热电偶检定炉温度控制系统构成与温控器参数整定
网络整理 2022-11-23
按照国家计量检定规程要求:新制造和使用中的热电偶必须定期检定,300℃以上的各点在管式热电偶炉中与二等标准热电偶进行比较进行。热电偶的型号和电极直径不同,检定点温度也不相同。为确保检定点温度稳定,本文分享采用岛电高精度作为热电偶检定炉温度控制的核心,通过温控器参数自整定的方法,实验找出不同热电偶检定点下的温控器的最佳PID参数。

1、热电偶检定炉温度控制的硬件设计原理
①温度控制系统原理及构成
选用K型热电偶测量热电偶检定炉炉温,热电偶通过Kx延伸型热电偶补偿导线接到岛电SR23调节器,温控器控制输出接入功率调整器PAD27,功率调整器将在0-220VAC范围内调整热电偶检定炉电源电压,从而实现热电偶检定炉温度自动控制。

②温度控制系统调PID节器自整定
自整定是通过温控器输出全开和全关的方法来以被控对象进行阶跃扰动实验,根据被控对象的振幅和振荡周期,温控器自动计算出整定的参数值。在开启自整定功能前,应先将温控器的设定值设置在要控制的数值上,因为系统在不同设定值下整定的参数值不完全相同,在启动自整定后,温控器会强制系统产生扰动,经过2-3个振荡周期后结束自整定状态。调节器通过检测系统从超调恢复到稳定的过度特性,分析振荡的周期、幅度及波形来计算调节器的最佳调节参数。检定点温度自整定图(如图1所示)为温度测量值大于和小于设定点温度时,自整定曲线。PV为温度测量值。
PID调节器温度自整定点
图1  温控器温度自整定点
 

③温控器参数自整定过程
 温控器自整定可在控制执行窗口中设定运行与停止,系统运行前启动温控器自整定功能,面板AT灯亮,系统开始进入自整定状态。在自整定状态系统从扰动状态逐步向稳态过度,自动计算调节输出的最佳PID参数。当系统经过几个振荡周期后达到稳态时,自整定结束,AT指示灯灭。可以在参数窗口中查看到自整定后的PID参数。
a、工业廉金属热电偶检定点确定
按热电偶丝材及电极直径粗细决定,工业廉金属热电偶300℃以上的检定包括:300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃等8各温度点,热电偶检定温度控制系统要确定上述8各温度点的比例度、积分时间、微分时间。
b、工业廉金属热电偶检定点温度PID参数实验
具体实现方法,将调节器的设定值分别设置为:300℃、400℃、500℃、600℃、700℃、800℃、900℃、1000℃。温控器设置为“自整定”状态。开始按上述温度点进行自整定,自整定结束后,记录所需时间和相应温度点的比例度、积分时间、微分时间。如表1所示。

表1    热电偶各检定点温度对应温控器比例度、积分时间、微分时间
检定点温度(℃)          温控器P值(%)           温控器I值(s)        温控器D值(s)         温控器自整定所需要时间(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、工业廉金属热电偶检定点温度PID参数验证
以检定工业廉金属热电偶镍铬硅-镍硅为例,选取镍铬硅-镍硅N型热电偶,电极直径φ1.0检定点为:400℃、600℃、800℃。按表1对应的比例度、积分时间、微分时间数值。进行实验得到炉温曲线如图2所示。PV为温度实时值,SV为温度设定值。
热电偶检定炉炉温曲线
图2    热电偶检定炉炉温曲线

从图2看出,完全满足热电偶检定由低温向高温逐点升温检定时,炉温偏离检定点温度不超过±5℃,当炉温升到检定时,炉温变化小于0.2℃/min的要求。

热电偶温度控制系统温控器参数整定实验方法研究,所得到的温控器比例度、积分时间、微分时间的参数值,完全符合工业廉金属热电偶检定规程对热电偶检定所需的检定点控制温度的要求。对热电偶检定炉温度控制具有重要的指导意义和实践借鉴。
本文作者:辽宁机电职业技术学院仪器仪表系 周兵、赵景辉
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