温度调节器

引言 JJC 376 -1985《电导仪》试行检定规程第14条对常数调节器的检定做如下规定:“按检定规程的图示方式接通线路。先将常数调节器置于J1= 1. 00(0)。接入标准电导G1标时，电计示值为G1，此时G1=K1，应符合表1规定。然后将常数调节器由J1变换至待检的J处，重新确定仪器零点，而标准电导G1标不变，测得电计示值K检。再根据J和G1标可得到计算值K计，按下式计算常数调节器的误差:[img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/08/200908161640_166012_1615922_3.jpg[/img]式中:k[sub]满 [/sub]为电导仪被检档的满量程。若按此规定，依据常数J和G1标计算得K[sub]记1[/sub]，(下同)代入式( 4)进行常数调节器误差的计算，将会把被检点的电计引用误差引入到仪器常数调节器误差中来，不能客观真实的反映被检对象常数调节器的调节性能。若依据J和电计示值C [sub]1平[/sub]的平均值可得到计算值 K[sub]记1[/sub](下同)代入式阵(4)进行常数调节器误差的计算，则能避免电计引用误差的影响，客观地反映出常数调节器的真实性能。

一台高麦氩色谱，发现基线毛剌较大，想调节温度烘一下，居然调不起来，会是我操作程序不对呢？还是电路板有问题？http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/02/201302272150_427436_1605035_3.jpghttp://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2013/02/201302272150_427438_1605035_3.jpg纯化器是与之近似类型的调节器，调节自如。

[size=14px][color=#990000]摘要：为了保证科研生产中的安全运行和控制，针对一些对可靠性、安全性和产品价值要求较高的控制对象，往往要求传感器具有冗余设计。本文介绍了VPC 2021-1系列多功能超高精度PID控制器，主要介绍了此控制器的双传感器冗余功能及其使用方法。[/color][/size][size=14px][/size][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=14px] 在各种工业和科研领域中，会采用大量各种传感器进行相应的过程参数测量和控制。在一些使用环境比较恶劣的条件下，如高低温、高压力、腐蚀、侵蚀、振动和强磁场等，传感器往往会受到损伤而发生故障，由此会在使用过程中给测量和控制带来严重影响，从而造成测量和控制效果降低，甚至造成产品报废和试验失败，更严重的还会造成控制失控而引发事故。特别是在一些高价值产品的长时间生产控制过程中，绝不允许期间出现中断而造成控制参数巨变造成高价值产品报废现象。[/size][size=14px] 为了解决上述运行过程中传感器损坏而带来的控制失效问题，最好的解决方法是进行冗余设计，即对工作用传感器进行备份。如图1所示，在被控对象中布置至少两个传感器，一个作为主传感器，另一个为备份传感器。当主传感器出现故障时，特别是主传感器出现断路时，控制器自动切换到备份传感器。[/size][align=center][size=14px][color=#990000][img=双传感器冗余示意图,500,294]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211161612313860_2879_3221506_3.jpg!w690x407.jpg[/img][/color][/size][/align][size=14px][/size][align=center][color=#990000]图1 冗余设计的双传感器（主传感器和备份传感器）[/color][/align][size=14px] 在控制过程和运行设备中配备双传感器比较容易实现，条件是主传感器和备份传感器的规格型号和量程要完全一致，但发挥这种冗余设计功效的关键是要求相应的PID控制器具有传感器断路自动监测能力，并同时要求能将控制回路自动切换到备份传感器。[/size][size=14px] 为了满足安全生产和控制需要，VPC2021-1系列多功能超高精度PID控制器配备这种双传感器冗余功能。如图2所示，此系列PID控制器具备万能型传感器输入功能，可连接的47种类型的输入信号，其中包括10种热电偶温度传感器、9种电阻型温度传感器、3种纯电阻、10种热敏电阻、3种模拟电流和12种模拟电压。在备份传感器的具体使用中，可以将两只完全相同的传感器分别接入主输入端和辅助输入端，并将辅助输入通道设置为双传感器冗余功能。开始运行后，控制器同时采集两只传感器信号，但采用主传感器信号进行控制。当主传感器开路时，当前测量自动转入辅助输入端（备份传感器）的测量值并继续进行控制。[/size][align=center][size=14px][color=#990000][img=具有双传感器冗余功能的多功能超高精度PID控制器,350,388]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211161614314227_180_3221506_3.jpg!w496x551.jpg[/img][/color][/size][/align][size=14px][/size][align=center][color=#990000]图2 具有双传感器冗余功能的PID控制器[/color][/align][size=14px] 这种双端口输入信号的功能还可以进行扩展，可以通过相应的设置用来进行加热器断丝报警、阀位反馈、远程设定、不同量程双传感器切换。[/size][size=14px] 总之，这种具体双传感器冗余功能的PID调节器完全可以满足安全控制的需要，功能十分强大，同时还保持了超高精度的测量控制能力。[/size][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][size=14px][/size]

[size=16px][color=#3366ff][b]摘要：空调换热器需要进行可靠性试验以满足整机产品在不同环境下的寿命周期，温度交变试验是可靠性试验中是较为关键的一项。本文在现有PLC交变温度控制技术基础上，提出了一种模块式的改进解决方案，即增加了专用的高精度PID调节器分别进行热水箱和冷水箱的温度控制，特别是采用具有冷热双向控制功能的PID调节器，在提高控温精度的同时，主要是能够大幅减小PLC控制器的软硬件复杂程度和编程工作量，更重要的是此方案可推广应用到其它任何形式的温度波和压力波的形成。[/b][/color][/size][size=16px][color=#3366ff][b][/b][/color][/size][align=center][size=16px][img=换热器热疲劳试验装置的冷热温度交变控制解决方案,600,331]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/05/202305221448031765_8068_3221506_3.jpg!w690x381.jpg[/img][/size][/align][size=18px][color=#3366ff][b]1. 问题的提出[/b][/color][/size][size=16px] 单冷式空调以及冷暖型空调（又称为热泵型）中的室外换热器（也称为冷凝器或蒸发器），其所处环境比较复杂严酷，例如在冬季使用时，室外换热器经常会结霜，在运行一段时间后空调控制器就会让其化霜。所以室外换热器经常会处于温度交替变化状态，如果换热器结构或材料选用不当，极端情况下换热器会出现裂缝导致制冷剂泄漏造成空调器不能工作。因此，为了考核换热器的可靠性，室外换热器必须进行冷热温度交变条件下的可靠性试验。[/size][size=16px] 目前很多用于热疲劳可靠性试验的换热器温度交变试验装置，基本都采用如图1所示的控制结构，分别使得冷热液体交替通过换热器来实现冷热温度交变。其中热水箱采用加热器进行温度调节，冷水箱则通过加热器和压缩制冷机进行加热和制冷调节，加热器和制冷机则则采用了PLC上位机进行PID自动控制。[/size][align=center][size=16px][color=#3366ff][b][img=01.温度交变试验装置结构示意图,550,293]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/05/202305221449444721_961_3221506_3.jpg!w690x368.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#3366ff][b]图1 温度交变试验装置结构示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 换热器温度交变试验装置基本都是自行搭建的非标设备，在实施过程过程中存在以下问题：[/size][size=16px] （1）温度交变试验装置采用PLC作为上位机进行控制是非常合理的，但PLC同时还要具有加热器控制功能，这需要增加PID温度控制模块及其相应的编程，这对很多PLC使用人员较有难度。[/size][size=16px] （2）特别是还需采用PLC实现冷水温度加热和制冷的双向控制，这更是增大了采用PLC进行控制的实现难度。[/size][size=16px] 为了解决上述问题，本文将提出一种模块化解决方案，即采用高精度PID温度控制器，特别是采用一种高精度的加热制冷双向PID温度控制器去控制加热器和压缩机制冷机组，由此控制器组成温控模块与上位机PLC通讯，可大幅减小温度交变试验装置的搭建难度和编程工作量。[/size][size=18px][color=#3366ff][b]2. 解决方案[/b][/color][/size][size=16px] 为了实现模块式温度交变试验装置的搭建，简化温度系统中PLC的复杂程度和编程难度，本文提出的解决方案如图2所示，即在图1所示的试验装置中增加了两套专用的PID温度控制器。[/size][align=center][size=16px][color=#3366ff][b][img=02.模块式温度交变试验装置结构示意图,600,261]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/05/202305221450133742_6417_3221506_3.jpg!w690x301.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#3366ff][b]图2 模块式温度交变试验装置结构示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 如图2所示，在模块式温度交变试验装置中采用了两个独立的PID温度控制器，其中一个用于热水箱的温度加热控制，另一个用于冷水箱的制冷加热双向控制。这里的PID温度控制器是一种高精度的PID调节器，具有24位AD、16位DA和0.01%最小输出百分比，并具有正反双向控制等一些串级、分程和比值复杂控制功能，非常适合同时进行加热和制冷控制的仪器设备，具有PID参数自整定功能和无超调PID控制功能。[/size][size=16px] 图2中所配置的PID温度控制器具有RS485通讯接口和随机软件，可直接采用软件在计算机上运行温控器进行温度控制，也可以与上位机PLC通讯进行参数设置和运行控制。[/size][size=18px][color=#3366ff][b]3. 总结[/b][/color][/size][size=16px] 通过上述的解决方案，采用独立的多功能高精度PID调节器，可实现模块式温度交变试验装置的搭建，简化了温度系统中PLC的复杂程度和编程难度。[/size][size=16px] 更重要的是，采用高精度PID调节器组成的模块式试验装置，可推广应用到其它类型换热器的温度交变可靠性测试中，可以用于其他任何试验所需的高精度温度波和压力波的生成。[/size][align=center][size=16px][color=#3366ff][b][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#3366ff][b]~~~~~~~~~~~~~~~~[/b][/color][/size][/align]

[color=#990000]摘要：真空浓缩过程中，浓缩温度和压强是核心控制参数。本文针对目前浓缩仪器和设备中压强控制存在精度差、波动性大等问题，提出了详细解决方案，并提出采用新型双通道超高精度多功能PID控制器和高速电动阀门来实现浓缩过程中温度和压强的同时准确测量和控制。[/color][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align] [size=18px][color=#990000]1、问题提出[/color][/size] 真空浓缩的工作原理是将样品在冷冻干燥、离心浓缩和旋转蒸发等状态下，同时采用真空和加热技术使样品中的溶剂快速蒸发、样品体系得到快速浓缩或干燥。由于不同样品对温度有不同的敏感性，同时压强与温度之间存在强相关性，所以在真空浓缩过程中，如何准确控制浓缩温度和压强，就成了使用者最关心的问题。在目前各种常用的真空浓缩设备中，普遍还存在以下几方面问题： （1）压强测量和控制精度普遍不高，特别是低压情况下更是如此，这主要是所采用的传感器和控制器精度不够。压强控制精度不高同时会对温度带来严重影响。 （2）浓缩仪器和设备普遍采用的是下游压强控制方式，即在容器和真空泵之间安装调节阀来实时调控容器的排气速率。这种下游方式适用于较高压强的准确控制，但对10mbar以下的低压则很难实现控制的稳定准确。 （3）目前绝大多数电动调节阀采用的是电动执行机构，从闭合到全开的时间基本都在10秒以上，这种严重滞后的阀门调节速度也很难保证控制精度和稳定性。 （4）由于浓缩过程中有水汽两相介质排出，很多时候介质还带有腐蚀性，这就对下游调节阀耐腐蚀性提出了很高的要求。[size=18px][color=#990000]2、解决方案[/color][/size][color=#990000]2.1 采用高精度压强传感器[/color] 对于真空浓缩过程，压强传感器是保证整个浓缩过程可控性的核心，强烈建议采用高精度压强传感器以保证真空度的测量和控制准确性。一般真空浓缩过程基本都采用机械式真空泵，低压压强（绝压）不会超过0.01mbar，高压压强接近一个大气压，因此高精度压强传感器建议采用电容薄膜规，如图1所示，其绝对测量精度可以达到±0.2%。 如果浓缩仪器和设备使用的压强范围比较宽，建议采用两只不同量程的传感器进行覆盖，如10Torr和1000Torr。[align=center][color=#990000][img=真空浓缩,600,450]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112041456355439_1975_3384_3.png!w600x450.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图1 电容薄膜式真空压力计[/color][/align] 如果采用其他类型的真空度传感器，也需要达到一定的精度要求。[color=#990000]2.2 采用高精度双通道PID控制器[/color] 在真空压力测量和控制中，为了充分利用上述电容薄膜压力计的测量精度，控制器的数据采集和控制至少需要16位的模数和数模转化器。目前已经推出了测控精度为24位的通用性PID控制器，如图2所示。[align=center][color=#990000][img=真空浓缩,690,358]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112041457090941_3284_3384_3.png!w690x358.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图2 国产VPC-2021系列温度/压力控制器[/color][/align] 对于真空浓缩的过程控制，此系列PID控制器具有以下特点： （1）高精度：24位A/D采集，16位D/A输出。 （2）多通道：独立的1通道和2通道。2通道可实现温度和压强的同时测量及控制。 （3）多功能：47种（热电偶、热电阻、直流电压）输入信号，可实现不同参量的同时测试、显示和控制，可进行正反向控制（双向控制模式）。 （4）PID控制：改进型PID算法，支持PV微分和微分先行控制。20组分组PID。 （5）双传感器切换：每一个通道都可支持温度高低温和高低真空度的双传感器切换，两通道可形成总共接入四只传感器的控制组合。 （6）程序控制：可自行建立和存储最多20种浓缩程序，进行浓缩时只需选择调用即可开始（程序控制模式）。[color=#990000]2.3 增加上游进气控制和双向控制模式[/color] 目前普遍采用的下游控制模式比较适合压强接近大气压的浓缩过程，但对10mbar以下的低压浓缩过程，就需要引入上游进气控制模式，即在浓缩容器上增加进气通道，通过电子针阀控制进气通道的进气流量来实现压强的准确控制。 如图3所示，目前已有各种流量的国产电子针阀可供选择，结合下游的真空泵抽气，通过上游模式可实现高真空（低压）的精确控制。[align=center][color=#990000][img=真空浓缩,599,513]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112041457210338_3059_3384_3.png!w599x513.jpg[/img][/color][/align][align=center][color=#990000]图3 国产NCNV系列电子针阀[/color][/align] 为同时满足低压和高压全量程准确控制，可以采用如图4所示的双传感器和双向控制模式。 在图4所示的控制模式中，就需要用到上述VPC-2021系列双通道控制器的正反向控制和双传感器自动切换功能，即在不同气压控制过程中，控制器自动切换相应量程的真空计，并选择相应的电子针阀和高速电动球阀进行控制。[align=center][img=真空浓缩,690,548]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112041457335020_3012_3384_3.png!w690x548.jpg[/img][/align][align=center][color=#990000]图4 双向控制和双传感器自动切换模式示意图[/color][/align][color=#990000][/color][color=#990000]2.4 采用高速电动球阀[/color] 所谓高速阀门一般是指阀门从全闭到全开的动作时间小于1s，这对于气体流量和压力控制非常重要。特别是对于真空浓缩过程，气压控制的快速响应可保证浓缩的准确性、安全性和提高蒸发速率。 目前已经开发出国产高速电动球阀，如图5所示。NCBV系列微型化的高速电动球阀和蝶阀，是目前常用慢速电动阀门的升级产品，与VPC2021系列温度/压力控制器相结合，可构成快速准确的真空压力闭环控制系统。[align=center][img=真空浓缩,377,500]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112041457527127_514_3384_3.png!w377x500.jpg[/img][/align][align=center][color=#990000]图5 国产NCBV系列高速电动球阀[/color][/align][color=#990000][/color][color=#990000]2.5 采用真空控压型调节器[/color] 在目前的真空浓缩仪器和设备中，浓缩是在密闭容器中发生，通过加热和真空手段将蒸发气体冷凝和排出，真空泵是对一个密闭容器进行抽气，并通过抽气流量调节来实现密闭容器内的气压恒定在设定值，这是一个典型的流量控制型恒压模式。这种控流型调压方式相当于一个开环控制方式，容器内部自生气体，且自生气体并没有很明显的规律（如线性变化），这非常不利于容器内部压强的准确控制。对于这种控流型调压方式，如图2所示，会在浓缩容器的前端增加一个进气通道，并对进气流量进行调节以使容器内部真空度控制在稳定的设定值。 对于有些真空浓缩仪器和设备，并不允许增加额外的进气通道，这里就可以用到如图6所示的控压型调节器。[align=center][img=真空浓缩,690,372]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/12/202112041458102995_3900_3384_3.png!w690x372.jpg[/img][/align][align=center][color=#990000]图6 控压型调节器在浓缩过程真空度控制中的应用[/color][/align] 控压型真空压力调节器实际上一个内置真空压力传感器、微控制器、空腔和两个电动阀门的集成式装置。在真空压力控制过程中，内置传感器测量空腔内压力，如果压力小于设定值，则进气口处阀门打开直到等于设定值，如果压力大于设定值则抽气口处阀门打开直到等于设定值，从而始终保证空腔内压力始终保持在设定值上，而调节器空腔与浓缩容器连通，即调节器空腔压力始终等于浓缩容器压力。 由此可见，控压型调节器是一个自带进气阀的独立真空压力调节装置。如图6所示，控压型调压器也可以外接传感器，设定值可以手动设置，也可以通过PID控制器设置。[align=center]=======================================================================[/align]

[align=center][b]实验室仪器设备温度指示调节仪简介[/b][/align][b][/b][align=left][b] 1概述[/b][/align][align=left][b][/b][/align][b] 温度指示调节仪配热电偶或热电阻用以测量温度的仪器，辅以相应的执行机构能组成温度控制系统，接受标准化模拟直流电信号或其他产生电阻变化的传感器的信号就可以测量和控制其他物理量。主要是对实验室仪器仪表、试验箱、马弗炉（箱式炉）、烘烤箱、制冷设备、医疗仪器等仪器设备，进行温度测量和高精度控制。温度调节仪除了在实验室应用之外，另外广泛应用于冶金、化工、轻工、纺织、农业、计量、航天等行业领域， 早期的温度调节仪是从传统的动圈式调节仪表发展而来，经历了机械指针型、电子模拟型、数字显示型式、智能图文型几个阶段。现阶段智能型温度调节仪发展为彩色无纸记录仪型，已成为市场上的主流，从功能、精度、使用控制等方面来看，其它几种传统的温度调节仪无法比拟的。目前在配备其他物理量传感器的前提下，已发展到了压力、流量、液位、位移、角度、转速、流速等物理量的测量显示和控制。 2、温度调节仪简介 （1）机械调节模拟指针型（图2-1，图2-2）。[/b][align=center][b][img=,600,342]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008302230554582_4789_1841898_3.jpg!w600x342.jpg[/img][/b][/align][align=center][b]图1-1 模拟指针式温度调节仪正视图（中低温型）[/b][/align][b] 中低温型所用热电阻有Gu50铜电阻，PT100铂电阻，热电偶有T，E，N，K型等热电偶，中间调节钮为指针零点校正，左面调节钮为低端值设定，右面调节为高端值设定。[/b][align=center][b][/b][/align][align=center][b][img=,595,448]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008302231213639_8318_1841898_3.jpg!w595x448.jpg[/img][/b][/align][align=center][b]图1-2 模拟指针式温度调节仪侧视图（高温型）[/b][/align][align=center][b][/b][/align][b] 高温型所用热电偶有S，R，B，WR25型等热电偶。[/b][align=center][b][img=,600,336]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008302231580002_7710_1841898_3.jpg!w600x336.jpg[/img][/b][/align][align=center][b]图1-3 模拟指针式温度调节仪背面图[/b][/align][b] “+，－” 为热电偶（或热电阻）接线端，“高，中，低”为继电器触点控制高位或低位接线端，“短”为模拟指示针运输时防止强烈摆针电路接线端，220VAC为电源接线端，╧为保护地线。[/b][align=center][b][img=,562,377]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008302232173775_8817_1841898_3.jpg!w562x377.jpg[/img][/b][/align][align=center][b]图1-4 模拟指针式温度调节仪内部图[/b][/align][b] 其内部主要是模拟电子元件等组成，体积较大。[/b][align=center][b][img=,600,409]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008302232505636_1153_1841898_3.jpg!w600x409.jpg[/img][/b][/align][align=center][b]图1-5 模拟指针式温度调节仪内部图[/b][/align][b] 组成元件有晶体二极管，三极管，电阻，可调电阻，电容，变压器，继电器，动圈仪表等。[/b][align=center][b][img=,550,361]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008302233209270_6088_1841898_3.jpg!w550x361.jpg[/img][/b][/align][align=center][b]图1-6 模拟指针式温度调节仪内部图[/b][/align][b] 图中腔体内为指针式动圈仪表，其主要部件包括磁铁、动圈、指针、感应铝旗、固定支架等。 (2) 电位器设定型（指针显示及LED数码管或模拟条显示型） 通过面板温度调节旋钮和刻度面板配合来设定相应所需控制温度值。由于电位器旋转只是刻度无法细化，因此温度设定无法用电位器旋钮设定的办法来判定仪表的灵敏度，只能通过输入信号在仪表上的指示，来判断温度仪表的灵敏度。[/b][align=center][b][/b][/align][align=center][b][img=,500,506]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008302233521682_4455_1841898_3.jpg!w500x506.jpg[/img][/b][/align][align=center][b][/b][/align][align=center][b]图2-1 立式电位器设定型温度调节仪[/b][/align][align=center][b][/b][/align][align=center][b][img=,575,433]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008302234108333_963_1841898_3.jpg!w575x433.jpg[/img][/b][/align][align=center][b]图2-2卧式电位器设定型温度调节仪[/b][/align][align=center][b][/b][/align][align=center][b][img=,550,388]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008302234359062_9443_1841898_3.jpg!w550x388.jpg[/img][/b][/align][align=center][b][/b][/align][align=center][b]图2-3卧式电位器设定型温度调节仪内部结构实物图[/b][/align][align=center][b][/b][/align][align=center][b][img=,550,412]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008302235183697_1326_1841898_3.jpg!w550x412.jpg[/img][/b][/align][align=center][b][/b][/align][align=center][b]图2-4 卧式电位器设定型温度调节仪内部结构俯视图图[/b][/align][align=center][b][/b][/align][align=center][b][img=,550,412]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008302235480418_1000_1841898_3.jpg!w550x412.jpg[/img][/b][/align][align=center][b][/b][/align][align=center][b]图2-5卧式电位器设定型温度调节仪内部元件布局图[/b][/align][align=center][b][/b][/align][b] 图3-6为电位器和指示表头（LED数码管显示）相配合设定型，这种设定方法需先将仪表上的设定开关拨到“设定”位置，然后再将电位器旋转所需温度值的位置，此时表头指针（或数字显示）随之变化，当指针指到（数字显示）所需设定值即可，最后设定开关返回到“测量”位置即可。当对三位式控制设定时，则需将设置开关拨向上限或下限位置后，分别转动电位器进行设定，待设定完毕后，将拨动开关返回到“测量”位置。[/b][align=center][b][img=,537,546]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008302236121875_2736_1841898_3.jpg!w537x546.jpg[/img][/b][/align][align=center][b][/b][/align][align=center][b]图2-6电位器和指示表头（或数字显示）相配合设定型[/b][/align][align=center][b][/b][/align][b] （3）拨码开关设定型（指针或数字型）在拨码开关上直接设定所需数码（温度）值，无须用开关来转换测量与设定，使用更方便，拨码开关设定温度值相比于电位器式数字精度要高一些，但值得注意的是，在此方式设定时需注意不能超过仪表本身标称量值范围。图4-1，图4-2[/b][align=center][b][/b][/align][align=center][b][img=,550,550]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008302236507004_7930_1841898_3.jpg!w550x550.jpg[/img][/b][/align][align=center][b][/b][/align][align=center][b]图3-1 拨码开关设定型温度调节仪[/b][/align][align=center][b][/b][/align][align=center][b][img=,550,549]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008302237130826_2495_1841898_3.jpg!w550x549.jpg[/img][/b][/align][align=center][b][/b][/align][align=center][b]图3-2 立式拨码开关设定型温度调节仪[/b][/align][align=center][b][/b][/align][b] (4) 智能按键设定型（LED数字显示或模拟条显示型） 智能型温度调节仪表可通过面板相应按键，按仪表芯片设置程序可对仪表所控制的上下限温度报警值、回差、PID参数、传感器安装位置造成的误差修正参数等均可通过面板相应按键设置并实时显示。[/b][align=center][b][/b][/align][align=center][b][img=,500,524]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008302237397858_9442_1841898_3.jpg!w500x524.jpg[/img][/b][/align][align=center][b]图4-1 智能按键设定型温度调节仪（LED数字显示及模拟条显示）[/b][/align][align=center][b][/b][/align][align=center][b][img=,550,398]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008302238030092_7892_1841898_3.jpg!w550x398.jpg[/img][/b][/align][align=center][b]图4-2 卧式智能型温度调节仪[/b][/align][align=center][b][/b][/align][align=center][b][img=,600,338]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008302238209882_3331_1841898_3.jpg!w600x338.jpg[/img][/b][/align][align=center][b]图4-3卧式智能型温度调节仪背面接线端说明[/b][/align][align=center][b][/b][/align][align=center][b][img=,600,432]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008302238432794_3825_1841898_3.jpg!w600x432.jpg[/img][/b][/align][align=center][b]图4-4卧式智能型温度调节仪内部器件布局图[/b][/align][b] 目前国内智能型温控仪一般都采用红、绿双排数码管分别显示测量值和设定值，具有良好的人机界面。控制仪壳体均采用DIN国际标准尺寸外形。内部采用专用微处理芯片进行数据分析和控制，如对上、下限报警值、回差、PID参数、手动输出的百分比及因传感器安装位置造成的误差修正等参数，具有先进的AI人工智能调节算法、自诊断、自整定以及自适应功能。[/b][align=center][b][/b][/align][align=center][b][img=,600,482]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008302239040686_1099_1841898_3.jpg!w600x482.jpg[/img][/b][/align][align=center][b]图4-5日本导电高精度温度调节仪（国内组装）[/b][/align][align=center][b][/b][/align][align=center][b][img=,550,412]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008302239307368_9558_1841898_3.jpg!w550x412.jpg[/img][/b][/align][align=center][b]图4-6日本导电高精度温度调节仪内部结构（一）[/b][/align][align=center][b][/b][/align][align=center][b][img=,550,412]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008302239482561_6574_1841898_3.jpg!w550x412.jpg[/img][/b][/align][align=center][b]图4-7日本导电高精度温度调节仪内部结构（二）[/b][/align][align=center][b][/b][/align][b] 智能型温度调节仪从功能结构上采用模块化结构，极大的丰富了其使用功能。使其仪表能输入各种传感器及电压、电流信号，通过配用不同的的模块可输出不同信号以满足不同的使用场所需求。如输出继电器触点通断信号、输出能驱动固态继电器的有源信号还可输出直接触发可控硅的移相或过零脉冲信号。多样输出信号的输出和控制，使其原需多台组合方能完成相应功能，只需一台仪表就能完成其功能，这样不仅提高和扩大了产品的控制性能，也大大提高了自身产品使用的可靠性。 (5) 智能无纸记录仪型（彩色显示屏数字或图形显示型）。 智能无纸记录仪型温度调节仪通常简称彩色无纸记录仪，除了温度调节功能，与上面所介绍的温度调节仪相比有明显优越性，它不仅仅是一个普通的智能温度调节仪，在输入端输入不同物理传感器信号，如压力、流量、流速、液位、位移、角度、转速等。并且同时存储多路所检测的信号，供操作者随时调用查询之用，大大的方便了用户。它还可以通过与远处计算机联机完成远程温度巡检及控制功能，是智能温度调节仪上升到了一个新的台阶。[/b][align=center][b][/b][/align][align=center][b][img=,600,600]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008302240174805_9797_1841898_3.jpg!w600x600.jpg[/img][/b][/align][align=center][b]图5-1 常用智能无纸记录仪型（数字显示）[/b][/align][align=center][b][/b][/align][align=center][b][img=,550,543]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008302240335393_1659_1841898_3.jpg!w550x543.jpg[/img][/b][/align][align=center][b]图5-2 智能无纸记录仪型（图形显示）[/b][/align][align=center][b][/b][/align][align=center][b][img=,550,498]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008302240554056_6832_1841898_3.jpg!w550x498.jpg[/img][/b][/align][align=center][b]图5-3 智能无纸记录仪（多参数图形显示）[/b][/align][align=center][b][/b][/align][b] 彩色无纸记录仪操作方便，应用于生产设备，试验设备，过程控制所需的历史数据记录，报警记录和通断电记录场合。由于具备丰富的输入和输出接口及算法，作为速度快，精度高的数据采集单元也得到大量应用。显示具体数字及百分比进度条显示，操作者一目了然，数据提取采用U盘即插即用或远程计算机记录，提取数据快捷简单。[/b][align=center][b][img=,600,520]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2020/08/202008302241068950_4327_1841898_3.jpg!w600x520.jpg[/img][/b][/align][align=center][b]图5-4 智能无纸记录仪（多界面，多参数，多功能彩色显示）[/b][/align][b] 智能无纸记录仪能够直接在屏幕上显示百分值、当前值、变化趋势曲线、报警状态、积值等。在显示的同时，还能够比较变化趋势，便于观察和故障原因分析。无纸、无笔，避免了纸和笔的消耗和维护，内部无任何机械传动部件，大大减轻了仪表操作者的工作量。 智能无纸记录仪采用以 CPU为核心，大容量存储器RAM，可存储多个过程变量瞬时值及大量历史数据，可与计算机连接，将数据存入计算机，进行显示、记录和处理等。随着微处理器在仪表中的推广应用，各个仪表生产厂家纷纷推出新一代的彩色无纸记录仪，必将成为传统记录仪更新换代的替代品。 3、温度调节仪小结 智能温度调节仪仪现已成为发展的主流，随着智能化的不断发展，使操作者可以通过简单的操作流程实现其所需功能，相应的应用的领域也在不断增大，并也将逐渐淘汰传统的温度调节仪。 总之，随着彩色无纸记录仪的应用推广，当前互联网、大数据、云技术的快速发展，工业智能温度物联网记录仪+云平台技术，将以最新形式、以最低成本的数据监控方案，实实在在的开启全新物联网数据云监控时代。实现物联网化管理，不仅可以提高企业开发的效率，还可以最大限度地降低企业成本。最后真心希望我国的智能温度调节仪早日赶超国际水平。[/b]

实验室仪器设备温度指示调节仪发展综述一 概述 温度调节仪广泛应用于冶金、化工、轻工、纺织、农业、军工、航天等行业领域，主要是对实验室仪器仪表、试验箱、马弗炉（箱式炉）、烘烤箱、制冷设备、医疗仪器、塑料机械、恒温大棚、家用电器。作-200～1800℃范围内的温度测量和高精度控制。 温度调节仪从最早的传统的动圈式，经历了电子模拟式、数显式、智能型几个阶段。从发展趋势方面而言，智能型温度调节仪是未来发展的主流，无论从功能、精度、使用控制等方面看都是以上其它几种温度调节仪无法比拟的。如配相应的传感器也可拓展到压力、流量、液位、位移等物理量的测量、显示和控制。二 温度调节仪的类型与发展1. 电子管时代的机械模拟指针型：(发展年代为五十年代～六十年代，纯电子管型） 此早期使用的机械模拟指针型，主要是五十年代末～六十年代初我国从前苏联和前东德引进的的技术，组装和吸收消化自产并行，产品以EFT系列为主。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2011/12/201112010049_334440_1841897_3.jpg图一 电子管EFT-100型温度调节仪（正面图）

[size=16px][color=#339999][b]摘要：采用当前的各种涂布机很难适用气体扩散层这类脆性材料的涂布工艺，需要控制精度更高的微张力控制系统。为此本文基于串级控制原理，提出了采用双闭环PID控制模式和超高精度PID张力控制器的解决方案，一方面形成浮动摆棍闭环和主动辊闭环构成的串级控制回路，另一方面是采用目前测控精度最高的工业用PID控制器，结合相应配套的高精度传感器和执行器，可真正实现微张力的精密控制。[/b][/color][/size][align=center] [img=微张力精密控制,690,225]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307261628010805_2785_3221506_3.jpg!w690x225.jpg[/img][/align][size=16px] [/size][size=18px][color=#339999][b]1. 问题的提出[/b][/color][/size][size=16px] 气体扩散层（GDL）在燃料电池中起到支撑催化层、收集电流、传导气体和排出反应产物水的重要作用，常用于质子交换膜燃料电池，在具体生产工艺中需要在GDL材料表面定量涂布一层特定功能涂料。由于GDL基体层材料较脆，涂布工艺过程中易造成基体层材料断裂或撕裂，转弯处易折断，在高温状态下材料比常温下更脆弱，一般要求涂布过程中控制张力设定在5～10N很窄的一个范围内，且还需要在此微张力范围内具有较高的控制精度。[/size][size=16px] 传统涂布设备，浮动摆辊均为气缸驱动，直线电位器反馈摆辊位置。存在以下问题：[/size][size=16px] （1）无法精确控制摆辊位置。[/size][size=16px] （2）气缸行程只有一个方向，需要料膜的张力平衡气缸推力，易造成GDL脆性材料拉伸。[/size][size=16px] （3）摆辊瞬间偏移至一端时，料膜张力瞬间增大或减小，极易造成GDL脆性材料的撕裂甚至断裂。[/size][size=16px] （4）张力控制器中的模数转换AD精度和数模转换DA精度较低，最小输出百分比也只能达到0.1%，无法提供更高精度的测量和控制。[/size][size=16px] 由此可见，为实现GDL脆性材料的微张力控制，实现具有精度高、张力小、控制稳的伺服电机驱动的浮动摆辊微张力控制是氢能材料制备的关键技术，为此本文提出了相应的解决方案。[/size][size=18px][color=#339999][b]2. 解决方案[/b][/color][/size][size=16px] 为实现涂布工艺中的微张力高精度控制，本文提出的解决方案包含以下两方面的内容：[/size][size=16px] （1）采用双闭环PID控制形式调节料膜张力，即对浮动摆棍和主动辊进行独立的PID控制。[/size][size=16px] （2）采用超高精度的双通道PID控制器，每个通道都具有24位AD、16位DA和0.01%最小输出百分比。[/size][size=16px] 解决方案所涉及的微张力控制系统结构如图1所示。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=双闭环微张力控制系统结构示意图,500,200]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307261628351448_1980_3221506_3.jpg!w690x277.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图1 双闭环微张力控制系统结构示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 在图1所示的双闭环控制系统中，浮动摆辊PID闭环控制的具体过程是根据工艺要求，给控制器输入张力值，控制器根据张力传感器信号与设定张力值之差进行快速PID计算后输出控制信号，此控制信号控制浮动摆辊伺服驱动器和伺服电机动作，从而使浮动摆棍产生偏移使得料膜张力快速达到设定值。[/size][size=16px] 浮动摆辊的PID闭环控制过程主要是通过浮动摆辊偏移来调节料膜张力，主动辊速度仍为主机速度，并未参与调节。当浮动摆辊伺服电机持续动作调节料膜张力时，浮动摆辊偏差会导致累积，最终达到浮动摆辊位置报警值。因此仅由浮动摆辊伺服电机调节料膜张力不能完全解决张力不稳、精度不高的问题，为此增加主动辊PID闭环控制实现张力的精准控制。[/size][size=16px] 第二路主动辊PID闭环控制的具体过程是在浮动摆辊PID闭环控制实现调节后，由于浮动摆辊偏离中位，位移传感器跟随浮动摆辊偏移产生对应的偏移电压信号并输入给控制器，控制器根据此偏移电压信号与0V值的正负偏差进行快速PID计算后输出控制信号，此信号控制主动辊伺服驱动和主动辊伺服电机来改变主动辊速度，使得浮动摆棍回到中位，最终实现GDL脆性材料的微张力精准控制。[/size][size=18px][color=#339999][b]3. 总结[/b][/color][/size][size=16px] 综上所述，通过上述解决方案，可很好的解决微张力的精密控制问题，具体优点如下：[/size][size=16px] （1）解决方案所采用的双闭环控制结构，实际上是一个非常典型的串级控制结构，因此充分利用了串级控制结构的优势，更利于实现高精度张力的控制。[/size][size=16px] （2）制约微张力精密控制的另一个主要因素是控制器的精度普遍不高，采用PLC很难达到超高的采集和控制精度。因此，本解决方案中采用了超高精度的双通道PID控制，既使用了串级控制功能，又实现了超高精度的PID控制。[/size][size=16px] 当然，传感器和执行器精度也是制约微张力精密控制的因素，为了真正实现微张力的精密控制，还需在使用串级控制和超高精度PID控制器的基础上，配备相应高精度的传感器和执行器。[/size][size=16px][/size][size=16px][/size][align=center][b][color=#339999]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/color][/b][/align][align=center][b][color=#339999][/color][/b][/align][align=center][b][color=#339999][/color][/b][/align][align=center][b][color=#339999][/color][/b][/align][align=center][b][color=#339999][/color][/b][/align]

[color=#990000][size=16px]摘要：现有的[/size][size=16px]ARC[/size][size=16px]加速量热仪普遍存在单热电偶温差测量误差大造成绝热效果不好，以及样品球较大壁厚造成热惰性因子较大，都使得[/size][size=16px]ARC[/size][size=16px]测量精度不高。为此本文提出了技术改进解决方案，一是采用多只热电偶组成的温差热电堆进行温差测量，二是采用样品球外的压力自动补偿减小样品球壁厚，三是用高导热金属制作样品球提高球体温度均匀性，四是采用具有远程设定点和串级控制高级功能的超高精度[/size][size=16px]PID[/size][size=16px]控制器，解决方案可大幅度提高[/size][size=16px]ARC[/size][size=16px]精度。[/size][/color][align=center][size=16px][color=#990000][b]==============================[/b][/color][/size][/align][b][size=18px][color=#990000]1. 问题的提出[/color][/size][/b][size=16px] 加速量热仪（Accelerating Rate Calorimeter）简称ARC，是一种用于危险品评估的热分析仪器，可以提供绝热条件下化学反应的时间-温度-压力数据。加速量热仪（ARC）基于绝热原理，能精确测得样品热分解初始温度、绝热分解过程中温度和压力随时间的变化曲线，尤其是能给出DTA和DSC等无法给出的物质在热分解初期的压力缓慢变化过程。典型的加速量热仪的结构如图1所示。为了保证加速量热计的测量精度，ARC装置需要实现以下两个重要条件：[/size][align=center][size=16px][color=#990000][b][img=ARC加速量热计典型结构,500,267]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/09/202309121740385310_8045_3221506_3.jpg!w690x369.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#990000][b]图1 ARC加速量热仪典型结构[/b][/color][/size][/align][size=16px] （1）被测样品始终处于绝热环境。绝热环境的实施需采用等温绝热方式，即样品球周围的护热加热器温度始终与样品球温度保持一致，两者的温差越小，样品散失或吸收的热量则越小，量热仪测量精度越高。[/size][size=16px] （2）空心结构样品球（样品池或样品容器）的壁厚越薄越好，以最大限度减少热惰性因子，减少球体吸热和放热影响。[/size][size=16px] 在目前的各种商品化ARC加速量热仪中，并不能很好的实现上述两个边界条件，主要存在以下几方面的问题：[/size][size=16px] （1）样品温度和护热温度仅采用了两只热电偶温度传感器，而热电偶的测温精度和一致性本身就较差，仅靠两只热电偶测温和控温，很难保证达到很好的等温效果，往往会造成漏热严重的现象，导致测量精度较差。热电偶在使用一段时间后，这种现象会更加突出。[/size][size=16px] （2）因为化学反应过程中会产生高温高压，使得现有ARC的样品球壁厚必须较厚以具有较大的耐压强度，避免样品球或量热池产生形变或破裂，但这势必增大了热惰性因子。这种壁厚较厚和较大热惰性因子，是造成ARC加速量热仪测量误差较大的另一个主要原因。[/size][size=16px] （3）由于首先要保证壁厚和耐压强度，量热池所用材质往往是高强度金属，但这些金属材质相应的热导率往往较低，较低的热导率则会影响量热池侧壁温度的快速均匀。这种低导热材质所带来的样品球温度非均匀性问题，又会造成周边护热温度控制的误差，所带来的连锁效果会进一步降低测量精度。[/size][size=16px] 为了解决目前ARC加速量热仪存在的上述问题，本文提出了以下解决方案。[/size][size=18px][color=#990000][b]2. 解决方案[/b][/color][/size][size=16px] 解决方案主要包括两方面的技术改进，一是采用多只热电偶构成温差热电堆来提高温差检测的灵敏度和更好的保证绝热环境，二是在样品球外增加气体压力自动补偿。改进后的ARC加速量热仪的结构及控制装置如图2所示。[/size][align=center][size=16px][color=#990000][b][img=ARC加速量热仪温度和压力控制装置结构示意图,550,283]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/09/202309121741195817_6742_3221506_3.jpg!w690x356.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#990000][b]图2 ARC加速量热仪温度和压力控制装置结构示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 在如图2所示的高温高压控制装置中，采用了4对热电偶组成的热电堆来检测样品球与护热加热器之间的温差，这样可以使温差测量灵敏度提高4倍，即可使原来采用单只热电偶的量热计测量精度得到大幅提高。在实际应用中，热电堆中的热电偶数量并不限制于4只，可以根据ARC结构和体积采用更多的热电偶，由此可进一步提高温差测量灵敏度，但在选择热电偶时，需要采用尽可能细的热电偶丝，以减少热量通过热电偶丝进行传递。[/size][size=16px] 对于补偿压力的控制，如图2所示，在ARC中增加了一路高压气路。压力控制回路由压力传感器、压力调节器和PID控制器构成，通过压力调节器将来自高压气源（如氮气）的压力进行自动减压控制，使得高温高压腔体内的压力始终跟踪样品球内的压力变化，从而尽可能降低样品球内外的压力差。压力调节器是一个内置压力传感器、PID控制器和两只高速进出气阀门的压力控制装置，可直接接收外部压力设定信号进行快速和准确的压力控制，非常适用于像ARC量热仪高温高压腔这样的密闭腔室的气体压力控制。压力调节器的压力控制范围为0~5MPa（表压），如需要更高压力调节，则需增加一个高压背压阀，但压力调节还是通过压力调节器。[/size][size=16px] 在图2所示的高温高压控制装置中，温差传感器的灵敏度、压力传感器测量精度以及压力调节器控制精度都决定了ARC加速量热计边界条件是否精确，但这些部件对ARC的最终测量精度贡献还需PID控制器来决定。PID控制器作为ARC绝热量热仪的核心仪表，需要满足以下要求才能真正保证最终精度：[/size][size=16px] （1）在量热仪绝热实现方面，采用温差热电堆，可灵敏检测出样品球与护热加热器之间的微小温差变化，但温差灵敏度最终是要通过PID控制器的检测精度得以保证，由此要求PID控制器应有尽可能高的采集精度。同样，绝热控制的最终效果是温差越小越好，这也对PID控制器的控制输出提出了很高的要求，即要求控制精度越高越好。本解决方案中选择了VPC2021系列的超高精度PID控制器，这是目前国际上最高精度的工业用小尺寸PID调节器，具有24位AD、16位DA和0.01%最小输出百分比，可完全满足微小温差热电势信号高精度检测和高精度温度控制的要求。[/size][size=16px] （2）在量热仪高压补偿控制方面，需要对高温高压腔室内的气体压力进行跟踪控制以尽可能的减小样品球内外的压力差。在压力控制回路中，压力传感器用来检测样品球内部的压力变化，同时此传感器的输出压力值又作为高温高压腔室压力控制的设定值，PID控制器根据此设定值来动态控制高温高压腔室压力，这就要求PID控制器具有远程设定点功能，并具有与压力调节器组成串级控制回路的功能，而本解决方案配置的VPC2021系列PID控制器则具备这种高级控制功能。[/size][size=18px][color=#990000][b]3. 总结[/b][/color][/size][size=16px] 综上所述，本解决方案采用了温差热电堆和压力补偿两种技术手段对现有ARC加速量热仪进行改进，改进后的ARC加速量热仪具有以下特点：[/size][size=16px] （1）温差热电堆可明显提高温差检测灵敏度，可更好的实现绝热效果。[/size][size=16px] （2）压力补偿可使得样品球的壁厚更薄，并降低了样品球材质的强度要求，样品球就可以采用高导热金属，在降低样品球热惰性因子的同时，更能提高样品球整体的温度均匀性，可显著提高量热仪测量精度。[/size][size=16px] （3）采用了具有远程设定点和串级控制这些高级功能的超高精度PID控制器，可充分发挥上述技术改进措施的优势，真正使ARC加速量热仪测量精度的提高得到了保障。[/size][size=16px] （4）所采用的技术手段，可推广应用到其它形式的热反应量热仪中。[/size][align=center][color=#990000][b][/b][/color][/align][align=center][b]~~~~~~~~~~~~~~~[/b][/align][size=16px][/size]