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《武汉理工大学》 2011年
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双热电偶外热式坩埚盐浴炉温度自动控制系统研究

张莹  
【摘要】:本文研究的对象是双热电偶外热式坩埚盐浴炉的温度自动控制系统。温度自动控制系统的控制质量,如控制精度、响应速度、自动化级别等,对于盐浴热处理工艺的顺利进行和处理后材料的性能有着至关重要的作用。但是,盐浴热处理的温度控制系统具有大滞后性和复杂性等特点。而传统的温度控制系统,多采用的是人工控温、分档调节等方法,能量消耗大并且控制质量低,不适于滞后、复杂、时变温度系统的控制,给热处理工艺的进行过程带来不便,甚至有时不能满足某些材料的加工要求。 本文针对以上问题进行研究,寻找一种好的解决方法。本文的研究目标是设计一种针对外热式坩埚盐浴炉的温度自动控制系统,在传统半自动温控系统的基础上,采用较先进的自动控制理论、控制技术来实现高控制质量的控温系统。同时,针对双热电偶外热式坩埚盐浴炉,计算出加工过程的热量传输量以及系统的温度-热量传递函数,为实际的盐浴处理工艺提供数学理论支持。 本文的研究内容主要有: 1)采用PID算法并通过扩充响应曲线法来整定控制参数; 2)计算系统的热量传输量并导出了系统热量传递的函数关系式; 3)设计了温度控制系统的硬件,使用单片机为核心、较先进的电子元件为辅助的硬件系统,实现温度自动控制; 4)设计了温度控制系统的软件结构、系统流程图等。 本文研究结论为: 1)使用PID算法以及扩充响应曲线法来整定控制参数可以提高系统的响应速度、降低滞后性、减小温度波动,提高控制质量。 2)系统的热量传输量可以定量求出。热量传输可以分为从电源到炉膛的热量传递,炉膛传入坩埚导致坩埚温度上升的热过程和坩埚将热量传到盐浴使得盐浴温度上升这三个过程,第一种的热量传递方式为将电能转变为热能,第二种的热量传递方式包括辐射传热和对流传热;第三种的传递方式包括辐射传热、对流传热和传导传热。 3)计算了系统热量传递的函数关系式。为了方便计算和简化模型,在计算热量传递的函数时,只计算电源传入炉膛的热量传递函数,和从炉膛到坩埚盐浴这一整体的热量传递函数表达式。 4)温度控制系统的硬件主要是以单片机AT89C52作为核心元件,并采用高精度的数字转换器MAX6675来简化电路,实现了温度的自动化控制。 5)温度控制系统的软件流程图和软件设计可以辅助系统的硬件完成各项功能。 本文研究成果对双热电偶外热式坩埚盐浴炉的温度控制技术有较为重要的意义,有一定的实际价值,可以投入生产使用。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP273

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