温度控制器范文第1篇

关键词：退火炉 高精度温度控制器 PID控制器 钢管参数修正器

引言

退火炉当今冶金和机械等行业常用的工业热处理设备，一般的退火工艺都是产品成型的最后一道工序，它的效果直接影响产品的质量，因此，退火炉的为产品提供准确的升温是至关重要的，必须根据退火炉的工艺升温曲线。

一、退火炉概述

退火是钢铁企业冷轧产品生产过程中的一道工序， 而退火炉是连续退火机组极其关键的设备，退火炉炉温控制效果直接影响冷轧产品的质量，是连续退火控制关键技术之一。

由于退火炉本身大惯性、大滞后的特点，给其炉温的高精度调节带来了难度。 目前在国内的炉温控制中， 占主导地位的仍然是传统简单的 PID 温度控制器。 但传统的 PID 控制技术在处理退火炉这样非线性、 大时滞性且难以建立准确数学模型的控制对象时，存在着固有的缺陷，易造成振荡、超调等现象。在常规的退火炉控制当中，一般采用自动控制的方法，这样不仅可以有效的减短生产周期，降低成本，还能够最大程度上的减少污染，对建设可持续发展的科技社会做出了贡献。特别是我国，我国是世界上的工业制造大国，因此，研究性能高的退火炉温度控制系统是非常必要的。

二、温度控制器结构

高精度温度控制器主要由以下几部分构成：模糊控制型 PID 控制器、基于数据表的带钢参数修正器及快速升温、降温调节器、燃气压力补正器等。

三、温度控制器具体操作

1、模糊控制型 PID 控制器

PID 控制是传统的工业控制最经典的控制方法之一，结构简单，成本较低优点。但是，这种常规的控制器适于小时延的稳定调节过程，但对于退火炉炉温控制这样具有迟滞性、振荡的被控过程，控制效果不佳。为此，采用经典的 PID 控制与模糊控制相结合的方式，能够实现自动控制，既能够解决上述的问题，又能够在控制过程中，比常规的控制方式调节的时间短，而且稳定性好，误差小，最终达到最佳的控制效果。

（1）PID控制器

整个 PID 控制器的原理：由比例环节、微分环节和积分环节组成，然后经过三个环节之后给出一个输出，送给被控对象。然后整个控制器根据输出的结果与设定值进行对比，如果有偏差，就会反馈到比例、积分、微分三个环节之中，进行再调节，组成了一个闭环的回路。

（2）模糊控制的优点

模糊控制是现在工业控制中一种自动的控制，而且应用范围比较广泛，不仅应用在工业控制中，而且应用在家电的产品中。作为熟悉的操作员来讲，不需要了解被控对象是否是精确的数字模型，只需要具有很熟悉的操作经验就可以完成这个比较复杂的控制过程。如果能够将这些熟悉的实际经验总结一下，用语言描述一下，就可以制定出符合被控对象的模糊控制库。

（3）模糊 PID 控制

在响应时间上和超调量上，模糊控制与常规的 PID 控制相比，具有更短、超调量更小的优势，而且在控制过程中，被控对象不需要被了解，参数的变化不是很敏感，与 PID 调节器相比，模糊控制器的响应时间更短、超调量更小。模糊控制的鲁棒性很强，适应性很强，对于一些非线性、时变有干扰的系统，模糊控制都可以进行控制，但是模糊控制在控制时，其控制的量无法直接对被控对象进行控制，需要借助一些常规的控制方法。研究基于模糊 PID 控制的退火炉温度控制系统，把常规的 PID 控制的优点：响应速度快，稳定性能较好等特点与模糊控制的鲁棒性强、适应能力强结合起来，鉴于退火炉自身的结构特点，进行控制，最终使系统的控制效果较佳。

系统第一次经过 PID 控制后，得到误差和误差率，误差和误差率经过模糊化处理，再进行模糊推理和反模糊化，得到 PID 三个参数的变化量，这三个变化量与之前初始的设定值相加后重新进行第二次 PID 调节，最终输出结果传给被控对象，整个系统是一个完整的闭环控制系统，将设定的指标与结果的指标的偏差 e 以及偏差变化率 ec 作为模糊控制系统的输入，将 Kp、Kd、Ki 三个参数作为输出输入给 PID 控制器，然后再传给 PID 控制器。

四、基于数据表的带钢参数修正器、快速升/降温调节器

生产中由于带钢规格及运行参数、工艺设定参数改变而引起的炉温波动及调节具有可预见性，若在参数变化时提前给温度控制器输出一个预设定值，抑制炉温的偏差变化，既可增加炉温的响应速度，亦可减小炉温的波动。 预设定值可基于查询退火炉保温参数表及带钢工艺参数表相关数据并通过计算得出，数据表中数据根据退火炉调试及生产期间真实记录所得，也可根据经验预先设定。

1、带钢参数修正器

修改包括 2 方面： ① 生产过程中带钢牌号修改，各段炉温设定值及带钢速度需根据具体情况中工艺设定值修改；②牌号未更改，由于某故障因素造成带速的急速下降，及故障排除后带速的急速上升。当生产过程中带钢参数发生变化时，带钢参数修正器先将 PID 置于手动模式并直接将 PID 输出赋值于计算获得的理论负荷值，随后将 PID 转入自动模式对炉温设定值进行跟踪调节。

2、快速升 / 降温调节器

此调节器主要用于当退火炉由保温状态转换至生产状态，或由生产状态转至保温状态时，需炉温快速上升至工艺温度值或快速下降至保温温度的情况。

五、煤气压力修正

退火炉采用煤气辐射管进行加热， 当煤气、空气压力在稳定值时，煤气空气在烧嘴内混合燃烧产生的火焰长度最佳，烧嘴工作在额定状态下，传热效率最高。 实际生产中，受煤气外管网压力波动的影响，或管网煤气减压阀组工作特性的影响，会造成退火炉的煤气压力发生改变。 至退火炉煤气压力过高时，会使调节阀关至最小开度值后至烧嘴的煤气压力仍旧偏高，造成烧嘴内火焰长度增长，烧嘴燃烧超出额定状态，在炉段负荷给定值未发生改变的情况下炉温升高；煤气压力过低，调节阀开至最大仍无法达到额定压力，造成烧嘴火焰减小，烧嘴热功率及热效率降低，使在炉段负荷给定值未发生改变的情况下炉温降低。

结语

火炉在金属热处理当中是非常重要的一道工序，因为金属经过适中温度的热处理之后就会有很好的物理性能，较低的温度，会使材料的受热不均匀；过高的温度，会使金属过烧。但是当前常规的温度控制器，其控制参数不是整定困难就是根木无法整定，因此不能得到满意的控制效果。同时，传统的 PID 控制技术在处理退火炉这样非线性、 大时滞性且难以建立准确数学模型的控制对象时，都存有固有的缺陷，易造成振荡、超调等现象。因此，使用高精度的温度控制器是形势要求，本文主要分析了一种高精度温度控制器的结构，望对相关人员有学习借鉴意义。

参考文献

[1]朱f. 连续镀锌线退火炉炉膛温度控制[J]. 自动化与仪表，2013，06：38-41.

[2]段英宏，刘秀红，康绍杰，高明辉. 基于TSIC506的高精度温度检测系统的设计[J]. 现代电子技术，2013，13：134-137.

[3]张强，梁秀霞，赵羽佳，王萌. 基于模糊自整定PID的连续退火炉温度控制系统[J]. 自动化技术与应用，2014，08：29-31+38.

温度控制器范文第2篇

【关键词】AT89C51；DS18B20；温度控制器；报警；温度设定

1.引言

目前，温度控制器存在的问题是如何缩减成本，减少功耗，温度测量的准确性和多路温度的同时显示。本文设计实现基于C51单片机的两路温度控制器，做到成本最低化，精确度高，两路温度的显示和控制，能在温度超出设定的最高温度时启动电风扇进行降温，在温度低于设定的最低温度时启动蜂鸣器报警，能够用户设定最高最低温。

2.系统结构

温度控制器系统包括以下几个主要部分：温度传感器，报警电路，LED显示电路，键盘控制，89C51控制部分。

本系统设计实现：启动温度控制器后，绿灯亮起，四位LED数码显示器上前两位为温度传感器1所测的环境温度，后两位为温度传感器2所测的环境温度。

3.硬件结构

3.1 温度传感器

本设计采用的是DS18B20作为温度传感器，DS18B20与传统的热敏电阻相比具有精确度高，测量误差小，方便实现多点测温等优点，因此用DS18B20作温度传感器。

3.2 报警电路

本设计采用蜂鸣器和电风扇报警电路。蜂鸣器报警电路由三极管和蜂鸣器组成。当温度低于设定的最低温度时，则蜂鸣器报警。电风扇报警电路由三极管和电风扇组成。当温度高于设定的最高温度时，则电风扇报警。

3.3 显示电路

本系统采用LED数码显示管显示，LED亮度高，可视角度高。LCD的可视角度低，亮度较低，价格高。考虑到此温度传感器主要用于温室大棚等亮度不太高的环境，从经济与实用的角度来看选LED作为显示器。

3.4 键盘控制

本系统采用3个独立的按键作为键盘控制电路。键盘一般分为独立式和矩阵键盘两种。独立式键盘结构简单，但占用的资源较多；矩阵键盘结构比较复杂，但占用的口线少。考虑到本设计所需按键数不多，采用三个独立键盘完成两个温度传感器温度的设定。

3.5 89C51控制部分

本系统采用的是AT89C51，小电子产品用51，硬件设计电路如图1所示。

4.软件设计

本系统使用汇编语言编码实现的，比C语言编码的程序处理时间更快。

主程序中包含系统初始化，键盘扫描选择子程序，温度比较子程序，温度测量子程序，温度计算子程序，显示子程序。

4.1 主程序模块

主程序中先对数据进行初始化，然后调用键盘扫描子程序KEY_TEST，温度比较子程序COMPARE，温度采集子程序GET_TEMP，温度显示子程序DIS_SET和DISPLAY，再判断采集，显示第二个温度传感器的温度值。编写程序如下：

4.2 LED显示模块

LED显示可以分为动态显示和静态显示两种，静态显示占用更多口线，为了减少硬件成本，本设计采用动态扫描显示的方法显示两个温度传感器的温度值。DISPLAY和DISPLAY1函数分别读取第一个和第二个温度传感器的温度并根据暂存单元的数据显示两个温度传感器的温度。编程思路：根据SIGN标志来判断转入不同的显示，将查表所得的数据存入不同的单元并显示在LED上。

4.3 键盘控制模块

键盘通过设定SIGN标志来判断设定第一个或者第二个温度传感器的最高温或者最低温，编程思路为：将SIGN初始设定为0，当第一个按键按下时将其赋为1，再次按下时加一，直到按到第5次重新赋值为0，根据SIGN的值确定进行不同的设置。

4.4 温度传感器模块

根据温度传感器DS18B20完成温度转换所必须经过的3个步骤，程序：MOV A，#0CCH//跳过ROM MOV A，#44H //进行温度变换 MOV A，#0BEH//读暂存存储器内容。

4.5 报警模块

5.总结

本温度控制器，采用AT89C51单片机作为内核，采用DS18B20作为温度传感器，通过四位LED显示，通过循环扫描实现了两路温度的采集与显示。本设计经济适用，实用性强，能够测量两个地方的温度，满足温室大棚，室内家居，工业控制等不同环境下的使用。

参考文献

[1]张菁.单片机温度控制系统方案的研究[J].上海交通大学学报，2005，34（2）：16-17.

[2]张普光.基于51单片机温度控制系统的硬件设计[M].软件导刊，2008.

温度控制器范文第3篇

关键词：脱苯反应器 反应温度 控制 调节

1 概述

脱苯反应器R1301入口温度的控制操作为保证催化剂的使用寿命以及整个装置的平稳运行起着至关重要的作用。在实际操作中系统蒸汽压力、进料量、混氢流量的波动以及三通开度的大小均影响R1301入口温度的波动。所以平稳操作R1301入口温度是保证装置安稳长满优运行的一个重要条件，在此简要分析R1301入口温度的控制与调节。

2 影响脱苯反应器R1301入口温度的因素及调节方法

2.1 系统蒸汽压力的波动及调节方法 反应器入口温度主要是靠反应热量加热，蒸汽压力越大，反应器入口温度越高。

调节方法：将反应器入口温度改手动控制，因为反应进料加热器E1307的蒸汽大阀管线较粗，在蒸汽用量很小的情况下控制阀很难控制，外操调节尽量不去调整蒸汽的上、下游阀，采用返凝结水阀门进行调节，因为凝结水管线和蒸汽管线相比较细，更容易控制。如果出现温度低，可以稍开蒸汽大阀，要密切注意温度变化趋势，发现温度上升较快，应立即关小返凝结水阀门，若温度没有下降再去调节蒸汽阀门，因为管线较粗，有时候可能阀门关小，流量还在增加。

2.2 进料量的波动及调节方法 进料量突然增加，导致进料温度下降，如果进料量突然下降，导致进料温度上升。

调节方法：进料量波动的原因主要有：①控制阀故障，应立即改手动控制。②进料泵故障，应立即令外操启用备用泵。③系统压力和混氢量的波动。

2.3 混氢流量的波动及调节方法 混氢流量增加，将导致R1301入口温度下降，反之则上升。影响脱苯混氢的主要原因：①脱苯混氢控制阀突然关小或关死。②V1214突然关小或关死。③增压机故障。应将脱苯氢气与重整氢气断开，避免相互影响。

2.4 三通开度的影响及调节方法 三通开度的大小对R1301反应温度影响较大。目前脱苯氢气分两路走，一部分进反应器，另一部分直接进压缩机入口，最终两部分都汇入压缩机入口。如果三通开的过大，必将导致D1303压力、反应器入口压力、脱苯进料量和进料温度大幅波动。

如果出现反应温度和反应压力大幅度波动而无法调节时，应及时将脱苯混氢与压机入口断开，投用预加氢气液分离罐V1102双副线，等操作平稳后切回来。要保证V1201的压力不低于0.9MPa，压力低于0.9MPa将对催化剂造成损坏，同时避免V1201的压力大幅度波动。

3 反应温度和系统压力的关系

如果反应温度平稳或小幅度波动，脱苯系统压力是稳定的。如果反应器入口温度大幅波动，必将导致系统压力的大幅波动。

主要原因：①D1303的尾气目前是投用压缩机的入口，系统压力不是自动控制。②三通的开关程度。三通调节的越频繁，反应温度和压力越乱。调节一定要缓慢，密切注意压差的变化，如果发现压差或混氢量大幅波动，应立即调回原位，避免出现大幅度的波动。③反应温度对系统压力的影响本质有两点：反应精度和物料的汽化率。

例如当反应温度从142度至116度之间波动时，反应精度肯定是逐渐下降，耗氢量也随之下降，同时物料的汽化率可能也随之下降，最终将导致床层阻力增加，R1301的入口压力上升。

4 脱苯耗氢量的计算

侧线油苯含量26%，生成油苯含量0.65%（均为体积含量），侧线油密度：710.8kg/m3；苯的密度：879.4kg/m3，进料量：2.3t/h，氢气密度：0.089kg/m3，氢纯度：74%。计算出耗氢量842.57m3/h。而目前脱苯的进料量3.2t/h，耗氢量远远大于842.57m3/h，可以想象，如果反应温度大幅度波动，对系统耗氢量的影响是巨大的，对系统压力的影响也是巨大的。

5 结论

影响R1301入口温度的因素主要有系统蒸汽压力的波动，进料量的波动，混氢流量的波动以及三通开度的大小。为了保证脱苯反应器R1301的入口温度平稳，保证催化剂的稳定运行，我们可以通过分析影响入口温度的四个因素进行调节从而稳定入口温度。

①系统蒸汽压力可通过E1307蒸汽下游阀以及返凝结水上下游阀进行调节。②稳定进料量，从而稳定进料温度，可通过稳定系统压力和混氢量稳定进料量。③混氢流量的波动会影响R1301入口压力的变化，进而影响入口温度的波动。④三通开度的大小亦可影响反应温度，开度不可过大，控制物料冷热交换流量，稳定进料温度与入口压力。⑤三通开度的大小亦可影响反应温度，开度不可过大，控制物料冷热交换流量，稳定进料温度与入口压力。⑥系统压力的波动会引起进料量的大幅波动，进料量的波动又会影响反应温度，三者相互影响。可通过稳定进料量和D1303的压力调节反应温度至正常值，从而平稳操作。

参考文献：

[1]董加庆，张云霄.液化天然气工厂脱苯工艺的改造[J].天然气工业，2007（06）.

温度控制器范文第4篇

仪使烤房内的温度精确地按照烟叶最佳生化控制曲线而变化，从而提高了烤房内温湿度的控制精度和烤烟质量。

关键词：数字温度传感器；温度控制；模糊控制；单片机；烟叶烤房

中图分类号：TP212　文献标识码：A　文章编号：1009－2374(2009)12－0042－02

近年来，随着我国烟叶生产水平的提高，烟叶烘烤过程成为制约烟叶质量的关键因素。传统的人工长期监守、利用干湿球玻璃温度计采集数据的方式，劳动强度大，操作规程复杂，与现代化的烤房设施不相适应。目前推广应用的许多智能烟叶烤房监测仪多采用电阻式温度传感器，测量精度低，需要MD转换，电路复杂，离散性大，温度反应缓慢，即使之后的控制方法设计的非常科学和严密，也会受到传感器的影响。为此，设计的烟叶烤房控制仪采用DSl820型数字式温度传感器作为温度采集单元，较好地解决了上述问题。

一、烘烤工艺温度控制要求

烟叶成熟采摘后必须经过烘烤加工才能制成工业用烟。这个烘烤过程一般需要几十个小时，完全由人工控制烤房燃烧室的火候并监测烤房温度，所以烟农劳动强度很大，而且不能精确控制烤房内的温湿度，也不能对烤程精确计时，使烤出的烟叶工业利用率较低。烟叶初烤过程中，烤房内温度的准确测量和有效控制是烘烤的核心和烟叶质量的根本保证。目前，广大烟区已广泛推广烟叶初烤的“三段式烘烤工艺”，该工艺分为变黄阶段，定色阶段，干筋阶段。

在本温度控制系统中采用DS1820型数字式温度传感器作为采集温度的装置。根据三段式烟叶烘烤曲线，把35％到43％定为烘烤变黄阶段，三段式烟叶烘烤过程的第一阶段为变黄期，第二阶段为定色期，第三阶段为烘干期。各阶段中对烤房的温度要求如图1所示。第一阶段，烤房从环境温度开始以每小时1℃的速率升温，当温度升至36℃―38℃时转为恒温，直至80％左右数量的烟叶达到变黄要求；第二阶段缓慢升温定色，前半段温度每小时上升0.5℃，升至42℃。

二、DS1820的结构、测量原理与精度

(一)DS1820的结构

DS1820是由Dallas半导体公司生产的“一线总线”接口的温度传感器。一线总线结构具有简洁且经济的特点，可使用户轻松地组建传感器网络，从而为测量系统的构建引入全新概念，DS1820的测温范围为-55℃～+125℃，在-10℃～+85℃的范围内，精度为±0.5℃，现场温度可直接通过“一线总线”以数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。DSl820适合于恶劣环境的现场温度测量，非常合适在烟叶烤房中使用。它工作在3V～5.5V的电压范围，采用多种封装形式，从而使系统设计灵活、方便，设定分辨率及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。其全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。与其它温度传感器相比，DS1820具有以下特性：

1　独特的单线接口方式，DS1820在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS1820的双向通讯。

2　DS1820支持多点组网功能，多个DS1820可以并联在唯一的三线上，实现多点测温。

3　DS1820在使用中不需要任何元件。

4　温范围-55℃～+125℃，固有测温分辨率0.5℃。

5　测量结果以9位数字量方式串行传送。

(二)DS1820测温原理

低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55％所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。在正常测温情况下，DS1820的测温分辩率为0.5℃以9位数据格式表示，其中最低有效位(LSB)由比较器进行0.25％比较，当计数器1中的余值转化成温度后低于0.25％时，清除温度寄存器的最低位(LSB)，当计数器1中的余值转化成温度后高于0.25％，置位温度寄存器的最低位(LSB)。

(三)DS1820的精度

DSl820内部暂存寄存器的其中第7字节存放的是当温度寄存器停止增值时计数器1的计数剩余值，第8字节存放的是每度所对应的计数值，这样，我们就可以通过下面的方法获得高分辨率的温度测量结果。首先，用DSl820提供的读暂存寄存器指令(BEH)读出以0.5℃为分辨率的温度测量结果，然后切去测量结果中的最低有效位(LSB)，得到所测实际温度整数部分T整数，然后，再用BEH指令读取计数器1的计数剩余值M剩余和每度计数值M每度，考虑到DSl820测量温度的整数部分以0.25％、0.75％为进位界限的关系，实际温度T实际可用下式计算得到：T实际＝(T整数-0.25％)+(M每度-M剩余)，M每度。

三、模糊控制器的设计

为了提高模糊控制器的适应能力，本系统的设计采用了一种带有修正因子的控制算法，可描述为：u=[aE+(1－a)×c]，a∈(0，1)，其中a称作修正因子，调整修正因子a，相当于改变了控制规则的特性。结合模糊映射算法，就可产生多层控制规则。对控制规则进行分级管理，就形成了自适应分层模糊控制器。由于模糊控制器的硬件结构采用单片机来实现，为了节约内存和运行时间，实际控制过程中不进行实时推理，而是离线计算出输入、输出的对应关系，并以表格的形式存储于单片机的内存中，单片机根据实测输入值查询表格，得到相应的输出值。根据烟叶烘烤中变黄、定色和干筋的需要，本系统设计了多层控制规则，以细化烘烤工艺流程，便于单片机对烘烤过程进行高效及时的对应管理和控制，从而保证烘烤效果的最佳实现。

四、系统组成及工作原理

烤房控制系统主要有4部分组成：微处理器、温湿度检测电路、控制输出电路和人机接口电路。由温湿度传感器检测烤房上下棚温湿度传送至微处理器，处理器根据实际温湿度与设定温湿度比较经过智能PID运算得到相应输出量，由步进电机A控制控火门的开度来控制温度(也可以使用鼓风机控制温度，该情况通过调解鼓风机转速实现温度控制)；由步进电机B控制风门的开度来控制湿度，同时根据上下棚温差决定是否开启循环风机。LCD用来显示运行状态及实时温度 等信息。

五、硬件设计

DS1820采用外接电源工作方式，VCC端用3V～5.5V电源供电。本系统选用AT89C52作为CPU。温度设定通过一个2×2的矩阵键盘输入P2I／O口。同时，P3口将设定的温湿度值送到LCD上显示，在该I／O上还连接了8段LED驱动电路，用来将烤房的温湿度送到LED上显示，以方便烟农夜间观察烤房工作状态。报警电路由一只三极管构成驱动放大，然后外接蜂鸣器构成。风门控制和排湿风扇控制电路采用可控硅，为了提高系统的抗干扰能力，采用MOC3020光耦电路作为驱动模块。

六、软件设计

主程序设计总体采样循环结构，主要包含几个模块：系统初始化、中断模块、键盘模块、数据采样、模糊PID算法模块和控制量输出模块。系统初始化主要完成微控制器初始化、LCD显示初始化和系统外设检测等；键盘模块主要完成键盘扫描、系统设置和工艺设置等；中断模块指定时器中断，中断程序设置主要输入输出量标志，如温湿度检测、步进电机控制、循环风机控制等，被设置的标志在主循环中调用子程序执行。

七、结论

高精度数字温度传感器在烟叶烤房温度控制仪中的应用后，已经在云南楚雄的多个地区进行实际烘烤试验，并在气流下降式和气流上升式两种结构烤房投入使用，温度控制精度达到+0.5℃以上。该系统根据烟叶烤房模型不确定性、非线性、大滞后性等特点，利用模糊控制算法，使系统具有了自适应智能控制能力，解决了普通控制算法在烤房温湿度控制中的缺陷，提高了烟叶烤房温湿度的控制精度。

参考文献

[1]郭亨礼，林友德，传感器实用电路[M]，上海：上海科学技术出版社，1992

[2]于盛林，刘文波，模糊控制技术及应用[M]，南京：南京航空航天大学出版社，2001

[3]于永权，曾碧，单片机模糊逻辑控制[M]，北京：北京航空航天大学出版社，1995

[4]彭勇刚，韦巍，人工气候箱温湿度模糊控制[J]，农业工程学报，2006，30(8)

[5]李昕，曲梦可，荣誉，基于MSP430单片机的模糊温湿度控制器的设计[J]，传感技术学报，2007，20(4)

[6]方平，张晓力，烟叶烤房温湿度自动控制仪的设计[J]，电子技术应用，2004，30(7)

温度控制器范文第5篇

关键词:MEMS; 压力传感器; 温度控制; 零点漂移

中图分类号:TN911.7; TN86 文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)14-0157-02

Design of Temperature Control System for Pressure Sensors

GUO Jiang

(College of Information Engineering, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010, China)

Abstract: A temperature control system for the SiC MEMS pressure sensor is designed as the pressure sensor is susceptible to high temperature, and easy to result in zero drift, and measurement error increase. A mathematical model for the system is established according to Cohen-Coon formula. And finally a temperature control system is achieved with the parameter self-tuning PID control algorithm to overcome the shortcoming of a large overshoot adjustment of pure PID control. The Similink module simulation model was set up by the Matlab Simulation software system. The simulation and testing verifies that the system can meet the design demands. The pressure sensor is hard to be compensated within a large temperature range is solved, with which the application of the pressure sensor in high temperature environments is achieved and the stability of the pressure sensor is improved.

Keywords: MEMS; pressure sensor; temperature control; zero drift

0 引 言

在微电子器件领域,针对SiC器件的研究较多,已经取得了较大进展,而在MEMS领域针对SiC器件的研究仍有许多问题亟待解决。在国内,SiC MEMS的研究非常少,因而进行SiC高温MEMS压力传感器的研究具有开创意义。碳化硅(SiC)具有优良的耐高温,抗腐蚀,抗辐射性能,因而使用SiC来制作压力传感器,能够克服Si器件高温下电学、机械、化学性能下降的缺陷,稳定工作于高温环境,具有光明的应用前景。

然而当外界温度较大时,压力传感器受温度影响精度不高,会产生零点漂移等问题,从而增大测量误差。于是尝试加工一个腔体,把压力传感器和温度传感器放置在里面形成一个小的封闭腔体,在外界温度较高或较低的情况下,用加热装置先升温到几十度并维持这一温度,给压力传感器做零点补偿,提高压力传感器的测量精度。这样就克服了在大温度范围难以补偿的问题。本文对这个温度控制系统提出了解决方案,采用了PID参数自整定控制,模糊控制属于智能控制方法,它与 PID 控制结合,具有适应温控系统非线性、干扰多、时变等特点[1-3]。

1 硬件系统

用放置在腔体内的温度传感器测量恒温箱内的温度,产生的信号经过放大后输出反馈信号,再用单片机进行采样,由液晶显示恒温箱内的温度,并通过温度控制算法控制加热装置。所使用的单片机为STC125408AD,自带A/D转换、EPROM功能,内部集成MAX810专用复位电路(外部晶振20 MHz以下时,可省外部复位电路),ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程),无需专用编程器可通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序,数秒即可完成一片[4]。硬件结构框图如图1所示。

图1 温度控制系统硬件系统结构框图

2 系统的控制模型

电加热装置是一个具有自平衡能力的对象,可用┮唤转惯性环节描述温控对象的数学模型[5-8] 。

G(S)=K/(t′S+1) (1)

式中:K为对象的静增益;t′为对象的时间常数。

目前工程上常用的方法是对过程对象施加阶跃输入信号,测取过程对象的阶跃响应,然后由阶跃响应曲线确定过程的近似传递函数。具体用科恩-库恩(cohen-coon)公式确定近似传递函数。

cohn-coon 公式如下:

K=ΔC/ΔM

t′=1.5(t0.632-t0.28)

式中:ΔM为系统阶跃输入;ΔC为系统的输出响应;t0.28为对象上升曲线为0.28ΔC时的时间(单位:min);t0.632为对象上升曲线为0.632ΔC时的时间(单位:min);从而求得K=0.96,t′=747 s。所以恒温箱模型为:

G(S)=0.96/(747S+1) (2)

3 系统的控制模型仿真及实验结果

纯 PID 控制有较大超调量;而纯模糊控制由于自身结构的原因又不能消除稳态误差,稳态误差较大。所以,考虑把它们两者相结合,实现优势互补。本论文采用参数模糊自整 PID 控制[9-10]。

使用该模糊控制器在 Simulink 中构建整个控制系统,如图2所示。

图2 参数模糊自整定PID控制系统仿真结构框图

温度控制系统对应仿真结果如图3所示。

从上面的仿真结果表明:调节时间ts约为460 s,稳态误差ess=0,超调量σ%=0。虽然仿真环境不可能与实际情况完全相同,但它的结果还是具有指导意义的。

图3 给定值为80 ℃时温度控制系统的响应曲线

在实际测试中前10 min每30 s采样一次,后10 min每200 s采样一次,测得实验结果如表1所示。

表1 测试结果

时间 /s 温度 /℃ 时间 /s 温度 /℃

0 17.1 360 78.0

30 19.3 390 78.9

60 26.2 420 80.0

90 33.3 450 80.0

120 42.6 480 80.2

150 54.3 510 80.1

180 64.7 540 80.2

210 72.3 570 80.1

240 83.1 600 80.0

270 82.3 800 80.0

300 80.0 1 000 79.9

330 79.1 1 200 80.0

用Matlab软件处理表1中的测试数据,绘制成变化趋势图,如图4所示。

图4 80 ℃时温度控制系统的实验结果

图4为80 ℃时系统测得的实验结果,由实验结果表明,在实际测量中仍然有较小的超调量和稳态误差,但是基本接近仿真结果,不能排除一些干扰因素。仿真毕竟是在理想的环境下进行的。

4 结 语

本文设计了一种用于压力传感器的温度控制系统,针对压力传感器在高温下易产生零点漂移等问题,加工了恒温封闭腔体,把压力传感器置入其中,通过控制系统控制腔体内的温度,解决了高温压力传感器大温度范围难以补偿的问题,从而可以提高测量精度,通过仿真和实验相印证,本方案是可行的。

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