控温仪表在试验室高温电炉温度控制的应用

导读：试验室高温炉通常称马弗炉。马弗是人名，这种炉子最早的发明者。炉壁是采用方形的耐火材料和保温材料，炉壁上缠绕电热丝。英文muffle, 意为封闭式烤炉。

俗称马弗炉，是常用的工业电炉，是一种通用的加热设备，用温度控制器来控制电炉的温度，电炉可分为箱式炉、管式炉、坩埚炉。马弗炉系周期作业式，可供煤炭、电力、化工、建材、冶金、科研等部门以及大专院校的试验室作元素分析测定做烧结、一般小型钢件淬火、退火、回火等热处理时加热用，高温炉还可作金属、陶瓷的烧结、溶解、分析等高温加热用，特别适用于煤质分析试验，在煤的灰分、挥发分的测定以及煤灰成份的分析、制备测定灰熔点、灰粘度的试样等作业中，广泛应用马弗炉灼烧试样和沉淀物，是用来灰化的，相当于完全燃烧，去除有机成分，剩下无机物质。

二、结构简介：

1.、马弗炉体结构：炉壳用薄钢板经折边焊接制成，环氧粉末静电喷漆工艺，内炉衬为硅耐火材料制成的矩形整体炉衬；电炉的炉门砖采用轻质耐火材料，内炉衬与炉壳之间的保温层由耐火纤维、膨胀珍珠岩制品砌筑而成。电阻炉炉前面板和底角采用铸铁件、外壳采用冷板制作，外形平整，美观不变形。炉门通过多级铰链固定于箱体上。炉门锁定是靠门把手自重，通过杠杆作用将炉门紧扣在炉口上。开启时只需将手把往上提，待勾锁脱钩后往外拉开至电炉左侧便可。炉后装有可控烟囱，为煤炭、化工原料及产品的化学分析，提供了方便。                                 图1

 
2、电阻丝的安装：由铁铬铝合金制成螺旋状的加热元件穿于内炉衬芯上、下、左、右的丝槽中。加热元件采用高温铁铬铝电阻丝加热，电阻丝绕于炉膛外面能有效保护电阻丝不被碰伤。炉衬为密封式结构。炉芯可以从炉后小门抽出，较其他同类炉子维修方便；炉口下端装有与炉门连锁的安全开关，当炉门开启时，加热回路便自切断，具有开门自动断电功能以保证操作安全；

3、控温范围：低、中、高温箱式电阻炉，升 温 快  1000oC炉型由100oC升温至1000oC，小于30分钟 ；1700oC炉型由100oC升温至1700oC，小于90分钟；分别以电阻丝、硅碳棒、硅钼棒为发热元件，使用温度300～1700℃。节能效果显著，寿命长，维护费用低。硅钼棒的和硅碳棒的，前者温度可到1600，后者是1300；节能性好：一般6升、9升炉型采用16A/220V标准电源；20、30升炉型采用16A/380V三相电源热污染少  由于新型材料绝热性好，升温至1000oC，并保持1小时后外壳表面不烫手（约60oC）。以硅碳棒为加热元件的高温电阻炉，其加热元件的冷态与热态时的电阻值相差较大，在长期使用中硅碳棒的电阻值将逐渐变大（也称为老化）。所以必须与具有调压功能控制器使用；

4、马弗炉控制柜功能：由测量、调节控制和电源装置三个部分组成，温度控制器及镍铬 硅镍热电偶配套使用，电阻炉测量和控制均配制的AI人工智能数字式程序调节器来完成，小型控制柜内部装有超温保护输出控制交流接触器断电，温度控制采用移相触发器控制可控硅或过零触发可控硅电路和电流互感器，接线端子板等电气元件。温度控制器的温控仪表选用的是AI人工智能调节器，热电偶将炉内温度转换为电平信号，经过温控仪表内单片机控制参数自整定进行运算，控制输出至移相模块，经过VR的调节改变移相角的大小来控制可控硅导通角的大小来控制电炉的平均加热功率，当接近设定温度时，炉内断续加热最终保持炉内的设定温度。恒温时控按设定程序升温，程序是按【温度－时间－温度】的格式来程序升温，在恒温段时间保持恒温控温精密，进入保持状态后，温度波动小；具备多种温控器可供选择；

5、产品优点：①采用AI人工智能数字式程序调节器，可减少视读和人为操作误差，大大提高了工作效率； ②设有多种保护功能，设有事件输出、超温、过载、短偶保护报警功能；提高了安全性及可靠性；③设有50段升温专用程序，可以按不同实验要求自行设定升温过程；④选配有通讯功能的仪表可连接计算机监控；⑤AI人工智能数字式程序调节器是对老产品的改造和升级换代产品，老的产品一般采用交流接触器来控制缺点控制不准确、声音大设备容易老化；

   三、仪表选型应用：

    马弗炉控温仪表的选择要根据控制的要求：①定点控制还是升降温程序控制、②控温范围、③测量精度要求来确定。

1、定点控制还是升降温程序控制，是根据物料的要求来选择仪表的主机型号：

AI－518、708、808为定点控制仪表

AI－518P、708P、808P为程序升降温仪表

控制对象输出模块有：

G 隔离型固态继电器（SSR）驱动电压输出模块（12V/30mA）

L1 继电器触点开关输出模块（适合报警控制输出）

K1 “烧不坏”型单路可控硅过零触发输出模块（100-380VAC范围通用）

K3 “烧不坏”型三路可控硅过零触发输出模块（100-380VAC范围通用）

K5/K6 “烧不坏”型单路可控硅移相触发输出模块（分别适用220VAC/380VAC）

AIJK3型三相移相触发器（三相四线制，适合阻性负载，多种故障检测及报警，软起动及电流反馈输入）

AIJK6型三相移相触发器（三相三线制，适合阻性及感性负载，缺相检测及报警，软起动及电流反馈输入）

X3 光电隔离的高精度线性电流输出模块（配合三相移相触发器应用）

S 光电隔离RS485通讯接口模块（用仪表内部12V隔离电源）

2、控制方式的选择：是采用过零还是移相，是根据控制对象的温度范围所选择的加热元件来确定的。

对于低、中、箱式电阻炉纯电阻丝温度1000oC炉型可采用过零控制，缺点是电流波动比较大，特别是大功率的加热元件；从保护延长电阻丝的寿命的目的出发可采用移相触发控制，缺点是对电网的高频干扰。

对于高温炉采用硅碳棒、硅钼棒为发热元件，使用温度300～1700℃就一定要采用移相触发控制。以硅碳棒为加热元件的高温电阻炉，其加热元件的冷态与热态时的电阻值相差较大，在长期使用中硅碳棒的电阻值将逐渐变大（也称为老化）。所以必须采用具有调压功能控制器使用；

3、马弗炉仪表型号例：AI-808PAX3L1L1S4+JK6型程序型仪表

1） AI智能温度调节器：

AI调节器是控温系统的核心部分，AI仪表首创性地采用了平台概念，将非常专业化的数字调节仪表转为平台化设计的产品，采用的是AI人工智能调节算法是采用模糊规则进行PID调节的一种新型算法，在误差大时，运用模糊算法调节，以消除PID饱和积分现象，当误差趋小时，采用改进后的PID算法进行调节，并能在调节中自动学习和记忆被控对象的部分特征以使效果最优化。

自整定方法：由于自整定执行时采用位式调节，经2~3次振荡后，仪表内部微处理器根据位式控制产生的振荡，分析其周期、幅度及波型来自动计算出M 5、P、t等控制参数。具有无超调、高精度、参数确定简单、对复杂对象也能获得较好的控制效果等特点。程序仪表自整定时请吧第一段程序设置为常用温度或最高温度来自整定 。。。。图2

在使用过程中AI调节器 结合PID调节、自学习及模糊控制技术，实现了自整定/自适应功能，及无欠调的精确调节，性能远优于传统PID调节器。

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