电阻炉温度控制系统毕业设计

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1、第 1 页 共 73 页 1 1 引言引言 1.1 研究意义与背景研究意义与背景 温度是工业生产中主要的被控参数之一， 与之相关的各种温度控制系统广泛 应用于化工、机械、冶金、食品等领域。温度控制是工业生产过程中常见的过程 控制之一，在不少工艺过程中，温度的控制效果直接影响到产品的质量。所以设 计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。 温度控制系统属于一阶纯滞后环节，具有大惯性、纯滞后、非线性等特点， 导致传统控制方式超调大、 调节时间长、 控制精度低。 采用单片机进行温度控制， 具有电路设计简单、精度高、控制效果好等特点，对提高生产效率、促进科技进 步等方面具有重要的现实意义。 随着单片

2、机技术的迅速兴起与蓬勃发展， 其稳定、 安全、高效、经济等优点十分突出，所以其应用也十分广泛。单片机已经无处不 在，与我们生活息息相关，并且渗透到生活的方方面面。 单片机的特点是体积较小，也就是其集成特性，其内部结构是普通计算机系 统的简化，增加一些外围电路，就能够组成一个完整的最小系统，单片机具有很 强的可扩展性。它具有和普通计算机类似的、强大的数据处理功能，通过使用一 些科学的算法，可以获得很强的数据处理能力。所以单片机在工业应用中，可以 极大地提高工业设备的智能化、数据处理能力和处理效率，而且单片机无需占用 很大的空间。 随着检测理论和技术的不断更新, 温度传感器的种类也越来越多，在微机

3、系 统中使用的传感器，必须是能够将非电量转换成电量的传感器，目前常用的有热 电偶传感器、 热电阻传感器和半导体集成传感器等， 每种传感器根据其自身特性， 都有它自己的应用领域。 1.2 电阻炉简介电阻炉简介 （1）电阻炉的简介 电阻炉是利用电流使炉内电热元件或加热介质发热，从而对工件或物料加 热的工业炉。工业上用的电阻炉一般由电热元件、砌体、金属壳体、炉门、炉用 第 2 页 共 73 页 机械和电气控制系统等组成。电热元件具有很高的耐热性和高温强度，很低的电 阻温度系数和良好的化学稳定性。电热元件的分布和线路接法，依炉子功率大小 和炉温要求而定。电阻炉的供电电压一般为 220V 或 380V，

4、必要时配置可调节 电压的中间变压器。一般而言，小型炉(0 时， 在一定的 IF 作用下， 所对应的 IC 基本上与 VCE 无关。IC 与 IF 之间的变化成线性关系，用半导体管 特性图示仪测出的光电耦合器的输出特性与普通晶体三极管输出特性相似。 3.8.3 温度控制模块电路温度控制模块电路 此部分电路主要由光电耦合器和可控硅组成，光电耦合器与单片机端口相 连，可以根据端口信号的变化迅速做出反应，延时时间短。由于单片机的端口电 压不足以驱动光电耦合器，故令其低电平触发，外加上拉电阻。与外部电阻炉相 连的部分是可控硅，与光电耦合器配合输出，以弱点控制强电，控制电阻炉的开 断频率，以达到加热目的。

5、温度控制模块电路图如图 3.10 所示： 第 29 页 共 73 页 图 3.10 温度控制模块电路图 11 R的作用是限制流过MOC3041的输出端的电流不超过允许的最大重复浪 涌电流。R11的值可大致如下估算： 11 R= P V/ P I （3.1） 其中: P V为工作电压的峰值,也就是2202V, P I为MOC3041输出端允许的 最大重复浪涌电流（1A)。计算结果 11 R=312，这里取 11 R=360。 由于 11 R的串入，使触发电路产生一个最小触发电压场，低于 T V时，双向可 控硅BTA12不能导通。 T V= 11 R GT I+ GT V+ TM V (3.2)

6、其中： GT I表示可控硅BTA12的最小触发电流。 GT V表示可控硅BTA12的最小触发电压。 TM V为MOC3041输出端的输出压降，其最大值为3V. 在阻断状态下,晶闸管的PN结相当于一个电容，如果突然受到正向电压，充 电电流通过门极PN结时，起了触发电流的作用。当 V d/ t d较大时，将导致 MOC3041的输出晶闸管误导通。由于电加热丝是一个感性负载，其 V d/ t d比较 大，因此，采用 14 R和 11 C组成的RC回路来降低MOC3041的输出晶闸管的 V d/ t d。 在极端情况下，MOC3041允许的 V d/ t d为sV8.0。 第 30 页 共 73 页 由于： V d/ t d= 1114 CR V P (3.3) 11 R+ 14 R= GT T I V (3.4） 由此可以估算出 14 R和 11 C的值。 在实际使用中，太大的电压上升率对外部的BTA12可控硅是不允许的，特别 是负载为感