引言

       对热电偶进行检定，就必须把温度控制在检定点上，温度的稳定性是热电偶检定的重要指标。因 此，有一套稳定的恒温控制系统是热电偶检定系统所必须的，恒温控制系统的性能好坏直接影响着热电偶的检定误差。 

 

1 控制系统原理

       加热炉控制系统如图 1 所示，控制对象为检定炉，检测元件为一次元件 K 型热电偶，PID 调节器采用具有 RS485 通信功能的SCXMPA-9000智能仪表，执行器为 SSR 固态继电器。该炉温控制是一个闭环负反馈系统，其调节过程: 炉温由热电偶感应送SCXMPA-9000智能调节仪的输入端，在智能仪表里通过信号放大、采样保持、A/D 转 换，再由单片机进行数据处理及线性化校正，以实现实际炉温的检测和显示，再比较实际炉温和设定炉温得到偏差，通过对偏差的处理获得控制信号，按照偏差的比例、积分和微分产生控制作用( PID 控制)去控制 SSR 固态继电器来控制加热炉炉丝的导通时间，就可以控制电炉丝的加热功率大小，从而控制电炉的温度及升温速度，使其逐渐趋于给定值且达到平衡，从而实现对炉温的控制。该控温系统非常大优点是升温过程中基本无过冲现象，过渡时间短。

1. 1 一次元件

       温度检测元件目前多选 K 型或 S 型( 镍铬·镍 硅) 热电偶。两者相比，K 型有较好的温度 － 热电 势的线性度，但它不适宜于长时间在高温区工作: S型具有高精度，但温度 － 热电势的线性度较差。在这套系统中根据被测温度经常在 800 ℃以下而选择 K 型热电偶，也给系统中数据处理带来许多方便。 

 

1. 2 执行机构

       执行元件选用 交 流 过 零 触 发 型 固 态 继 电 器( SSR) 。通过智能调节仪控制固态继电器，其波形为完整的正弦波，是一种稳定、可靠的控制方法。交流固态继电器 SSR 是一种无触点通断电子开关，它利用电子元件( 如开关三极管半导体器件) 的开关特性，可达到无触点无火花地接通和断开电路的目的，其控制原理是: 智能调节仪输出 30 mA/12 V 的阶跃函数，经反相、光电隔离、功率放大后加到双向可控硅上，控制继电器的导通周波数，用导通/关断时间比来控制固态继电器，在温控中大可以用秒或1 /10 s作计时单位，比如在 10 s 的周期内，导通 9 s，关断 1 s，这就得到 90% 的加热功率，达到温度调节的目的

 

1. 3 调节机构

       调节机构选用的是三畅XMPA-9000智能调节仪。XMPA-9000智能调节仪是一种由单片计算机构成的智能型的温度测控器，经 PID 调节后，可根据操作人员的编程自动调温，使用非常方便，一经设定，无需变动。 

 

2 控制系统的调节规律

       在控温系统中采用的是 PID 控制。比例积分微分调节( PID) 是一种常规调节算法，具有较好的控制特性，其特点是 PD 作用能克服对象的滞后，减少动态偏差，提高稳定性; PI 作用能消除静差，适当调整比例带( δ) 、积分时间、微分时间，就能得到较高的调节品质。

 

3 PID 参数整定方法

       XMPA-9000 具有专家系统的 PID 参数自整定，做法是将知识库用于 PID 参数调整，在频域中加以整定，通过在线校正整定系数可以在较短的时间内获得理想的 PID 控制参数。

 

       专家式 PID 参数整定算法即根据一般 PID 控制算法及专家经验，总结出一套整定规则，作出推理决策，对 PID 参数 KP、TI、TD等进行整定，其一般结构如图 2 所示。

       该自整定控制器的工作过程是，在闭环系统受到扰动时，对系统误差 e 的时间特性进行模式识别，分别识别出该过程响应曲线的多个特征参数 ei，i = 1，2，…，m( 如超调量、阻尼比、衰减振荡周期、上升时间等) 。将所测出的特征参数值与用户事先设定好的特征参数值进行比较，其偏离量送入专家系统，专家系统在线推断出为消除各特征量的偏离，控制器各参数所应有的校正量 ΔTj，送入到常规的 PID控制器，以修正 PID 控制器的各个参数。与此同时，控制器根据系统误差 e 以及所整定的参数进行运算，输出控制信号 u 到广义被控对象进行控制，直到被控过程的响应曲线的特征参数满足用户期望的要求。 

 

4 结束语

       通过以上的分析可以看出，热电偶群炉自动检定系统能较好地防止控温过程中的超调和欠调现象，实现自然、平稳的温度过渡，既可减少不必要的等待时间，又可得到理想的恒温指标。