引言

       對熱電偶進行檢定，就必須把溫度控制在檢定點上，溫度的穩定性是熱電偶檢定的重要指標。因 此，有一套穩定的恒溫控制系統是熱電偶檢定系統所必須的，恒溫控制系統的性能好壞直接影響著熱電偶的檢定誤差。 

 

1 控制系統原理

       加熱爐控制系統如圖 1 所示，控制對象為檢定爐，檢測元件為一次元件 K 型熱電偶，PID 調節器采用具有 RS485 通信功能的SCXMPA-9000智能儀表，執行器為 SSR 固態繼電器。該爐溫控制是一個閉環負反饋系統，其調節過程: 爐溫由熱電偶感應送SCXMPA-9000智能調節儀的輸入端，在智能儀表里通過信號放大、采樣保持、A/D 轉 換，再由單片機進行數據處理及線性化校正，以實現實際爐溫的檢測和顯示，再比較實際爐溫和設定爐溫得到偏差，通過對偏差的處理獲得控制信號，按照偏差的比例、積分和微分產生控制作用( PID 控制)去控制 SSR 固態繼電器來控制加熱爐爐絲的導通時間，就可以控制電爐絲的加熱功率大小，從而控制電爐的溫度及升溫速度，使其逐漸趨于給定值且達到平衡，從而實現對爐溫的控制。該控溫系統非常大優點是升溫過程中基本無過沖現象，過渡時間短。

1. 1 一次元件

       溫度檢測元件目前多選 K 型或 S 型( 鎳鉻·鎳 硅) 熱電偶。兩者相比，K 型有較好的溫度 － 熱電 勢的線性度，但它不適宜于長時間在高溫區工作: S型具有高精度，但溫度 － 熱電勢的線性度較差。在這套系統中根據被測溫度經常在 800 ℃以下而選擇 K 型熱電偶，也給系統中數據處理帶來許多方便。 

 

1. 2 執行機構

       執行元件選用 交 流 過 零 觸 發 型 固 態 繼 電 器( SSR) 。通過智能調節儀控制固態繼電器，其波形為完整的正弦波，是一種穩定、可靠的控制方法。交流固態繼電器 SSR 是一種無觸點通斷電子開關，它利用電子元件( 如開關三極管半導體器件) 的開關特性，可達到無觸點無火花地接通和斷開電路的目的，其控制原理是: 智能調節儀輸出 30 mA/12 V 的階躍函數，經反相、光電隔離、功率放大后加到雙向可控硅上，控制繼電器的導通周波數，用導通/關斷時間比來控制固態繼電器，在溫控中大可以用秒或1 /10 s作計時單位，比如在 10 s 的周期內，導通 9 s，關斷 1 s，這就得到 90% 的加熱功率，達到溫度調節的目的

 

1. 3 調節機構

       調節機構選用的是三暢XMPA-9000智能調節儀。XMPA-9000智能調節儀是一種由單片計算機構成的智能型的溫度測控器，經 PID 調節后，可根據操作人員的編程自動調溫，使用非常方便，一經設定，無需變動。 

 

2 控制系統的調節規律

       在控溫系統中采用的是 PID 控制。比例積分微分調節( PID) 是一種常規調節算法，具有較好的控制特性，其特點是 PD 作用能克服對象的滯后，減少動態偏差，提高穩定性; PI 作用能消除靜差，適當調整比例帶( δ) 、積分時間、微分時間，就能得到較高的調節品質。

 

3 PID 參數整定方法

       XMPA-9000 具有專家系統的 PID 參數自整定，做法是將知識庫用于 PID 參數調整，在頻域中加以整定，通過在線校正整定系數可以在較短的時間內獲得理想的 PID 控制參數。

 

       專家式 PID 參數整定算法即根據一般 PID 控制算法及專家經驗，總結出一套整定規則，作出推理決策，對 PID 參數 KP、TI、TD等進行整定，其一般結構如圖 2 所示。

       該自整定控制器的工作過程是，在閉環系統受到擾動時，對系統誤差 e 的時間特性進行模式識別，分別識別出該過程響應曲線的多個特征參數 ei，i = 1，2，…，m( 如超調量、阻尼比、衰減振蕩周期、上升時間等) 。將所測出的特征參數值與用戶事先設定好的特征參數值進行比較，其偏離量送入專家系統，專家系統在線推斷出為消除各特征量的偏離，控制器各參數所應有的校正量 ΔTj，送入到常規的 PID控制器，以修正 PID 控制器的各個參數。與此同時，控制器根據系統誤差 e 以及所整定的參數進行運算，輸出控制信號 u 到廣義被控對象進行控制，直到被控過程的響應曲線的特征參數滿足用戶期望的要求。 

 

4 結束語

       通過以上的分析可以看出，熱電偶群爐自動檢定系統能較好地防止控溫過程中的超調和欠調現象，實現自然、平穩的溫度過渡，既可減少不必要的等待時間，又可得到理想的恒溫指標。