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摘要：介紹一種由鎳鉻加熱絲、接觸器、鉑熱電阻和溫度控制器構(gòu)成的電熱烘箱溫度控制系統(tǒng)。鎳鉻絲采用星形接法，屬于接觸器控制。此系統(tǒng)控制精度高，故障率低。

0 引言

電熱烘箱在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)院和科研等領(lǐng)域都有著廣泛的用途，現(xiàn)在有很大比例的電熱烘箱溫度控制系統(tǒng)仍采用分立元件，如圖1所示。其控制溫度的原理是：操作者先將開關(guān)SA1和SA2撥至接通位置，過一段時間后讀插在烘箱底部的水銀溫度計顯示的溫度，待其顯示的烘箱內(nèi)部的溫度接近工藝溫度時斷開開關(guān)SA2，烘箱通過控制KM1的通斷進行保溫操作。操作者還需要不斷的觀察水銀溫度計，如果溫度計顯示溫度與工藝溫度不一致，操作者須不斷調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)器旋鈕，直至溫度計的穩(wěn)態(tài)讀數(shù)剛好等于工藝溫度。通常情況下，要調(diào)節(jié)歘工藝溫度需要的時間比較長，而且誤差較大。最為重要的是由于器件的老化，烘箱溫度控制系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)故障，溫控系統(tǒng)一旦發(fā)生故障很難修復(fù)。因此，改造或者重新設(shè)計分立元件電熱烘箱溫度控制器系統(tǒng)就很有必要了。

1  主回路

1.1  主回路電路分析

  本次制作的電熱烘箱主要用于烘烤軟膜，其烘烤工藝有如下兩點要求：第一是升溫速率要大，以便于烘箱溫度在額定裝載量時能較快地從室溫升到工藝溫度（即溫度器上的設(shè)定溫度）；第二是在工藝溫度保溫時，溫度誤差較小，以免出現(xiàn)制品欠燒或者過燒的現(xiàn)象。為滿足工藝要求，本方案設(shè)計了兩組加熱器，升溫時兩組加熱器同時投入工作；保溫時，僅第一組加熱器EH1\EH2和EH3工作。主回路電路圖如圖2所示。在計算加熱器的功率時，同組的功率應(yīng)相同，可以延長接觸器觸點的使用壽命和減小中性點漂移，同時各組加熱器的功率應(yīng)根據(jù)烘箱的額定裝載量、最高使用溫度、加熱腔體積、升溫速率等因素計算得出，具體數(shù)值可根據(jù)經(jīng)驗公式計算出

圖2  主回路圖

1.2  加熱件的連接

盡管本設(shè)計中只有兩組中性點與配電柜中線母排連接的星形連接的加熱件，加熱件的連接端子總數(shù)還是比較多。在加熱系統(tǒng)中如果主回路連接不好則會導(dǎo)致連接端子處接觸電阻增大，進而致使連接端子處的熱功率增大，最終會導(dǎo)致鎳鉻絲在連接端子處因過熱而熔斷，連接端子處的熱功率按照經(jīng)驗公式計算。

通常用于連接烘箱加熱絲的鐵螺釘和鍍鋅螺釘在烘箱加熱過程中極易氧化和龜裂，當(dāng)螺釘氧化層和龜裂處剝落后，加熱絲連接處因間隙增大導(dǎo)致接觸電阻增大，致使整個烘箱熱功率降低，甚至引起電弧熔斷加熱主回路。為了減小上述事故的發(fā)生概率，利用不銹鋼螺釘壓接加熱爐絲。實際運行結(jié)果表明，使用不銹鋼螺釘后加熱絲壓接處熔斷的故障率明顯降低。

1.3  防止加熱件短路的措施

盡管烘箱的主回路比較簡單，但不當(dāng)?shù)募訜峒惭b、使用和維護都可能導(dǎo)致加熱鎳鉻絲之間的相間短路或者鎳鉻絲與烘箱外殼的相地短路。為了盡量降低主回路發(fā)生短路的可能性，針對烘箱的實際情況應(yīng)注意解決以下兩個問題。

第一是從接觸器KM1和KM2主觸點輸出端子的6根相線和1根中線均須穿過同一穿線孔引至烘箱底部的接線端子上，因此處理好這7根銅線之間以及它們于烘箱外殼之間的絕緣就顯得尤為重要。在銅導(dǎo)線壓接前應(yīng)為每根導(dǎo)線穿好足夠的陶瓷絕緣子；導(dǎo)線穿孔時應(yīng)避免交叉，此外，將多余的銅導(dǎo)線剪斷。這樣，穿孔線處發(fā)生短路的概率就大大降低了。

第二是鎳鉻絲置于凹槽內(nèi)。如果鎳鉻絲置于凹槽外，其通電加熱極有可能通過鐵蓋板與烘箱外殼相連導(dǎo)致相地短路或者與其他鎳鉻絲相連而發(fā)生相見短路。解決的辦法是在連接好主回路和控制回路導(dǎo)線并確定鏈接正確后，先不蓋蓋板進行通電加熱，鎳鉻絲在加熱狀態(tài)下變軟，用絕緣良好的尖嘴鉗和螺絲刀等工具將置于爐盤外的鎳鉻絲撥至凹槽內(nèi)，斷電冷卻后，確認所有的鎳鉻絲均處于凹槽內(nèi)，在爐盤蓋上蓋上幾塊陶瓷板后再蓋上蓋板，可防止鎳鉻絲發(fā)生短路。

 1.4  及時清理爐盤

考慮到爐盤制作和烘箱內(nèi)的熱傳遞以對流方式為主，因此烘箱的加熱元件基本都安裝在底部。在烘箱升溫過程中，置于加熱元件上方用于遮擋的鐵板便面因受熱比常溫下更容易氧化，這些氧化物在烘箱加熱、自然冷卻這樣的驟熱驟冷過程中會大量龜裂掉在爐盤上。盡管氧化鐵不導(dǎo)電，但是長期的積累在爐盤凹槽內(nèi)的氧化鐵屑堆積過多后會使鎳鉻絲因熱量無法散發(fā)而過熱熔斷。針對這種情況，最好的解決辦法就是烘箱使用不銹鋼內(nèi)膽和器皿，否則必須定期清掃爐盤以防止氧化鐵屑大量堆積。

2  控制回路

2.1  控制回路的電路分析

此次設(shè)計的烘箱溫度控制系統(tǒng)屬于接觸器控制，整個系統(tǒng)以武漢輝達工控技術(shù)有限公司生產(chǎn)的XMT溫度控制器為核心，輔助以三個開關(guān)，兩個交流接觸器，時間繼電器和一個鉑熱電阻。

2.2  儀表超溫報警輸出端子的應(yīng)用

通常情況下，溫度控制器超溫報警主要由兩種用途：第一是超溫聲光報警，即超溫時報警常開端子閉合，直接或者通過繼電器控制超溫指示燈和報警電鈴；第二種是利用超溫報警常閉輸出端子超溫時斷開，切斷繼電控制系統(tǒng)中的主接觸器或者封鎖晶閘控制系統(tǒng)中的觸發(fā)脈沖。

3  影響烘箱溫度控制的幾個重要因素

3.1  溫度控制模式選擇

目前，比較流行的溫度控制模式有：接觸器、固態(tài)繼電器和晶閘管三種。接觸器的溫度控制精度較差，誤差也比較大。其優(yōu)點是價格便宜；晶閘管的控制************，但是價格昂貴，控制線路和調(diào)節(jié)非常復(fù)雜；固態(tài)繼電器的各項指標(biāo)均介于接觸器和晶閘管之間。本系統(tǒng)溫度控制精度要求不高，故采用價格低廉的接觸器控制，交付時控制器誤差為±1℃，能較好的滿足工藝要求。

3.2  溫度傳感器的選擇與安裝

在溫度控制系統(tǒng)中，溫度傳感器是相當(dāng)重要的原件，它負責(zé)將溫度信號轉(zhuǎn)換為電阻或者電勢信號，并通過與之配套的溫度控制顯示器和控制加熱腔室的溫度?；跍y量范圍、測量精度、自熱影響等基本性能考慮，本系統(tǒng)選擇鉑熱電阻PT100作為溫度傳感器。由于PT100是利用導(dǎo)體的電阻值隨溫度變化來測量溫度的原件，因此PT100的測量部分應(yīng)當(dāng)充分暴露在烘箱加熱時的非死角區(qū)，伸入烘箱部分長度約為30cm。

4  結(jié)論

該烘箱溫度控制系統(tǒng)至2003年安裝、調(diào)試后，盡管使用頻繁，除更換鎳鉻絲外沒有發(fā)生過其他故障。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、控制精度高、故障率低、成本低和操作人員容易接受等優(yōu)點，因此極具推廣價值。