温度检测与控制实验系统论文

温度检测与控制实验系统设计

设计任务

1、设计参数

被测温度1200。C，最大误差不超过±1。C

2、设计要求

（1）被控对象为小型加热炉，供电电压220V AC，功率2kW，用可控硅控制加热炉温度；（2）通过查阅相关设备手册或上网查询，选择温度传感器、调节器、加热炉控制器等设备（包括设备名称、型号、性能指标等）；

（3）设备选型要有一定的理论计算；

（4）用所选设备构成实验系统，画出系统结构图；

（5）列出所能开设的实验，并写出实验目的、步骤、要求等。

课程设计评语

设计报告成绩（30%）设计过程成绩

（30%）

答辩成绩

（40%）

总成绩

摘要

本文介绍了一个简单的温度检测与控制系统的设计。该系统的被控对象为小型加热炉，供电电压为220VAC，功率2KW，被测温度1200度，误差不超过±1℃。本设计通过热电偶测量加热炉内液体的温度，将热电偶的输出信号直接传输到调节器，该调节器内部集成有变送器，并且可设定给定温度值，本实验为1200度。调节器将偏差信号输出到可控硅调功器，可改变晶闸管导通时间，从而调节输出平均电压的大小，实现加热炉温度的控制。

关键词: 热电偶调节器可控硅调功器

目录

第一章前言 (3)

第二章设备选型 (3)

2.1 温度传感器 (3)

2.2 调节器 (5)

2.3执行器 (7)

第四章系统结构图 (12)

第五章总结 (13)

参考文献 (13)

附录一：开设试验 (13)

第一章前言

温度是生活及生产中最基本的物理量，它表征的是物体的冷热程度。自然界中任何物理、化学过程都紧密的与温度相联系。在很多生产过程中，温度的测量和控制都直接和安全生产、提高生产效率、保证产品质量、节约能源等重大技术指标相联系。因此，温度的测量与控制在国民经济各个领域中均受到了相当程度的重视。在实际的生产实验环境下，由于系统内部与外界的热交换是难以控制的，其他热源的干扰也是无法精确计算的，因此温度量的变化往往受到不可预测的外界环境扰动的影响。为了使系统与外界的能量交换尽可能的符合人们的要求，就需要采取其他手段来达到这样一个绝热的目的，例如可以让目标系统外部环境的温度与其内部温同步变化。根据热力学第二定律，两个温度相同的系统之间是达到热平衡的，这样利用一个与目标系统温度同步的隔离层，就可以把目标系统与外界进行热隔离。另外，在大部分实际的环境中，增温要比降温方便得多。因此，对温度的控制精度要求比较高的情况下，是不允许出现过冲现象的，即不允许实际温度超过控制的目标温度。特别是隔热效果很好的环境，温度一旦出现过冲，将难以很快把温度降下来。这是因为很多应用中只有加热环节，而没有冷却的装置。同样道理，对于只有冷却没有加热环节的应用中，实际温度低于控制的目标温度，对控制效果的影响也是很大的。

第二章设备选型

2.1温度传感器

求测温度1200度，误差不超过±1℃，所以决定了只能用铂铑等贵金属材料热电偶。HAKK-WRR系列铂铑热电偶是一种传统的测温元件，具有热电性能稳定、抗氧化性强，适宜在氧化性、惰性气氛中连续使用。长期使用温度为1600℃，短期使用温度为1800℃。有纸记录仪其技术指标如下：

1、测温范围： 0~1800℃

2、测温精度：< ± 0.5% t

3、时间常数：≤180s

4、绝缘电阻：5MΩ（20℃时）

5、规格尺寸：500，750，1000，1200（mm）

HAKK-WRR系列铂铑热电偶又称高温贵金属热电偶，铂铑有单铂铑（铂铑10-铂铑）和双铂铑（铂铑30-铂铑6）之分，它们作为温度测量传感器,通常与温度变送器、调节器及显示仪表等配套使用,组成过程控制系统，用以直接测量或控制各种生产过程中0-1800℃范围内的流体、蒸汽和气体介质以及固体表面等温度。铂铑热电偶为贵金属热电偶。偶丝直径规定为0.5mm，允许偏差-0.015mm，其正极（BP）的名义化学成分为铂

铑合金，其中含铑为30%，含铂为70%，负极（BN ）为铂铑合金，含铑为量6%，故俗称双铂铑热电偶。该热电偶长期最高使用温度为1600℃，短期最高使用温度为1800℃。 优点:铂铑热电偶在热电偶系列中具有准确度最高，稳定性最好，测温温区宽，使用寿命长，测温上限高等优点。适用于氧化性和惰性气氛中，也可短期用于真空中，但不适用于还原性气氛或含有金属或非金属蒸气气氛中。B 型热电偶一个明显的优点是不需用补偿导线进行补偿，因为在0~50℃范围内热电势小于3μV 。

缺点:铂铑热电偶不足之处是热电势，热电势率较小，灵敏读低，高温下机械强度下降，对污染非常敏感，贵金属材料昂贵，因而一次性投资较大。

铂铑热电偶的工作原理是铂铑热电偶是由两种不同成分的导体两端接合成回路时,当两接合点温度不同时，就会在回路内产生热电流。如果热电偶的工作端与参比端存在有温差时，显示仪表将会批示出热电偶产生的热电势所对应的温度值。

基于测温精度要求很高，所以选择s 型热电偶，即铂铑-10铂型热电偶。

由表格知，当选择Ｉ级s 型热电偶时，其测温等级可以达到±1℃.本设计选择铂铑-铂WRP 系 列热电偶。

表一 允差等级表

型 号 分 度 号

测温范围℃

保护管材料 热响应时间

规 格 d L x l

WRP-130 WRP2-130 S

0-1300

高铝质

＜150S

Φ16 300x150

350x200 400x250 450x300 550x400 650x500 900x750 1150x1000 1650x1500 2150x2000 WRP-131 WRP2-131 ＜360S

Φ25 WRQ-130 WRQ2-130 R

0-1300

＜150S

Φ16 WRQ-131 WRQ2-131 ＜360S Φ25 WRR-130 WRR2-130 B

0-1600

刚玉管

＜150S

Φ16 WRR-131 WRR2-131

＜360S

Φ25

表二 型号及规格

名称

分

度号

允差等级

Ⅰ级 Ⅱ级

允差值 测温范围℃ 允差值

测温范围℃

铂铑10—铂 WRS 或WRP WRS 或WRPK S

±1℃或 ±（1+（t-1100）*0.003） 0~1300 ±1.5℃ 或 ±0.25﹪ 0~1300