简述温度控制方法

温度控制在工业生产中具有极其广泛的应用，根据加热介质的不同，大致可分为两类：一是燃烧加热方式，另一种是电加热方式。后者由于使用安全、效率较高、环保节能、控制方便等优越性，越来越受到重视与应用。手动控制方法，因为严重浪费人力资源和控制精度不高，已经非常少见。自动温度控制，按其控制方法，一般可分为：

1.双位（位式）控制

双位控制的输出规律是根据输入偏差的正负，控制器的输出为最大或最小，即控制器有最大和最小两个输出值，相应的执行器只有开和关两个极限位置，因此又称开关控制。理想的双位控制器其输出u与输入偏差e之间的关系为：u=u_maxe＞0（或e＜0）；u=u_mine＜0（或e＞0）

双位控制器使控制量在一个范围内波动，会造成控制执行部件（接触器、电磁阀等）的频繁动作，为避免这种现象出现，可改良为带中间区的双位控制，即增加一个延迟中间区，偏差在中间区内时，控制机构不动作，以延长控制部件的使用寿命。其控制特性如图8-1所示。

图8-1 双位控制特性图

双位控制器结构简单、成本较低、易于实现，因此应用很普遍。常见的双位控制器有带电接点的压力表、带电接点的水银温度计、双金属片温度计、电子式自动温度控制器等。在工业生产中，如对控制质量要求不高，且允许进行位式控制时，可采用双位控制器构成双位控制系统。如对空气压缩机贮罐的压力控制，对恒温箱、电烘箱、管式加热炉的温度控制等就常采用双位控制系统。

在位式控制模式下，被控变量持续地在设定值上下等幅振荡，无法精准地稳定在设定值上。这是由于双位控制器只有两个特定的输出值，相应的控制输出也只有两个极限位置，总是存在过量（或欠量）调节的现象。

2.三位（多位）控制

为弥补双位控制的缺点，可以实行多位控制，如三位控制。当被控变量在某一个范围内时，执行器可以处于某一中间位置，以使系统中物料量或能量的不平衡状态得到缓和，这就构成了三位式控制规律。三位式控制特性如图8-2所示。三位控制器系统构成和工作情况表如图8-3所示。

图8-2 三位控制器特性示意图

图8-3 三位控制器系统构成和工作情况表(www.xing528.com)

在加热炉中，采用XCT型动圈式三位指示调节仪进行温度的三位控制，多出了J1断开、J2闭合的（中间）控制进程，形成了三位控制模式。

3.线性温度控制

对位式控制的改进方案——基于晶闸管电力控制器的温度控制系统可用图8-4表示，其基本原理是：温度传感器检测水温，并以电信号方式传送给温度控制器，温度控制器则与给定值比较后得到偏差e，经运算后得到控制值输出给晶闸管电力控制器，并由它去控制串接在主回路中的晶闸管功率模块，改变主回路中电压的导通与关断，由此达到调节电功率的目的。

线性调节方式一般采用PID的控制方法，能使实际受控温度极其接近或等于目标设定值，温度稳定。进入稳定状态后，几乎不存在超温和欠温区。

图8-4 线性温度调节与控制系统示意图

采用晶闸管控温的3种工作方式：

1）“调压型”触发方式，也称为“移相型”触发方式，即在交流电的半个周期（正半周期或负半周期）内通过控制（移动）触发脉冲的相位来调整“导通时间”（或称导通角）和关断时间（或称控制角）的比例来达到改变输出电压平均值的目的，输出电压的连续性比较好，控制精度高，被控参数比较稳定。由于输出波形非正弦波，存在较大的电磁干扰。

2）“定周期过零调功型”触发方式，在一个较长的固定周期内通过触发电路控制导通周波的个数和关断周波个数的比值（又称为占空比或时间比例）来控制负载功率的平均值。控制精度较低，无电磁干扰。

图8-5 晶闸管3种工作（波形）方式对比图

3）“变周期过零调功型”触发方式是从“定周期过零调功型”触发方式演变而来的。即在满足“过零触发”和“输入信号和占空比的关系”两个前提条件下，尽可能缩短控制周期（使晶闸管仅导通一个周期），从而减小测量仪表的抖动，并提高控温的精度。

3种控制模式各有优缺点，变周期过零调功方式，对电网无干扰，能提高电网功率因数，节能效果明显，所以越来越被广泛采用。