温度控制装置的安装与调试

1、 任务五 温度控制装置的安装与调试任务描述温度是日常生活和工业生产中最常见和最基本的参数，特别是在冶金、化工、机械各类行业中，广泛使用各种加热炉、热处理炉、反应炉等，因此，温度控制是家电产品或生产过程自动化的重要任务之一，常用的温度控制设备是温控器，作为电气维修人员，需具备使用及维护温控器的能力。在变压器任务中，变压器的绝缘处理用到了烘箱，烘箱上就有温控器，我们将温控器的温度设定为80，然后烘箱开始加热，当烘箱内的温度达到80时，温控器的触点动作，切断烘箱电源电路，停止加热。因此温控器起到了自动控制加热设备的温度。某厂的一台烘变压器的烘箱因元件和仪表老化，需要更换元器件和仪表，重新接线，现委派

2、电工班根据控制要求完成任务。学习目标1能正确描述温控器的功能、分类及工作原理。2能正确分析描述温度控制装置的工作过程。3能正确按照控制要求完成简单温度控制线路的安装与调试。学习情境一 温控器的认识学习目标1能正确描述温控器的功能、分类、结构及原理。2能正确操作温控器面板进行参数设定。知识准备一、温控器的功能温控器在日常生活中经常可见，如烧水用的电水壶（见图5-2-1）就用到了温控器（突跳式温控器），当水壶中的水温达到100时，温控器的触点动作，切断电源，加热器就停止加热。的电压 图5-2-1 电热水壶及内部温控器温控器是根据工作环境的温度变化，在其内部发生物理形变，从而产生某些特殊效应，产生导

3、通或者断开动作的一系列自动控制元件，或者电子元件在不同温度下，工作状态不同，以供电路采集温度数据。二、温控器的分类 按照温控器的结构和不同的使用场合可以分为突跳式温控器、液涨式温控器、压力式温控器和电子式温控器四种，其外形图和使用场合如表5-1-1所示。表5-1-1 常用温控器分类分类图片应用场合突跳式温控器用于家电产品（如饮水机、电热开水瓶、家用暖水袋、热水器、微波炉、电烤箱）液涨式温控器用于电热设备，制冷设备压力式温控器用于制冷（如电冰箱冰柜）、制热设备电子式温控器用于电暖和水暖的温控控制三、温控器的结构与原理在工业控制中常用的温控器是电子式温控器，这种温控器带有液晶显示温度和按键操作。电

4、子式温度控制器是一种精确的温度检测控制器，可以对温度进行数字量化控制。温控器一般采用热电阻或热电偶作为温度检测元件，它的原理是：将NTC热敏传感器或者热电偶设计到相应电路中，热电阻或热电偶随温度变化而改变，就会产生相应的电压电流改变，再通过微控制器对改变的电压电流进行检测、量化显示出来，并做相应的控制。电子式温控制器具有精确度高、灵敏度好、直观、操作方便等特点。电子式温控器由四大机构组成：转换显示机构、设定机构、比较运算机构、输出机构。当温度传感器把现场温度转换成电信号传给温控器，温控器的转换显示机构把电信号转换成数字显示或模拟指示出来，并在内部与设定机构的设定值通过比较机构进行比较（或PID

5、运算）后通过输出机构输出给操控器（接触器、固态继电器、功率控制器），然后操控器再对加热器、致冷器进行控制。四、温控器的面板电子式温控器的种类有很多，我们以典型的XMTA-5000型电子温控器为例介绍其功能及使用方法。电子式温控器面板有测量值显示、设定值显示、指示灯及按键等部件。如表5-1-2所示。 图5-1-2 电子式温控器面板图表5-1-2 温控器面板按键列表名称作用测量值（PV）显示器（红）显示测量值设定值（SV）显示器（绿）显示设定值设定键（SET）（1）SV设定：按SET键， SV显示器个位小数点闪烁，可用其余三键修改参数（2）按住SET键超过5秒可进入第一层控制参数模式指示灯AT自整

6、定工作时亮ALM1第一路报警时亮ALM2第二路报警时亮OUT1控制输出时亮减数键()在参数设定状态下，作减数键加数键()在参数设定状态下，作加数键移位键()在参数设定状态下，作移位键与SET配合进入第二层功能参数模式五、温控器的接线 XMTA-5000型电子温控器的接线端子共有16个（如图5-1-3所示），其中端子2、3接交流电源。端子6、7、8是温控器的输出信号端，6和8之间常闭触点，6、7之间是常开触点。端子9、10和11、12分别是第一组和第二组报警输出。端子14、15、16接测温元件（包括热电阻或热电偶）。 温控器接通电源，当温度检测元件（热电阻或热电偶）检测到被测物的温度达到设定温度

7、时，温控器的继电器输出端（图5-1-3中的6、7、8）的常开触点断开，常闭触点闭合。 图5-1-3 XMTA-5000型电子温控器的端子接线图 六、温控器操作步骤1接通电源，此时电源指示灯亮，显示窗进入自检状态，3秒钟后PV窗口显示实时测量温度值，SV窗口显示设定温度值。2温度设定：按设置键SET 此时PV窗口显示S0字样，同时SV窗口末位数字闪烁，根据用户要求依次按 “” 或“”键和移位键“”依次设定温度的小数点位，个位，十位和百位。例如：用户需设定112.5度，不管原SV窗口显示何值，先按一下设置键SET。PV窗口显示S0字样，SV窗口末位数字闪烁，然后依次按加数键“”、减数键“”和移位键

8、“”，设置SV窗口的值，依次设定小数点位“5”，个位“2”，十位“1”和百位“1”只能连续按十位键到11即可，然后再按下设置键“SET”设定完成。此时控制输出指示灯亮度，PV测温窗口温度随之变化，直至稳定在设置值。小词典从工业温度控制器的发展过程来看，温度控制技术大致可分以下几种：第一种是定值开关温度控制法，所谓定值开关控温法，就是通过硬件电路或软件计算判别当前温度值与设定目标温度值之间的关系，进而对系统加热源（或冷却装置）进行通断控制。若当前温度值比设定温度值高，则关断加热器，或者开动制冷装置；若当前温度值比设定温度值低，则开启加热器，这种开关控温方法比较简单，在没有计算机参与的情况下，用很

9、简单的模拟电路就能够实现。由于这种控制方式是当系统温度上升至设定点时关断电源，当系统温度下降至设定点时开通电源，因而无法克服温度变化过程的滞后性，致使系统温度波动较大，控制精度低。第二种是PID线性温度控制法，1922年美国的Minorsky在对船舶自动导航的研究中，提出了基于输出反馈的比例积分微分（PID）控制器的设计方法，标志了PID控制的诞生。由于PID调节器模型中考虑了系统的误差，误差变化及误差积累三个因素，因此，其控制性能大大地优越于定值开关控温法。其具体电路可以采用模拟电路或计算机软件方法来实现PID调节功能。前者称为模拟PID调节器，后者称为数字PID调节器。其中数字PID节器的

10、参数可以在现场实现在线整定，因此具有较大的灵活性，可以得到较好的控制效果。采用这种方法实现的温度控制器，其控制品质的好坏主要取决于三个PID参数（即比例值、积分值、微分值）。只要PID参数选取的正确，对于一个确定的受控系统来说，其控制精度是比较令人满意的。它对大多数工业控制对象都能达到较好的控制效果，但它有明显的缺点，比如依赖于对象模型，对于非线性、大滞后、时变系统控制效果不理想等。而且随着生产的发展，对控制的实时性与精度要求越来越高，被控对象也越来越复杂，单纯采用常规PID控制器己不能满足系统的要求，因此出现了许多新的控制方法。比如自适应控制、最优控制、智能控制、鲁棒控制、满意控制等，这些控

11、制策略引入到PID控制系统的设计当中极大地提高了系统的控制性能。任务实施一、实训目的1.能完成温控器的简单测试接线2.能正确设定温控器的基本参数 二、实训内容 1温控器简单测试线路 图5-1-4所示电路为温控器简单测试电路，温控器的2、3端子接入交流电源，6、8端子接入灯，作为温控器的负载，15、16端子接入可调直流电源，作为温控器的输入信号，当调节可调直流电源电压时，PV窗口显示的值发生相应变化。 图5-1-4 温控器简单测试电路2.实训器材温控器简单测试线路所需的实训工具如表5-1-3所示。表5-1-3 序号分类名称型号规格数量单位备注1工具电工工具1套2器材万用表MF47型1块3温控器X

12、MTA-50001只4空气开关1只5可调直流电源1台6灯泡1只8消耗材料铜塑线BV1/1.37mm210米9铜塑线BV1/1.13mm215米10软线BVR7/0.75mm210米11紧固件 M4*20螺杆若干只12M 4*12螺杆若干只134平垫圈若干只144弹簧垫圈及4螺母若干只15号码管若干米26号码笔1支2.实训步骤（1）按表5-1-3 准备实训器材（2）按图5-1-5 布置元器件（3）按5-1-4 接线图完成接线图5-1-5 温控器简单测试电路实物图 学习情境二 烘箱线路的安装与调试学习目标1.能正确描述烘箱的功能、结构及原理。2.能正确描述热电阻、热电偶的功能、分类、原理及接线方式

13、。3.能正确安装烘箱控制电路。知识准备一、烘箱的功能烘箱（恒温干燥箱）是利用电热丝隔层加热物体的设备，它用于比室温高5300范围的烘焙、干燥、热处理等。目前，烘箱广泛应用于工业、农业、医疗、高校及科研行业中。二、烘箱的系统构成1.烘箱结构烘箱由电源开关、电源指示灯、风门调节旋钮、温控器等组成。箱体由薄钢板构成，工作室与箱体外壳间以玻璃纤维作保温层材料。箱门中间有一玻璃窗，以供观察工作室内之情况。箱内加热恒温系统主要由装有离心式叶轮的电动机、电加热器、合理的风道结构和温度控制器组成。当接通干燥箱电源，并打开风机开关时，电动机即运转，直接将位于箱内后部的电加热器产生的热量通过风道向上排出，经过工作

14、室内干燥物品再吸入风机，以此不断循环，从而使工作室内温度达到均匀。烘箱内部是一个典型的温控系统。 a)烘箱外形图 b）烘箱内电热丝 c）烘箱内部控制电路图5-2-1 烘箱结构图2.烘箱电路的控制过程 图5-2-2 烘箱内部电路框图烘箱内部电路框图如图5-2-2所示，烘箱内部的温度传感器、温控器、电加热器构成了一个自动控温系统，温度传感器作为温度检测元件，将烘箱内部的温度信号变成电信号，传给温控器，当箱内温度低于设定温度时，温控器内部开关使电加热器（电热丝）接通电源开始加热，当烘箱内温度达到设定温度时，温控器内部开关使电加热器断开电源，停止加热。三、温度传感器 为了实时测量烘箱内的温度，需要一个

15、能测温的传感器，就是温度传感器，它将温度信号转化成电信号传送给温控器进行温度控制。常用的温度传感器有热电阻和热电偶。1.热电阻热电阻是中低温区最常用的一种温度传感器。它的主要特点是测量精度高、性能稳定。它不仅广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。（1）工作原理热电阻是基于电阻的热效应进行温度测量的，即电阻体的阻值随温度的变化而变化的特性。因此，只要测量出感温热电阻的阻值变化，就可以测量出温度。 （2）分类热电阻按结构分，可分为普通型热电阻、铠装热电阻、端面热电阻、隔爆型热电阻等，见表5-2-1。表5-2-1 热电阻分类表类别图片特点普通型热电阻适用于一般测温场合铠装热电阻铠装热电阻外保护

16、套采有不锈钢，内充满高密度氧化物质绝缘体，机械强度高，适合安装在环境恶劣的场合。端面热电阻感温元件由特殊处理的电阻丝材绕制，能更正确和快速地反映被测端面的实际温度，适用于测量轴瓦和其他机件的端面温度。隔爆型热电阻把其外壳内部爆炸性混合气体因受到火花或电弧等影响而发生的爆炸局限在接线盒内，生产现场不会引超爆炸。隔爆型热电阻可用于有爆炸危险场所的温度测量。（3）接线方式热电阻和温控器之间有三种接线方式：二线制、三线制和四线制，常用的是三线制，如表5-2-2所示。表5-2-2 热电阻接线方式接线方式接线图接线方法特点两线式在热电阻的两端各连接一根导线来引出电阻信号连接导线存在引线电阻r，r大小与导线

17、的材质和长度的因素有关。这种引线方式只适用于测量精度较低的场合三线式在热电阻的根部的一端连接一根引线，另一端连接两根引线这种方式可以较好的消除引线电阻的影响，是工业过程控制中的最常用的引线电阻。四线式在热电阻的根部两端各连接两根导线这种引线方式可完全消除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测2.热电偶热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，如图5-2-3所示，它的测量精度比热电阻更高。 图5-2-3 热电偶（1）工作原理热电偶是把两种不同材质的导体A和B组成闭合回路，如图5-2-4所示，当连接点的温度不同时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势热电势，这就是塞贝克效应。热电偶就是利用

18、这一现象将温度量转换成电势量的温度传感器。温度较高的一端为工作端（测量端），温度较低的一端为自由端（参比端）。 图5-2-4 热电偶结构示意图在热电偶回路中接入第三种金属材料时, 只要该材料两个接点的温度相同, 热电偶所产生的热电势将保持不变，即不受第三种金属接入回路中的影响。因此, 在热电偶测温时, 可接入测量仪表, 测得热电势后, 即可知道被测介质的温度。如图5-2-5所示。根据热电势与温度的函数关系, 制成热电偶分度表。分度表是冷端温度在0时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。 图5-2-5 热电偶接入仪表示意图（2）热电偶的接线 工业测温用的热电偶，其基本构造包括热电偶丝材、

19、绝缘管、保护管和接线盒等。热电偶使用时将其测量端置于气体、液体等被测介质中，参比端接入二次仪表（如温控器）中。（3）热电偶的分类热电偶按结构形式可分为普通工业型热电偶和铠装型热电偶。按分度号可分有主要有S、R、B、N、K、E、J、T八种。其中S、R、B属于贵重金属热电偶，N、K、E、J、T属于廉金属热电偶。S分度号的精确度等级最高，通常用作标准热电偶。表5-2-3 热电偶按分度号分类分度号热电极材料 正极负极S铂铑 10纯铂R铂铑 13纯铂B铂铑 30铂铑6K镍铬镍铬T纯铜铜镍J铁铜镍N镍铬硅镍硅E镍铬铜镍（4）热电偶的特点：   &

20、#160;  测量精度高：热电偶与被测对象直接接触，不受中间介质的影响。      热响应时间快：热电偶对温度变化反应灵敏。     测量范围大：热电偶从 -40+ 1600 均可连续测温。  （5）热电偶冷端的温度补偿 由于热电偶的材料一般都比较珍贵（特别是采用贵重金属时），而测温点到仪表的距离都很远，为了节省热电偶材料，降低成本，通常采用补偿导线把热电偶的冷端（自由端）延伸到温度比较稳定的控制室内，连接到仪表端子

21、上。必须指出，热电偶补偿导线的作用只起延伸热电极，使热电偶的冷端移动到控制室的仪表端子上，它本身并不能消除冷端温度变化对测温的影响，不起补偿作用。因此，还需采用其他修正方法来补偿冷端温度t00时对测温的影响。 四、烘箱控制线路1.烘箱控制线路图 烘箱控制线路图如图5-2-6所示。 图5-2-6 烘箱控制线路图表5-2-4 烘箱控制线路元件明细表元件名称元件符号作用温控器XMTA-5000控制接触器是否工作，实现温度控制热电阻RT 温度测量接触器KM控制电热丝加热鼓风电机M使烘箱内的热量均匀分布电热丝RL1、RL2、RL3加热电源开关K1控制烘箱控制线路的接通/断开电热/鼓风开关K2控制鼓风电机

22、运行/停止高/低温开关K3控制电热丝通电加热的数量2.工作原理 （1）烘箱启动、停止控制 合上电源开关K1温控器接通电源 温控器6、7端子之间的常开触点闭合 接触器KM线圈得电KM常开触点闭合电热丝RL1、RL3接通电源加热设定温控器温度上限值“80”当热电阻检测到电热丝已加热至设定温度温控器的6、7端子之间的常开触点断开 KM线圈失电KM常开触点失电电热丝失电停止加热。 （2）鼓风控制 为了使烘箱内的温度均匀，同时也为热电阻检测到的温度较精确，在线路接入鼓风机，鼓风机是一台单相交流电动机，接通鼓风开关，鼓风机接通电源运转。 （3）高/低温控制 当K3打在高温位置，RL2接入电源；当K3打在低温位置，RL2未接入电源。小贴士热电阻与热电偶的区别1.测温范围不同：热电偶使用在温度较高的环境，热电阻用于中低温区。2.测量原理不同：热电偶测量温度的基本原理是热电效应，热电阻是基于导体和半导体的电阻值随温度而变化的特性而工作的。3.信号的性质不同：热电阻本身是电阻，温度的变化，使电阻产生正的或