎳0.00672 Q / QC5.91X10-6/m銅0.00427 Q / QC1.53X10-6/m圖3-2三線制鉑電阻傳感器322智能顯示調(diào)節(jié)儀的選擇智能顯示調(diào)節(jié)儀我選擇聯(lián)泰儀表有限公司生產(chǎn)的智能顯示調(diào)節(jié)儀，型號(hào)為XMTF-8322-99PD。如圖3-3是它的面板，圖3-4是它的背面接線端。圖3-3智能調(diào)節(jié)儀XMTF-8322-99PD面板A_16115 V14 I 13 1 12 I 11 I 1

6、0 I 9H DC24VS2SP1圖3-4智能調(diào)節(jié)儀XMTF-8322-99PD背面接線端智能調(diào)節(jié)儀XMTF-8322-99PD的工作溫度范圍為0 C-50 C,符合實(shí)驗(yàn)室的溫度要 求。15、16引腳為電源的接線端，工作電壓為 DC直流24V或者AC交流220V,既可以 從插座直接接取220V電壓，又可以通過PLC或者其他電子儀器內(nèi)置的開關(guān)電源直接接取 24V直流電。XMTF-8322-99PD表明它有三組繼電器，變送輸出為 DC直流的1-5V。 1、2 端子可以接熱電偶，或者1、2、3端子可以接熱電阻，例如上述有講到的鉑電阻，藍(lán)、藍(lán) 兩條引出線接1、2,紅線接第3端子就可以。1、4端子可以接

7、電壓輸入，1、4、5端子可 以接電流輸入。4、5、6可以接溫度變送器。7、8為直流輸出0-5V。9、10、11、12可以 接兩個(gè)繼電器。所以它的輸入信號(hào)多樣，輸出多樣，既可以做鉑電阻傳感器測(cè)溫的實(shí)驗(yàn)， 又可以做其他實(shí)驗(yàn)的擴(kuò)展，方便實(shí)驗(yàn)室的使用。323加熱電阻絲的選擇圖3-5 400W 加熱電阻絲如圖3-5,選擇最常見的400W加熱電阻絲。這種類型的電阻絲耐高溫、而且升溫快。 電阻波動(dòng)和功率偏向小，平常是適用于各類烘箱或者小型電爐的，它的使用壽命長(zhǎng)。使用 這種類型的加熱電阻絲，材料容易獲得，而且價(jià)格便宜03.2.4功率驅(qū)動(dòng)器的選擇控制加熱單元內(nèi)部空間的溫度，并不是控制加熱電阻絲對(duì)空間進(jìn)行加熱，而只是控制 電熱絲，那么只需要調(diào)壓改變功率就可以了，變化電壓即可達(dá)到控制電熱絲的功率即發(fā)熱 量的目的。選擇藍(lán)天電子公司生產(chǎn)的型號(hào)為L(zhǎng)K-03的有刷控制器如圖3-5，作為加熱電阻絲的功率驅(qū)動(dòng)器，它內(nèi)部可控硅調(diào)壓電路調(diào)節(jié)電壓大小對(duì)其進(jìn)行功率控制，對(duì)加熱電阻絲 的功率進(jìn)行改變。有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器使用的電源為DC直流24V，可直接從開關(guān)電源接取24V直流電源。圖3-6藍(lán)天電子有刷控制器325散熱風(fēng)扇的選擇散熱風(fēng)扇我選擇銳風(fēng)公司生產(chǎn)的，DC直流電壓24V, 0.14A , 4010風(fēng)機(jī)。DC直流24V電源，我可以直接設(shè)計(jì)一個(gè)開關(guān)量來控制它，需要散熱時(shí)，控制開關(guān)量轉(zhuǎn)動(dòng)風(fēng)扇對(duì)其