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KY一体化安装型工业温控器在井式炉温控系统中的应用

摘要：本文主要介绍了一体化安装型工业温控器-KY系列智能温控器的温度测量和控制原理，并结合井式炉的特性，阐述了此KY系列一体化安装型工业温控器在井式炉炉温控制系统中的应用。

1、引言

温度是表征体系中物质内部大量分子、原子平均动能的一个宏观物理量，是确定物体状态的一个基本参量。物质的物理化学特性，无不与温度有着密切的关系，因此，准确测量和控制温度，在热处理应用中十分重要。

2、 KY系列一体化安装型工业温控器的温度测量及控制原理

2.1温度测量、显示原理

温度信号为非电量值，工业控制应用中多是利用温度传感器采集测量物质的温度。通过温度传感器将测量的温度信号转换为电信号，再通过放大、滤波后送A/D转换器，实现模拟信号到相应数字信号的转换，然后利用数字信号处理方法计算得出温度值，实现温度的测量，KY系列一体化安装型工业温控器也是采用这一方法，测量过程如图1所示。

图1 温度测量方框图

图1中被放大的测量信号仍为模拟电信号，不能被单片机识别，要实现测量温度值的显示和单片机控制处理，还需要进行模数转换操作，温度信号显示过程如图2所示。

图2 温度显示方框图

2.2 KY系列一体化安装型工业温控器温度控制原理

被放大的温度测量信号经A/D模数转换后，成为单片机可识别的数字信号，并将其送入主控单元，与主控单元已设置好的给定值比较，经过PID运算得到输出控制值。此输出控制值用来控制KY系列一体化安装型工业温控器的可控硅模块单元导通角大小，进而控制执行元件加热功率，最终达到控制被测系统温度值的功能。温度控制过程如图3所示。

图3 温度控制方框图

3、井式炉特性

井式炉是周期式作业炉，适用于杆类、长轴类零件的热处理。

井式炉外壳又钢板和型钢制成圆柱形炉体，全数采用密封焊接。加热元件绕成螺旋状装置在炉膛的搁丝砖上。井式炉的结构是：炉身是圆筒形的深井，工件由专用吊车垂直装入炉内加热，所使用的燃料通常为煤气和燃油。以电为热源的井式炉为井式电阻炉。

热量从一个物体传向另一物体或由同一物体的某一部分传向另一部分的过程成为传热或换热。井式电阻炉整个炉膛是一个密闭的空间，具有辐射传热的特性，对没有强制对流的井式炉还应当在炉子的上部与下部适当增加一些功率。由于井式炉结构和电热体布置等原因，炉内的实际温度分布是不均匀的。

4、KY系列一体化安装型工业温控器在井式电阻炉中的应用

由井式炉炉体特性可知，炉膛内的各区的升温特性不同，而热处理工艺所需要的却是在一个工作空间内的温度分布均匀，并能长时间保持稳定。热电偶KY系列一体化安装型工业温控器可实现对炉内局部温度的控制和测量，在这样的条件下，为了确保炉内工作空间炉温的均匀性，采用多区温度控制。

热处理过程也要求零件在炉内加热到所需温度（零件中心也达到这个温度），即要求测量到零件的真实温度，并保持一定的时间。只有被测介质、零件和热电偶之间的热交换过程达到完全的动态平衡，热电偶检测到的温度才能代表零件温度。但是由于它们之间传热的复杂性和测温存在滞后等因素，要想达到完全动态平衡是不可能的，为使热电偶测量温度与零件实际温度相近，采用多点温度采集。

图4 热电偶分布示意图

不同炉子的温度均匀性不同，进行多区工艺曲线控制前，需要先测试炉子的温度均匀特性。具体做法是，首先根据炉体大小和井式炉加热空间分布特性，选用3个测温精度相同的热电偶分别固定在如图4所示的炉体位置，完成井式炉上、中、下三个加热工作区的温度采集，分别作为1、2、3加热区的采集温度。安装热电偶时，需要注意不要热电偶与炉膛的炉壁贴合在一起，以免测试温度为炉壁温度，影响系统的控制精度。

再将3个热电偶对应接入三台KY系列一体化安装型工业温控器分别控制1、2、3区加热元件工作，根据3个加热区采集到的温度值与设定温度差值，进行PID运算，在炉子升温过程中，根据各个温区的加热情况，不断调整三区PID控制参数和输出大小，以使三个温区的温度基本一致，即保证整个炉膛内工作区的温度均匀。在调节炉膛温度均匀性的过程中，记录数据，得到炉子的加热特性。温度均匀性测试后，根据测试得出的数据，分别设置三个KY系列一体化安装型工业温控器的工艺曲线参数，进而实现对多个温区的控制。

图5 KY一体化安装型工业温控器

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