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选择温度控制器的考虑因素

供稿:OMEGA工业测量(中国) 2015/9/6 15:03:16

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  • 关键词: 温度控制器
  • 摘要:本文介绍了温度控制器的基本功能和选型的基本方法。

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电热的可控性

控制器的基本功能是将实际温度与设定值 比较,并产生用于维持设定值的输出。

控制器是整个控制系统的一部分,在选择 合适的控制器时应对整个系统进行分析。 选择控制器时应考虑以下各项:

  1. 输入传感器的类型(热电偶、RTD、 卡式和温度范围)

  2. 传感器的布置

  3. 所需控制算法(通/断、比例、PID、  自动整定PID)

  4. 所需输出硬件的类型(机电式继电 器、SSR、模拟输出信号)

  5. 附加输出或系统要求(要求的温度和/或设定值显示屏、冷却输出、报警、 限值、计算机通信等)

输入类型

输入传感器的类型取决于所需温度范围、 所需测量分辨率和精度、传感器的安装方 法和位置。

传感器的布置

传感元件相对于工作位置和热源的正确布 置对良好的控制最为重要。如果三者可以 近距离布置,将能够较容易地得到很高的 精度,甚至能达到控制器的极限精度。但 是,如果热源距工作位置较远,将传感元 件定位在加热器和工作位置之间不同的地点,所达到的精度就会有很大差异。

选择传感元件的位置前,应先确定热量需 求是基本稳定的还是有所变化。如果热量 需求相对稳定,将传感元件布置在热源 附近可将工作位置处的温度变化保持在最 小程度。

而当热量需求变化时,将传感元件布置在 工作位置附近将使其能够更快速地感知热 量需求的变化。但是,由于加热器和传感 元件之间热滞后加大,会发生更大的过调 量和欠调量,造成在最高温度和最低温度 之间更大的分散。通过选择PID控制器可 以减小这种分散。

控制算法(模式)

控制器尝试将系统温度恢复到所需水平所 采取的方法。两种最常见的方法是二位( 通断)控制和比例(节流)控制。

通断控制

通断控制具有最简单的控制模式。它具  有死区(差值),以输入量程的百分比 表示。设定值通常位于死区中心。因 此,如果输入为0 ~ 1000˚F,死区为1%且设定值为500˚F,当温度为495˚F或 更低时,输出将为全通,直到温度达到505˚F, 此时输出将为全断。它将保持全 断状态,直到温度降到495˚F。

如果过程的响应速率很快,在495˚F和505˚F之间的循环将很快。过程的响应速 率越快,过调量和欠调量就会越大,当 用作最终控制元件时,接触器的循环也 越快。

通断控制通常用在不需要精确控制的场 合,例如无法使能源频繁接通和切断的 系统中,因系统质量太大而温度变化极 慢的情况,或者用作温度报警。

用作报警的一种特殊类型的通断控制装置 为限制控制器。这种控制器使用必须手动 复位的锁定继电器,用于在达到特定温度 时关闭过程。

比例

比例控制设计用于消除伴随通断控制的循 环。比例控制器在温度接近设定值时降低 供给加热器的平均功率。这能够减慢加热 器加热,以便温度不会超过设定值,但会 接近设定值并维持在一个稳定的温度。这 种比例作用可通过以短时间间隔接通和切 断输出来实现。这种“时间比例控制”通 过“打开”时间和“关闭”时间的比率变 化来控制温度。

两次连续“接通”之间的时间称为“循环 时间”或“工作周期”。比例作用发生在 设定温度附近的一个“比例带”内。超出 此比例带,控制器的作用方式与通断控制 器一样,输出为全通(比例带以下)或全 断(比例带以上)。但是,在比例带内, 输出的接通和切断与测量值和设定值之差 成比例。在设定值(比例带的中点)处, 输出通断比为1:1,即接通时间和切断时 间相等。如果温度远离设定值,接通时间 和切断时间与温差成比例变化。如果温度 低于设定值,输出接通时间较长。如果温 度高于设定值,输出切断时间较长。

比例带通常以输入满量程的百分比或度 表示。它也可以称为增益,是比例带的 倒数。在许多装置中,循环时间和/或比 例带宽度可以调节,从而使控制器可以 更好地匹配特定的过程。

比例控制器有一个手动复位(微调)调节 装置,可用于调节稳态温度和设定值之间 的偏移量。

除机电和固态继电器输出外,比例控制器 也可以有比例模拟信号输出,如4 ~ 20 mA或0 ~ 5 Vdc。在这些输出 中,变化 的是实际输出电平振幅,而不是通断时间 的比例。

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