1、熱電偶檢定爐溫度控制的硬件設計原理
①溫度控制系統原理及構成
選用K型熱電偶測量熱電偶檢定爐爐溫，熱電偶通過Kx延伸型熱電偶補償導線接到島電SR23調節器，溫控器控制輸出接入功率調整器PAD27，功率調整器將在0-220VAC范圍內調整熱電偶檢定爐電源電壓，從而實現熱電偶檢定爐溫度自動控制。
②溫度控制系統調PID節器自整定
自整定是通過溫控器輸出全開和全關的方法來以被控對象進行階躍擾動實驗，根據被控對象的振幅和振蕩周期，溫控器自動計算出整定的參數值。在開啟自整定功能前，應先將溫控器的設定值設置在要控制的數值上，因為系統在不同設定值下整定的參數值不完全相同，在啟動自整定后，溫控器會強制系統產生擾動，經過2-3個振蕩周期后結束自整定狀態。調節器通過檢測系統從超調恢復到穩定的過度特性，分析振蕩的周期、幅度及波形來計算調節器的最佳調節參數。檢定點溫度自整定圖(如圖1所示)為溫度測量值大于和小于設定點溫度時，自整定曲線。PV為溫度測量值。
圖1 溫控器溫度自整定點
③溫控器參數自整定過程
溫控器自整定可在控制執行窗口中設定運行與停止，系統運行前啟動溫控器自整定功能，面板AT燈亮，系統開始進入自整定狀態。在自整定狀態系統從擾動狀態逐步向穩態過度，自動計算調節輸出的最佳PID參數。當系統經過幾個振蕩周期后達到穩態時，自整定結束，AT指示燈滅?？梢栽趨荡翱谥胁榭吹阶哉ê蟮腜ID參數。
a、工業廉金屬熱電偶檢定點確定
熱電偶檢定點溫度按熱電偶絲材及電極直徑粗細決定，工業廉金屬熱電偶300℃以上的檢定包括:300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃等8各溫度點，熱電偶檢定溫度控制系統要確定上述8各溫度點的比例度、積分時間、微分時間。
b、工業廉金屬熱電偶檢定點溫度PID參數實驗
具體實現方法，將調節器的設定值分別設置為:300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃。溫控器設置為“自整定”狀態。開始按上述溫度點進行自整定，自整定結束后，記錄所需時間和相應溫度點的比例度、積分時間、微分時間。如表1所示。
表1 熱電偶各檢定點溫度對應溫控器比例度、積分時間、微分時間
檢定點溫度(℃) 溫控器P值(%) 溫控器I值(s) 溫控器D值(s) 溫控器自整定所需要時間(min)
300 28 1262 316 100
400 25.5 1032 258 76
500 24.8 836 209 60
600 22.5 658 165 50
700 20.6 543 136 40
800 18.4 458 115 32
900 17 402 101 27
1000 15.5 362 91 23
c、工業廉金屬熱電偶檢定點溫度PID參數驗證
以檢定工業廉金屬熱電偶鎳鉻硅－鎳硅為例，選取鎳鉻硅－鎳硅N型熱電偶，電極直徑φ1.0檢定點為:400℃、600℃、800℃。按表1對應的比例度、積分時間、微分時間數值。進行實驗得到爐溫曲線如圖2所示。PV為溫度實時值，SV為溫度設定值。
圖2 熱電偶檢定爐爐溫曲線
從圖2看出，完全滿足熱電偶檢定由低溫向高溫逐點升溫檢定時，爐溫偏離檢定點溫度不超過±5℃，當爐溫升到檢定時，爐溫變化小于0.2℃/min的要求。
熱電偶溫度控制系統溫控器參數整定實驗方法研究，所得到的溫控器比例度、積分時間、微分時間的參數值，完全符合工業廉金屬熱電偶檢定規程對熱電偶檢定所需的檢定點控制溫度的要求。對熱電偶檢定爐溫度控制具有重要的指導意義和實踐借鑒。
本文作者：遼寧機電職業技術學院儀器儀表系 周兵、趙景輝
