溫度控制裝置的安裝與調試

1、 任務五 溫度控制裝置的安裝與調試任務描述溫度是日常生活和工業(yè)生產中最常見和最基本的參數(shù)，特別是在冶金、化工、機械各類行業(yè)中，廣泛使用各種加熱爐、熱處理爐、反應爐等，因此，溫度控制是家電產品或生產過程自動化的重要任務之一，常用的溫度控制設備是溫控器，作為電氣維修人員，需具備使用及維護溫控器的能力。在變壓器任務中，變壓器的絕緣處理用到了烘箱，烘箱上就有溫控器，我們將溫控器的溫度設定為80，然后烘箱開始加熱，當烘箱內的溫度達到80時，溫控器的觸點動作，切斷烘箱電源電路，停止加熱。因此溫控器起到了自動控制加熱設備的溫度。某廠的一臺烘變壓器的烘箱因元件和儀表老化，需要更換元器件和儀表，重新接線，現(xiàn)委派

2、電工班根據(jù)控制要求完成任務。學習目標1能正確描述溫控器的功能、分類及工作原理。2能正確分析描述溫度控制裝置的工作過程。3能正確按照控制要求完成簡單溫度控制線路的安裝與調試。學習情境一 溫控器的認識學習目標1能正確描述溫控器的功能、分類、結構及原理。2能正確操作溫控器面板進行參數(shù)設定。知識準備一、溫控器的功能溫控器在日常生活中經?？梢姡鐭玫碾娝畨兀ㄒ妶D5-2-1）就用到了溫控器（突跳式溫控器），當水壺中的水溫達到100時，溫控器的觸點動作，切斷電源，加熱器就停止加熱。的電壓 圖5-2-1 電熱水壺及內部溫控器溫控器是根據(jù)工作環(huán)境的溫度變化，在其內部發(fā)生物理形變，從而產生某些特殊效應，產生導

3、通或者斷開動作的一系列自動控制元件，或者電子元件在不同溫度下，工作狀態(tài)不同，以供電路采集溫度數(shù)據(jù)。二、溫控器的分類 按照溫控器的結構和不同的使用場合可以分為突跳式溫控器、液漲式溫控器、壓力式溫控器和電子式溫控器四種，其外形圖和使用場合如表5-1-1所示。表5-1-1 常用溫控器分類分類圖片應用場合突跳式溫控器用于家電產品（如飲水機、電熱開水瓶、家用暖水袋、熱水器、微波爐、電烤箱）液漲式溫控器用于電熱設備，制冷設備壓力式溫控器用于制冷（如電冰箱冰柜）、制熱設備電子式溫控器用于電暖和水暖的溫控控制三、溫控器的結構與原理在工業(yè)控制中常用的溫控器是電子式溫控器，這種溫控器帶有液晶顯示溫度和按鍵操作。電

4、子式溫度控制器是一種精確的溫度檢測控制器，可以對溫度進行數(shù)字量化控制。溫控器一般采用熱電阻或熱電偶作為溫度檢測元件，它的原理是：將NTC熱敏傳感器或者熱電偶設計到相應電路中，熱電阻或熱電偶隨溫度變化而改變，就會產生相應的電壓電流改變，再通過微控制器對改變的電壓電流進行檢測、量化顯示出來，并做相應的控制。電子式溫控制器具有精確度高、靈敏度好、直觀、操作方便等特點。電子式溫控器由四大機構組成：轉換顯示機構、設定機構、比較運算機構、輸出機構。當溫度傳感器把現(xiàn)場溫度轉換成電信號傳給溫控器，溫控器的轉換顯示機構把電信號轉換成數(shù)字顯示或模擬指示出來，并在內部與設定機構的設定值通過比較機構進行比較（或PID

5、運算）后通過輸出機構輸出給操控器（接觸器、固態(tài)繼電器、功率控制器），然后操控器再對加熱器、致冷器進行控制。四、溫控器的面板電子式溫控器的種類有很多，我們以典型的XMTA-5000型電子溫控器為例介紹其功能及使用方法。電子式溫控器面板有測量值顯示、設定值顯示、指示燈及按鍵等部件。如表5-1-2所示。 圖5-1-2 電子式溫控器面板圖表5-1-2 溫控器面板按鍵列表名稱作用測量值（PV）顯示器（紅）顯示測量值設定值（SV）顯示器（綠）顯示設定值設定鍵（SET）（1）SV設定：按SET鍵， SV顯示器個位小數(shù)點閃爍，可用其余三鍵修改參數(shù)（2）按住SET鍵超過5秒可進入第一層控制參數(shù)模式指示燈AT自整

6、定工作時亮ALM1第一路報警時亮ALM2第二路報警時亮OUT1控制輸出時亮減數(shù)鍵()在參數(shù)設定狀態(tài)下，作減數(shù)鍵加數(shù)鍵()在參數(shù)設定狀態(tài)下，作加數(shù)鍵移位鍵()在參數(shù)設定狀態(tài)下，作移位鍵與SET配合進入第二層功能參數(shù)模式五、溫控器的接線 XMTA-5000型電子溫控器的接線端子共有16個（如圖5-1-3所示），其中端子2、3接交流電源。端子6、7、8是溫控器的輸出信號端，6和8之間常閉觸點，6、7之間是常開觸點。端子9、10和11、12分別是第一組和第二組報警輸出。端子14、15、16接測溫元件（包括熱電阻或熱電偶）。 溫控器接通電源，當溫度檢測元件（熱電阻或熱電偶）檢測到被測物的溫度達到設定溫度

7、時，溫控器的繼電器輸出端（圖5-1-3中的6、7、8）的常開觸點斷開，常閉觸點閉合。 圖5-1-3 XMTA-5000型電子溫控器的端子接線圖 六、溫控器操作步驟1接通電源，此時電源指示燈亮，顯示窗進入自檢狀態(tài)，3秒鐘后PV窗口顯示實時測量溫度值，SV窗口顯示設定溫度值。2溫度設定：按設置鍵SET 此時PV窗口顯示S0字樣，同時SV窗口末位數(shù)字閃爍，根據(jù)用戶要求依次按 “” 或“”鍵和移位鍵“”依次設定溫度的小數(shù)點位，個位，十位和百位。例如：用戶需設定112.5度，不管原SV窗口顯示何值，先按一下設置鍵SET。PV窗口顯示S0字樣，SV窗口末位數(shù)字閃爍，然后依次按加數(shù)鍵“”、減數(shù)鍵“”和移位鍵

8、“”，設置SV窗口的值，依次設定小數(shù)點位“5”，個位“2”，十位“1”和百位“1”只能連續(xù)按十位鍵到11即可，然后再按下設置鍵“SET”設定完成。此時控制輸出指示燈亮度，PV測溫窗口溫度隨之變化，直至穩(wěn)定在設置值。小詞典從工業(yè)溫度控制器的發(fā)展過程來看，溫度控制技術大致可分以下幾種：第一種是定值開關溫度控制法，所謂定值開關控溫法，就是通過硬件電路或軟件計算判別當前溫度值與設定目標溫度值之間的關系，進而對系統(tǒng)加熱源（或冷卻裝置）進行通斷控制。若當前溫度值比設定溫度值高，則關斷加熱器，或者開動制冷裝置；若當前溫度值比設定溫度值低，則開啟加熱器，這種開關控溫方法比較簡單，在沒有計算機參與的情況下，用很

9、簡單的模擬電路就能夠實現(xiàn)。由于這種控制方式是當系統(tǒng)溫度上升至設定點時關斷電源，當系統(tǒng)溫度下降至設定點時開通電源，因而無法克服溫度變化過程的滯后性，致使系統(tǒng)溫度波動較大，控制精度低。第二種是PID線性溫度控制法，1922年美國的Minorsky在對船舶自動導航的研究中，提出了基于輸出反饋的比例積分微分（PID）控制器的設計方法，標志了PID控制的誕生。由于PID調節(jié)器模型中考慮了系統(tǒng)的誤差，誤差變化及誤差積累三個因素，因此，其控制性能大大地優(yōu)越于定值開關控溫法。其具體電路可以采用模擬電路或計算機軟件方法來實現(xiàn)PID調節(jié)功能。前者稱為模擬PID調節(jié)器，后者稱為數(shù)字PID調節(jié)器。其中數(shù)字PID節(jié)器的

10、參數(shù)可以在現(xiàn)場實現(xiàn)在線整定，因此具有較大的靈活性，可以得到較好的控制效果。采用這種方法實現(xiàn)的溫度控制器，其控制品質的好壞主要取決于三個PID參數(shù)（即比例值、積分值、微分值）。只要PID參數(shù)選取的正確，對于一個確定的受控系統(tǒng)來說，其控制精度是比較令人滿意的。它對大多數(shù)工業(yè)控制對象都能達到較好的控制效果，但它有明顯的缺點，比如依賴于對象模型，對于非線性、大滯后、時變系統(tǒng)控制效果不理想等。而且隨著生產的發(fā)展，對控制的實時性與精度要求越來越高，被控對象也越來越復雜，單純采用常規(guī)PID控制器己不能滿足系統(tǒng)的要求，因此出現(xiàn)了許多新的控制方法。比如自適應控制、最優(yōu)控制、智能控制、魯棒控制、滿意控制等，這些控

11、制策略引入到PID控制系統(tǒng)的設計當中極大地提高了系統(tǒng)的控制性能。任務實施一、實訓目的1.能完成溫控器的簡單測試接線2.能正確設定溫控器的基本參數(shù) 二、實訓內容 1溫控器簡單測試線路 圖5-1-4所示電路為溫控器簡單測試電路，溫控器的2、3端子接入交流電源，6、8端子接入燈，作為溫控器的負載，15、16端子接入可調直流電源，作為溫控器的輸入信號，當調節(jié)可調直流電源電壓時，PV窗口顯示的值發(fā)生相應變化。 圖5-1-4 溫控器簡單測試電路2.實訓器材溫控器簡單測試線路所需的實訓工具如表5-1-3所示。表5-1-3 序號分類名稱型號規(guī)格數(shù)量單位備注1工具電工工具1套2器材萬用表MF47型1塊3溫控器X

12、MTA-50001只4空氣開關1只5可調直流電源1臺6燈泡1只8消耗材料銅塑線BV1/1.37mm210米9銅塑線BV1/1.13mm215米10軟線BVR7/0.75mm210米11緊固件 M4*20螺桿若干只12M 4*12螺桿若干只134平墊圈若干只144彈簧墊圈及4螺母若干只15號碼管若干米26號碼筆1支2.實訓步驟（1）按表5-1-3 準備實訓器材（2）按圖5-1-5 布置元器件（3）按5-1-4 接線圖完成接線圖5-1-5 溫控器簡單測試電路實物圖 學習情境二 烘箱線路的安裝與調試學習目標1.能正確描述烘箱的功能、結構及原理。2.能正確描述熱電阻、熱電偶的功能、分類、原理及接線方式

13、。3.能正確安裝烘箱控制電路。知識準備一、烘箱的功能烘箱（恒溫干燥箱）是利用電熱絲隔層加熱物體的設備，它用于比室溫高5300范圍的烘焙、干燥、熱處理等。目前，烘箱廣泛應用于工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)療、高校及科研行業(yè)中。二、烘箱的系統(tǒng)構成1.烘箱結構烘箱由電源開關、電源指示燈、風門調節(jié)旋鈕、溫控器等組成。箱體由薄鋼板構成，工作室與箱體外殼間以玻璃纖維作保溫層材料。箱門中間有一玻璃窗，以供觀察工作室內之情況。箱內加熱恒溫系統(tǒng)主要由裝有離心式葉輪的電動機、電加熱器、合理的風道結構和溫度控制器組成。當接通干燥箱電源，并打開風機開關時，電動機即運轉，直接將位于箱內后部的電加熱器產生的熱量通過風道向上排出，經過工作

14、室內干燥物品再吸入風機，以此不斷循環(huán)，從而使工作室內溫度達到均勻。烘箱內部是一個典型的溫控系統(tǒng)。 a)烘箱外形圖 b）烘箱內電熱絲 c）烘箱內部控制電路圖5-2-1 烘箱結構圖2.烘箱電路的控制過程 圖5-2-2 烘箱內部電路框圖烘箱內部電路框圖如圖5-2-2所示，烘箱內部的溫度傳感器、溫控器、電加熱器構成了一個自動控溫系統(tǒng)，溫度傳感器作為溫度檢測元件，將烘箱內部的溫度信號變成電信號，傳給溫控器，當箱內溫度低于設定溫度時，溫控器內部開關使電加熱器（電熱絲）接通電源開始加熱，當烘箱內溫度達到設定溫度時，溫控器內部開關使電加熱器斷開電源，停止加熱。三、溫度傳感器 為了實時測量烘箱內的溫度，需要一個

15、能測溫的傳感器，就是溫度傳感器，它將溫度信號轉化成電信號傳送給溫控器進行溫度控制。常用的溫度傳感器有熱電阻和熱電偶。1.熱電阻熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度傳感器。它的主要特點是測量精度高、性能穩(wěn)定。它不僅廣泛應用于工業(yè)測溫，而且被制成標準的基準儀。（1）工作原理熱電阻是基于電阻的熱效應進行溫度測量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測量出感溫熱電阻的阻值變化，就可以測量出溫度。 （2）分類熱電阻按結構分，可分為普通型熱電阻、鎧裝熱電阻、端面熱電阻、隔爆型熱電阻等，見表5-2-1。表5-2-1 熱電阻分類表類別圖片特點普通型熱電阻適用于一般測溫場合鎧裝熱電阻鎧裝熱電阻外保護

16、套采有不銹鋼，內充滿高密度氧化物質絕緣體，機械強度高，適合安裝在環(huán)境惡劣的場合。端面熱電阻感溫元件由特殊處理的電阻絲材繞制，能更正確和快速地反映被測端面的實際溫度，適用于測量軸瓦和其他機件的端面溫度。隔爆型熱電阻把其外殼內部爆炸性混合氣體因受到火花或電弧等影響而發(fā)生的爆炸局限在接線盒內，生產現(xiàn)場不會引超爆炸。隔爆型熱電阻可用于有爆炸危險場所的溫度測量。（3）接線方式熱電阻和溫控器之間有三種接線方式：二線制、三線制和四線制，常用的是三線制，如表5-2-2所示。表5-2-2 熱電阻接線方式接線方式接線圖接線方法特點兩線式在熱電阻的兩端各連接一根導線來引出電阻信號連接導線存在引線電阻r，r大小與導線

17、的材質和長度的因素有關。這種引線方式只適用于測量精度較低的場合三線式在熱電阻的根部的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線這種方式可以較好的消除引線電阻的影響，是工業(yè)過程控制中的最常用的引線電阻。四線式在熱電阻的根部兩端各連接兩根導線這種引線方式可完全消除引線的電阻影響，主要用于高精度的溫度檢測2.熱電偶熱電偶是溫度測量儀表中常用的測溫元件，如圖5-2-3所示，它的測量精度比熱電阻更高。 圖5-2-3 熱電偶（1）工作原理熱電偶是把兩種不同材質的導體A和B組成閉合回路，如圖5-2-4所示，當連接點的溫度不同時，回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢熱電勢，這就是塞貝克效應。熱電偶就是利用

18、這一現(xiàn)象將溫度量轉換成電勢量的溫度傳感器。溫度較高的一端為工作端（測量端），溫度較低的一端為自由端（參比端）。 圖5-2-4 熱電偶結構示意圖在熱電偶回路中接入第三種金屬材料時, 只要該材料兩個接點的溫度相同, 熱電偶所產生的熱電勢將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中的影響。因此, 在熱電偶測溫時, 可接入測量儀表, 測得熱電勢后, 即可知道被測介質的溫度。如圖5-2-5所示。根據(jù)熱電勢與溫度的函數(shù)關系, 制成熱電偶分度表。分度表是冷端溫度在0時的條件下得到的，不同的熱電偶具有不同的分度表。 圖5-2-5 熱電偶接入儀表示意圖（2）熱電偶的接線 工業(yè)測溫用的熱電偶，其基本構造包括熱電偶絲材、

19、絕緣管、保護管和接線盒等。熱電偶使用時將其測量端置于氣體、液體等被測介質中，參比端接入二次儀表（如溫控器）中。（3）熱電偶的分類熱電偶按結構形式可分為普通工業(yè)型熱電偶和鎧裝型熱電偶。按分度號可分有主要有S、R、B、N、K、E、J、T八種。其中S、R、B屬于貴重金屬熱電偶，N、K、E、J、T屬于廉金屬熱電偶。S分度號的精確度等級最高，通常用作標準熱電偶。表5-2-3 熱電偶按分度號分類分度號熱電極材料 正極負極S鉑銠 10純鉑R鉑銠 13純鉑B鉑銠 30鉑銠6K鎳鉻鎳鉻T純銅銅鎳J鐵銅鎳N鎳鉻硅鎳硅E鎳鉻銅鎳（4）熱電偶的特點：   &

20、#160;  測量精度高：熱電偶與被測對象直接接觸，不受中間介質的影響。      熱響應時間快：熱電偶對溫度變化反應靈敏。     測量范圍大：熱電偶從 -40+ 1600 均可連續(xù)測溫。  （5）熱電偶冷端的溫度補償 由于熱電偶的材料一般都比較珍貴（特別是采用貴重金屬時），而測溫點到儀表的距離都很遠，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補償導線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內，連接到儀表端子

21、上。必須指出，熱電偶補償導線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對測溫的影響，不起補償作用。因此，還需采用其他修正方法來補償冷端溫度t00時對測溫的影響。 四、烘箱控制線路1.烘箱控制線路圖 烘箱控制線路圖如圖5-2-6所示。 圖5-2-6 烘箱控制線路圖表5-2-4 烘箱控制線路元件明細表元件名稱元件符號作用溫控器XMTA-5000控制接觸器是否工作，實現(xiàn)溫度控制熱電阻RT 溫度測量接觸器KM控制電熱絲加熱鼓風電機M使烘箱內的熱量均勻分布電熱絲RL1、RL2、RL3加熱電源開關K1控制烘箱控制線路的接通/斷開電熱/鼓風開關K2控制鼓風電機

22、運行/停止高/低溫開關K3控制電熱絲通電加熱的數(shù)量2.工作原理 （1）烘箱啟動、停止控制 合上電源開關K1溫控器接通電源 溫控器6、7端子之間的常開觸點閉合 接觸器KM線圈得電KM常開觸點閉合電熱絲RL1、RL3接通電源加熱設定溫控器溫度上限值“80”當熱電阻檢測到電熱絲已加熱至設定溫度溫控器的6、7端子之間的常開觸點斷開 KM線圈失電KM常開觸點失電電熱絲失電停止加熱。 （2）鼓風控制 為了使烘箱內的溫度均勻，同時也為熱電阻檢測到的溫度較精確，在線路接入鼓風機，鼓風機是一臺單相交流電動機，接通鼓風開關，鼓風機接通電源運轉。 （3）高/低溫控制 當K3打在高溫位置，RL2接入電源；當K3打在低溫位置，RL2未接入電源。小貼士熱電阻與熱電偶的區(qū)別1.測溫范圍不同：熱電偶使用在溫度較高的環(huán)境，熱電阻用于中低溫區(qū)。2.測量原理不同：熱電偶測量溫度的基本原理是熱電效應，熱電阻是基于導體和半導體的電阻值隨溫度而變化的特性而工作的。3.信號的性質不同：熱電阻本身是電阻，溫度的變化，使電阻產生正的或