单片机实现的GJ型光幅射加热炉温控系统

　　1　炉温控制装置的总体结构设计和硬件组成

　　用单片机实现GJ型光幅射加热炉温度控制的系统总体组成如图1—1所示。

　　1.1　单片机硬件系统的主要组成

　　炉温控制程序及温度与热电偶热电势之间的对应关系表存放在EPROM2764中;8155用来扩展打印机接口,且其内部定时器用作采样控制周期的定时;键盘和显示用于构成必要的人机联系。

　　1.2　温度检测处理部分的设计

　　温度控制装置的控制精度主要取决于温度信号的检测精度,为此,在温控装置设计时,我们采用高精度超低漂移的集成运算放大器5G7650对铂铑10—铂热电偶的mV级热电势进行差动放大、滤波。电路原理如图1—2所示,通过调节R3使其放大倍数为50。此电路的输出电压信号经多路转换开关至位高精度的双积分型模数转换器,计算机采样此电压值并通过查取EPROM2764中温度与电压之间的对应关系表,得炉子相对于热电偶冷端的温度值,直接查表精度为±1℃(如果需要,可在此电压、温度转换的查表程序基础上,加入插值运算,这样可达更高的温度检测精度)。为了对热电偶冷端温度进行补偿,设计时采用一个集成电路传感器AD590测室温(热电偶冷端在机壳内,冷端温度近似为室温),从而,将此值与上述查表所得温度值相加即为炉温相对于“零点”的实际温度值。

　　AD590测温作为热电偶冷端补偿的电路如图1—3所示。当其两端加上+4V～+30V之间的电压时(一般取15V),呈现高阻抗,其输出电流I与绝对温度成正比,且按1μA/ 变化,其自身保证在298.2 (25℃)时输出电流为298.2μΑ,AD590是一个线性温度控制恒流源。图1—3中采用普通运放μA741构成电压跟随器是为了提高输出负载能力。

　　1.3　被控对象

　　温控系统被控对象为圆柱形、卧式GJ型光幅射加热炉,具有热效率高、节能、加热过程快等优点。本系统中,GJ型光幅射加热炉采用三相交流电源供电,按星形接法,每相负载均为并联连接的两个2kW的高效钨灯管,通过双向可控硅控制加载的电压(触发脉冲由8031单片机P1口输出),从而控制加热炉的温度,6个灯管均匀、间隔地分布在加热炉体的四周,炉内壁的反射镜面将光幅射热能聚焦至炉体中央部位,对放置在炉体中央的工件进行加热处理。实际控制过程中,我们采用一个内径为40mm、管壁厚4mm的钢管作为加热工件,热电偶放在钢管管芯测温,利用飞升曲线法测得被控对象的传递函数为:

　　式中:τ0=40秒,T0=200秒,K0=600℃/100V

　　2　温控系统控制器的设计

　　与图1—1对应的计算机温度闭环控制系统结构图如图2—1所示。