温度控制原理
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9
2016年1月28日星期四
温度控制
一、温度控制常用的元器件
特点： 热电偶具有构造简单、适用温度范围广、使用 方便、承受热、机械冲击能力强以及响应速度快等 特点，常用于高温区域、振动冲击大等恶劣环境以 及适合于微小结构测温场合；但其信号输出灵敏度 比较低，容易受到环境干扰信号和前置放大器温度 漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。
2016年1月28日星期四 温度控制
25
中间休息
26
2016年1月28日星期四
温度控制
二、常见温度控制系统的组成以及分析
1、水槽加热：温度、水位 A）电路图
27
2016年1月28日星期四
温度控制
二、常见温度控制系统的组成以及分析 AC220
1、水槽加热：温度、水位 A）实物接线图 AC220
AC220 V V V零线
自动风门
风机 中效棉
加热管
加热管
风机
炉腔
压缩气入口
新增进风口
高效过滤器
30
2016年1月28日星期四
返回
温度控制
B.烤箱加热系统分析
温度均匀性：循环风机功率、风口的开度 影响温度精确性的干扰：传感器的响应速度、循环、 产品的温度、烤箱的密封性等 超温抑制：超温保护 降温速度：压缩气、排风速度以及排风量、新风口
39
2016年1月28日星期四
温度控制
四、常见温度控制故障以及检修方法(讨论)
故障1：温度均匀性差（主要是烤箱） 故障2：温度达不到设定值 故障3：经常性超温 故障4：显示温度与实际温度存在偏差 故障5：不加热
请大家讨论： 1.可能存在的问题？ 2.如何检测？ 3.如何维修？ 4.如何预防？
2016年1月28日星期四 温度控制
31
2016年1月28日星期四
温度控制
三、PID控制原理
1.温度控制的基本结构
32
2016年1月28日星期四
温度控制
三、PID控制原理
2.温度控制
向温度控制器输入设定值使其动作，但在有些控制对象的特 性下可能无法立刻让温度稳定下来。一般来说要加快响应速度， 就会产生温度超出的过调节和温度振荡，如果要消除这些现象 就只能延迟响应速度。但是在有些用途下，例如（1）那样虽然 发生了过调节仍要求尽快恢复稳定控制，或者如图（3）那样就 算费些时间仍希望抑制过调节的情况也存在。也就是说对温度 控制的评价随用途、目的的不同而不同。一把认为图（ 2）适当 难以到达变更后的设 的控制波形。 合适的响应 定值的响应（缓慢） 振荡的响应（几次重复超调之后才稳
13
2016年1月28日星期四
温度控制
一、温度控制常用的元器件
结构： 三部分组成:输入电路，隔离(耦合)和输出电路 优点： （1）高寿命，高可靠:SSR没有机械零部件，由固体器件完成触 点功能，由于没有运动的零部件，因此在高冲击，振动的环境 下工作，由于组成固态继电器的元器件的固有特性，决定了固 态继电器的寿命长，可靠性高。 （2）灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好:固态继电器的输入 电压范围较宽，驱动功率低，可与大多数逻辑集成电路兼容不 需加缓冲器或驱动器。 （3）快速转换:固态继电器因为采用固体器件，所以切换速度可 从几毫秒至几微秒。 （4）电磁干扰小:固态继电器没有输入"线圈"，没有触点燃弧和回 跳，因而减少了电磁干扰。大多数交流输出固态继电器是一个 零电压开关，在零电压处导通，零电流处关断，减少了电流波 形的突然中断，从而减少了开关瞬态效应。
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2016年1月28日星期四
温度控制
一、温度控制常用的元器件
当
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2016年1月28日星期四
温度控制
一、温度控制常用的元器件
3.温度控制器 A）OMRON E5CZ-Q2/R2
19
2016年1月28日星期四
温度控制
一、温度控制常用的元器件
报警信号输出： 两组常开触点， 不带电源
输入信号：分别 为类比信号、热 电阻、热电偶 输出信号：无 输出信号：电 压源信号 源继电器触点
烤箱结构图
40
考试
考试时间：45min 考试方式：闭卷
41
2016年1月28日星期四
温度控制
的时间微分值成比例的 输出的一种控制动作。 比例动作和微分动作是 对于控制结果的一种修 正，因此对于剧烈的变 化，相应必定会变慢。 微分动作就是对这种现 象的一种补救措施。通 过添加与温度变化的斜 率成比例的操作量来进 行修正动作。对于剧烈 的干扰给予较大的操作 量，尽早的回复原先的 控制状态的一种动作。
10
2016年1月28日星期四
温度控制
一、温度控制常用的元器件
11
2016年1月28日星期四
温度控制
一、温度控制常用的元器件
3.温度传感器选型 确定温度传感器类型 实际使用温度范围 精度 尺寸 安装固定方式 温度传感器的使用环境 注意：如无特别约定，所有铂电阻温度传感器的头部 5mm长度为温度测量端。
5
2016年1月28日星期四
温度控制
一、温度控制常用的元器件
小结：线性的温度/电阻曲线，说明该传感器的精度非常高，稳定性好
2016年1月28日星期四 温度控制
6
一、温度控制常用的元器件
引出导线规格： 两线制
传感器电阻变化值与连接导线电阻值共同构成传感器的 输出值，由于导线电阻带来的附加误差使实际测量值偏 高，用于测量精度要求不高的场合，并且导线的长度不 宜过长。 三线制
散热底座
2016年1月28日星期四 温度控制
15
一、温度控制常用的元器件
3.加热管：电阻式、红外加热板 电阻式加热管：
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2016年1月28日星期四
温度控制
一、温度控制常用的元器件
红外加热板： 主体为金属板，其中在沿 主体平面方向设有多个电热管 安装孔，各电热管安装孔按要 求间隔设置；在电热管安装孔 内设有电热管；在主体上表面 设有纳米红外材料层 典型有志圣隧道炉
定下来）
33
2016年1月28日星期四
温度控制
三、PID控制原理
3. ON/OFF控制
当前温度如果低于设定值，将输出ON，向加热器通电，如果高于 设定值，将输出OFF后切断加热器。像这样以设定值为标准重复进行 ON/OFF操作，将温度保持在固定水平的控制方式，操作量只有0%和 100%两种
34
2016年1月28日星期四
温度控制
三、PID控制原理
4.PID控制 A.P动作：输出与输入成比例的输出的一种控制动作。对于设定值具有一个
比例带，其中操作量（控制输出量）与偏差成比例的的动作就称为比例动作。 一般当前温度低于比例带时操作量就是100%，在比例带内时操作量与偏差成 比例逐渐缩小，设定温度与当前温度一致后操作量为50%。与ON/OFF动作相 比这种控制的振荡较小且比较平滑。 如果在温度范围0-400 ℃ 的温控器中，将比例带设 定为5%，其范围通过温度 换算为20 ℃。此时，若设 定温度为100 ℃，就会产 生90 ℃以下输出完全为 ON，，超过110 ℃则为 OFF时间段，而100 ℃下 ON/OFF的时间相同
12
2016年1月28日星期四
温度控制
一、温度控制常用的元器件
2.固态继电器（SSR） SSR是一种全部由固态电子 元件组成的无触点开关元件，他利 用电子元器件的电、磁和光特性来 完成输入与输出的可靠隔离，利用 大功率三极管，功率场效应管，单 向可控硅和双向可控硅等器件的开 关特性，来达到无触点，无火花地 接通和断开被控电路。 一般普通型SSR,可按电流值 的2/3选用。
预计培训时间：2009-12-02（下周星期三）
3
wenku.baidu.com
2016年1月28日星期四
温度控制
目
录
温度控制常用的元器件 常见温度控制系统的组成与分析
PID控制原理
常见温度控制故障以及检修方法
4
2016年1月28日星期四
温度控制
一、温度控制常用的元器件
1、温度传感器 A）热电阻 ：如PT-100 温度是表征物体冷热程度的物理量,它可以通过物体 电阻法 随温度变化的某些特性（如电阻、电压变化等特性） 来间接测量，金属铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化, 并且具有很好的重现性和稳定性，利用铂的此种物 R=100+0.3851*t 理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器。通常 使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100Ω，电阻变 化率为0.3851Ω/℃。铂电阻温度传感器精度高，稳 定性好，应用温度范围广，是中低温区（-200～ 650℃）最常用的一种温度检测器。
2016年1月28日星期四 温度控制
14
一、温度控制常用的元器件
缺点： （1）由于管压降大，导通后的 功耗和发热量也大。 （2）固态继电器对过载有较大 的敏感性，必须用快速熔断器 （可按额定工作电流的1.2倍选 择）或RC阻尼电路对其进行 过载保护。固态继电器的负载 与环境温度明显有关，温度升 高，负载能力将迅速下降。
采用三线制会大大减小导线电阻带来的附加误差
2016年1月28日星期四 温度控制
7
一、温度控制常用的元器件
常用保护管
备注：保护套管的材料以及厚度直接决定其 响应时间
8
2016年1月28日星期四
温度控制
一、温度控制常用的元器件
B）.热电偶：K型热电偶（镍铬-镍硅） 原理： 如果两种不同成分的均质导体形成 电压法（mV档） 回路，直接测温端叫测量端，接线端子 端叫参比端，当两端存在温差时，就会 在回路中产生电流，那么两端之间就会 Et=c（t-t0） 存在Seebeck热电势，即塞贝克效应。 热电势的大小只与热电偶导体材质以及 两端温差有关，与热电偶导体的长度、 直径无关
超温 启动
AC220 V火线
2016年1月28日星期四 温度控制
28
C.水槽加热系统分析
温度均匀性：循环水泵功率 影响温度精确性的干扰：传感器的响应速度、循环、 产品的温度、其它槽液的带入等 超温抑制：超温保护、冷却水
29
2016年1月28日星期四
温度控制
2.烤箱
新增管道 A.烤箱结构
35
2016年1月28日星期四
温度控制
三、PID控制原理
B.I动作：输出与输入的时间积分值成比例的输出的一种控制动作。
在比例动作中会产生偏移，因此在比例动作中配合使用积分动作，随 着时间推移，便宜会逐渐消失，控制温度就会与设定温度一致
36
2016年1月28日星期四
温度控制
三、PID控制原理
C.D动作：输出与输入
24
2016年1月28日星期四
温度控制
一、温度控制常用的元器件
技术参数： 1、电气性能：16(3)A-250V～ 10(1.8)A-400V 2、断开温度：温度设计范围(-35℃～+320℃)，根据具体型号而定 3、产品寿命：>10万次 4、电气强度：AC2000V/1min 5、常态绝缘电阻：≥100MΩ 6、接触电阻：≤50mΩ 7、潮态绝缘电阻：≥10MΩ 8、温度响应速率：≤1.0℃/min 9、最小电流：200mA 注意： 安装时不可将感温管压变形，毛细管折弯半径不能小于5mm
温度控制原理
第二版
2009-11-25
前言
培训目的 通过本次培训，使大家掌握温度控制常用的元器件， 以及温度控制的基本原理，以及常见问题的解决方案。
教材概述 课时：1.5课时
注意：请带笔和笔记本，做好培训笔记；另请把手机关机 或者设为振动。
2
2016年1月28日星期四
温度控制
下次培训
试题讲解与讨论； 重点：主观题的讨论
电源
20
2016年1月28日星期四
温度控制
21
2016年1月28日星期四
温度控制
报警类型：
22
2016年1月28日星期四
温度控制
一、温度控制常用的元器件
4.超温保护
原理性能：是当被控制 对象的温度发生变化时，使 温控器感温部内的工质产生 相应的热胀冷缩的物理现象 （工质体积变化），与感温 部连通一起的膜盒产生膨胀 或收缩。通过杠杆原理，带 动开关通断动作，达到恒温 目的。液胀式温控器具有控 温准确，稳定可靠，开停温 差小，控温调节范围大，过 载电流大等性能特点。
37
2016年1月28日星期四
温度控制
三、PID控制原理
4.PID控制 P:无振荡平滑控制 I:自动修正偏移 D:加快对于噪声的响应（对干扰的抑制速度）
38
2016年1月28日星期四
温度控制
三、PID控制原理
讨论： 实测温度与显示温度的偏差 实测温度与设定温度的偏差 设定温度与控制温度的偏差 区别？
2016年1月28日星期四
温度控制
一、温度控制常用的元器件
特点： 热电偶具有构造简单、适用温度范围广、使用 方便、承受热、机械冲击能力强以及响应速度快等 特点，常用于高温区域、振动冲击大等恶劣环境以 及适合于微小结构测温场合；但其信号输出灵敏度 比较低，容易受到环境干扰信号和前置放大器温度 漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。
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中间休息
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温度控制
二、常见温度控制系统的组成以及分析
1、水槽加热：温度、水位 A）电路图
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温度控制
二、常见温度控制系统的组成以及分析 AC220
1、水槽加热：温度、水位 A）实物接线图 AC220
AC220 V V V零线
自动风门
风机 中效棉
加热管
加热管
风机
炉腔
压缩气入口
新增进风口
高效过滤器
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返回
温度控制
B.烤箱加热系统分析
温度均匀性：循环风机功率、风口的开度 影响温度精确性的干扰：传感器的响应速度、循环、 产品的温度、烤箱的密封性等 超温抑制：超温保护 降温速度：压缩气、排风速度以及排风量、新风口
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温度控制
四、常见温度控制故障以及检修方法(讨论)
故障1：温度均匀性差（主要是烤箱） 故障2：温度达不到设定值 故障3：经常性超温 故障4：显示温度与实际温度存在偏差 故障5：不加热
请大家讨论： 1.可能存在的问题？ 2.如何检测？ 3.如何维修？ 4.如何预防？
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温度控制
三、PID控制原理
1.温度控制的基本结构
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温度控制
三、PID控制原理
2.温度控制
向温度控制器输入设定值使其动作，但在有些控制对象的特 性下可能无法立刻让温度稳定下来。一般来说要加快响应速度， 就会产生温度超出的过调节和温度振荡，如果要消除这些现象 就只能延迟响应速度。但是在有些用途下，例如（1）那样虽然 发生了过调节仍要求尽快恢复稳定控制，或者如图（3）那样就 算费些时间仍希望抑制过调节的情况也存在。也就是说对温度 控制的评价随用途、目的的不同而不同。一把认为图（ 2）适当 难以到达变更后的设 的控制波形。 合适的响应 定值的响应（缓慢） 振荡的响应（几次重复超调之后才稳
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温度控制
一、温度控制常用的元器件
结构： 三部分组成:输入电路，隔离(耦合)和输出电路 优点： （1）高寿命，高可靠:SSR没有机械零部件，由固体器件完成触 点功能，由于没有运动的零部件，因此在高冲击，振动的环境 下工作，由于组成固态继电器的元器件的固有特性，决定了固 态继电器的寿命长，可靠性高。 （2）灵敏度高，控制功率小，电磁兼容性好:固态继电器的输入 电压范围较宽，驱动功率低，可与大多数逻辑集成电路兼容不 需加缓冲器或驱动器。 （3）快速转换:固态继电器因为采用固体器件，所以切换速度可 从几毫秒至几微秒。 （4）电磁干扰小:固态继电器没有输入"线圈"，没有触点燃弧和回 跳，因而减少了电磁干扰。大多数交流输出固态继电器是一个 零电压开关，在零电压处导通，零电流处关断，减少了电流波 形的突然中断，从而减少了开关瞬态效应。
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温度控制
一、温度控制常用的元器件
当
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温度控制
一、温度控制常用的元器件
3.温度控制器 A）OMRON E5CZ-Q2/R2
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温度控制
一、温度控制常用的元器件
报警信号输出： 两组常开触点， 不带电源
输入信号：分别 为类比信号、热 电阻、热电偶 输出信号：无 输出信号：电 压源信号 源继电器触点
烤箱结构图
40
考试
考试时间：45min 考试方式：闭卷
41
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温度控制
的时间微分值成比例的 输出的一种控制动作。 比例动作和微分动作是 对于控制结果的一种修 正，因此对于剧烈的变 化，相应必定会变慢。 微分动作就是对这种现 象的一种补救措施。通 过添加与温度变化的斜 率成比例的操作量来进 行修正动作。对于剧烈 的干扰给予较大的操作 量，尽早的回复原先的 控制状态的一种动作。
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一、温度控制常用的元器件
11
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温度控制
一、温度控制常用的元器件
3.温度传感器选型 确定温度传感器类型 实际使用温度范围 精度 尺寸 安装固定方式 温度传感器的使用环境 注意：如无特别约定，所有铂电阻温度传感器的头部 5mm长度为温度测量端。
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一、温度控制常用的元器件
小结：线性的温度/电阻曲线，说明该传感器的精度非常高，稳定性好
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一、温度控制常用的元器件
引出导线规格： 两线制
传感器电阻变化值与连接导线电阻值共同构成传感器的 输出值，由于导线电阻带来的附加误差使实际测量值偏 高，用于测量精度要求不高的场合，并且导线的长度不 宜过长。 三线制
散热底座
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一、温度控制常用的元器件
3.加热管：电阻式、红外加热板 电阻式加热管：
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一、温度控制常用的元器件
红外加热板： 主体为金属板，其中在沿 主体平面方向设有多个电热管 安装孔，各电热管安装孔按要 求间隔设置；在电热管安装孔 内设有电热管；在主体上表面 设有纳米红外材料层 典型有志圣隧道炉
定下来）
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温度控制
三、PID控制原理
3. ON/OFF控制
当前温度如果低于设定值，将输出ON，向加热器通电，如果高于 设定值，将输出OFF后切断加热器。像这样以设定值为标准重复进行 ON/OFF操作，将温度保持在固定水平的控制方式，操作量只有0%和 100%两种
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温度控制
三、PID控制原理
4.PID控制 A.P动作：输出与输入成比例的输出的一种控制动作。对于设定值具有一个
比例带，其中操作量（控制输出量）与偏差成比例的的动作就称为比例动作。 一般当前温度低于比例带时操作量就是100%，在比例带内时操作量与偏差成 比例逐渐缩小，设定温度与当前温度一致后操作量为50%。与ON/OFF动作相 比这种控制的振荡较小且比较平滑。 如果在温度范围0-400 ℃ 的温控器中，将比例带设 定为5%，其范围通过温度 换算为20 ℃。此时，若设 定温度为100 ℃，就会产 生90 ℃以下输出完全为 ON，，超过110 ℃则为 OFF时间段，而100 ℃下 ON/OFF的时间相同
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一、温度控制常用的元器件
2.固态继电器（SSR） SSR是一种全部由固态电子 元件组成的无触点开关元件，他利 用电子元器件的电、磁和光特性来 完成输入与输出的可靠隔离，利用 大功率三极管，功率场效应管，单 向可控硅和双向可控硅等器件的开 关特性，来达到无触点，无火花地 接通和断开被控电路。 一般普通型SSR,可按电流值 的2/3选用。
预计培训时间：2009-12-02（下周星期三）
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PID控制原理
常见温度控制故障以及检修方法
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一、温度控制常用的元器件
1、温度传感器 A）热电阻 ：如PT-100 温度是表征物体冷热程度的物理量,它可以通过物体 电阻法 随温度变化的某些特性（如电阻、电压变化等特性） 来间接测量，金属铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化, 并且具有很好的重现性和稳定性，利用铂的此种物 R=100+0.3851*t 理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器。通常 使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100Ω，电阻变 化率为0.3851Ω/℃。铂电阻温度传感器精度高，稳 定性好，应用温度范围广，是中低温区（-200～ 650℃）最常用的一种温度检测器。
2016年1月28日星期四 温度控制
14
一、温度控制常用的元器件
缺点： （1）由于管压降大，导通后的 功耗和发热量也大。 （2）固态继电器对过载有较大 的敏感性，必须用快速熔断器 （可按额定工作电流的1.2倍选 择）或RC阻尼电路对其进行 过载保护。固态继电器的负载 与环境温度明显有关，温度升 高，负载能力将迅速下降。
采用三线制会大大减小导线电阻带来的附加误差
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一、温度控制常用的元器件
常用保护管
备注：保护套管的材料以及厚度直接决定其 响应时间
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一、温度控制常用的元器件
B）.热电偶：K型热电偶（镍铬-镍硅） 原理： 如果两种不同成分的均质导体形成 电压法（mV档） 回路，直接测温端叫测量端，接线端子 端叫参比端，当两端存在温差时，就会 在回路中产生电流，那么两端之间就会 Et=c（t-t0） 存在Seebeck热电势，即塞贝克效应。 热电势的大小只与热电偶导体材质以及 两端温差有关，与热电偶导体的长度、 直径无关
超温 启动
AC220 V火线
2016年1月28日星期四 温度控制
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C.水槽加热系统分析
温度均匀性：循环水泵功率 影响温度精确性的干扰：传感器的响应速度、循环、 产品的温度、其它槽液的带入等 超温抑制：超温保护、冷却水
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温度控制
2.烤箱
新增管道 A.烤箱结构
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温度控制
三、PID控制原理
B.I动作：输出与输入的时间积分值成比例的输出的一种控制动作。
在比例动作中会产生偏移，因此在比例动作中配合使用积分动作，随 着时间推移，便宜会逐渐消失，控制温度就会与设定温度一致
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温度控制
三、PID控制原理
C.D动作：输出与输入
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温度控制
一、温度控制常用的元器件
技术参数： 1、电气性能：16(3)A-250V～ 10(1.8)A-400V 2、断开温度：温度设计范围(-35℃～+320℃)，根据具体型号而定 3、产品寿命：>10万次 4、电气强度：AC2000V/1min 5、常态绝缘电阻：≥100MΩ 6、接触电阻：≤50mΩ 7、潮态绝缘电阻：≥10MΩ 8、温度响应速率：≤1.0℃/min 9、最小电流：200mA 注意： 安装时不可将感温管压变形，毛细管折弯半径不能小于5mm
温度控制原理
第二版
2009-11-25
前言
培训目的 通过本次培训，使大家掌握温度控制常用的元器件， 以及温度控制的基本原理，以及常见问题的解决方案。
教材概述 课时：1.5课时
注意：请带笔和笔记本，做好培训笔记；另请把手机关机 或者设为振动。
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温度控制
下次培训
试题讲解与讨论； 重点：主观题的讨论
电源
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温度控制
报警类型：
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温度控制
一、温度控制常用的元器件
4.超温保护
原理性能：是当被控制 对象的温度发生变化时，使 温控器感温部内的工质产生 相应的热胀冷缩的物理现象 （工质体积变化），与感温 部连通一起的膜盒产生膨胀 或收缩。通过杠杆原理，带 动开关通断动作，达到恒温 目的。液胀式温控器具有控 温准确，稳定可靠，开停温 差小，控温调节范围大，过 载电流大等性能特点。
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温度控制
三、PID控制原理
4.PID控制 P:无振荡平滑控制 I:自动修正偏移 D:加快对于噪声的响应（对干扰的抑制速度）
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2016年1月28日星期四
温度控制
三、PID控制原理
讨论： 实测温度与显示温度的偏差 实测温度与设定温度的偏差 设定温度与控制温度的偏差 区别？