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單片機(jī)溫度控制器在高頻感應(yīng)加熱設(shè)備上的應(yīng)用
摘要： 本文介紹了單片機(jī)溫度控制器與高頻感應(yīng)加熱設(shè)備組成的控制系統(tǒng)，并因此系統(tǒng)成功地進(jìn)行了相變超塑性試驗(yàn)。其特點(diǎn)是成本低，操作方便，滿(mǎn)足一般實(shí)驗(yàn)要求。
一、引言
高頻感應(yīng)加熱是利用磁鐵物質(zhì)在交變磁場(chǎng)中因電磁感應(yīng)產(chǎn)生渦流而達(dá)到自身加熱，它廣泛應(yīng)用于鍛造、熱處理、冶金等科研和生產(chǎn)中。為了將高頻感應(yīng)加熱應(yīng)用于相變超塑性試驗(yàn)，要求對(duì)高頻感應(yīng)加熱的溫度進(jìn)行有規(guī)律的控制。本文介紹用單片機(jī)溫度控制器來(lái)控制高頻感應(yīng)加熱設(shè)備，從而使被加熱的試件溫度能實(shí)現(xiàn)升降的循環(huán)控制，而且升降的時(shí)間、大小可調(diào)。
二、實(shí)施過(guò)程
1、技術(shù)要求
相變超塑性實(shí)驗(yàn)要求溫度控制曲線(xiàn)如圖1所示。
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圖1中，T表示溫度，t表示時(shí)間，循環(huán)溫度的起點(diǎn)和終點(diǎn)Tmin、Tmax以及上升和下降的時(shí)間t1、t2均要求可變，另外循環(huán)的次數(shù)也必須任意設(shè)定。
2、系統(tǒng)組成
所用的高頻感應(yīng)加熱設(shè)備工作原理如圖2所示。
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圖2 高頻加熱設(shè)備工作原理圖
感應(yīng)加熱的輸出功率除了與試件的材料有關(guān)外，還與陰極的電壓有關(guān)。因此，要控制輸出功率，只有通過(guò)三相可控硅調(diào)壓觸發(fā)器來(lái)控制升降變壓器（因?yàn)闊艚z可控調(diào)節(jié)不能作為加熱功率調(diào)節(jié)。）因此，以外接的自動(dòng)信號(hào)取代原設(shè)備的三相觸發(fā)電路上的手動(dòng)部分。自動(dòng)信號(hào)是由溫控器發(fā)出的，經(jīng)適配器轉(zhuǎn)換成與原電路有相同功能的一種信號(hào)。整個(gè)控制系統(tǒng)如圖3所示。
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溫控器的工作原理如圖4所示。
熱電偶輸出的電壓信號(hào)送入前置放大電路，經(jīng)放大后給電壓一頻率變換器；該變換器將放映溫度高低的模擬電壓轉(zhuǎn)換為頻率不同的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)變壓器隔離電路到輸入接口電路，它的輸出再送入單片計(jì)算機(jī)，單片計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)運(yùn)算求出所測(cè)溫度值送入顯示器，然后根據(jù)使用者通過(guò)界面設(shè)置的P、I、D，即按偏差的比例、積分、微分控制的參數(shù)來(lái)進(jìn)行運(yùn)算，求出合適的控制量，此控制量經(jīng)過(guò)輸出接口送出一種周期固定、脈寬隨控制量大小變化的脈沖信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)光電隔離電路后送給脈寬/模擬（電流）變換器，最后輸出0~100mA的控制電流信號(hào)C。由于輸入輸出均有隔離電路，故在高頻感應(yīng)設(shè)備的強(qiáng)磁場(chǎng)工作環(huán)境中能正常工作。
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記錄試驗(yàn)曲線(xiàn)用的函數(shù)記錄儀所采取的抗干擾措施是在輸入端接一隔離放大器，否則無(wú)法記錄。
3、調(diào)試結(jié)果
本系統(tǒng)的溫度控制范圍在0-1200℃，變化規(guī)律由四段直線(xiàn)任意組合，并能從第三段直線(xiàn)開(kāi)始循環(huán)，精度由P、I、D參數(shù)調(diào)整的合適程度而定。圖5就是P為6、I為11、D為0時(shí)不同的升降溫速率的循環(huán)曲線(xiàn)。
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三、總結(jié)
本系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多年使用，工作穩(wěn)定，不僅可以做變溫試驗(yàn)，同時(shí)也可以做恒溫實(shí)驗(yàn)。在做變溫試驗(yàn)是，若要提高變溫速率，升溫可考慮采用提高加熱功率的措施，降溫可采用風(fēng)扇定位吹風(fēng)，同時(shí)可選用熱慣性小的金-鉑熱電偶。
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