【摘要】：溫度測(cè)量和控制是化工、醫(yī)療、制藥、煉油、鋼鐵等生產(chǎn)領(lǐng)域的一個(gè)重要指標(biāo),其測(cè)量精度嚴(yán)重影響生產(chǎn)系統(tǒng)的性能和產(chǎn)品質(zhì)量。根據(jù)科學(xué)的統(tǒng)計(jì)表明,由于溫度測(cè)量裝置熱變形引起的超精密加工誤差可達(dá)到總誤差的40%~70%。使用高精度的干式計(jì)量爐對(duì)溫度傳感器進(jìn)行定期的現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量和校準(zhǔn),是保證溫度傳感器測(cè)量精度的一個(gè)重要手段。研制高性能的干式計(jì)量爐,對(duì)于提高工業(yè)溫度傳感器的計(jì)量校準(zhǔn)水平,進(jìn)而提高相關(guān)產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。本文針對(duì)干式計(jì)量爐溫度控制中的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度、遲滯軸向均勻性、負(fù)載影響等幾項(xiàng)關(guān)鍵點(diǎn)展開(kāi)研究,主要工作包括:1、高精度的溫度控制模型:分析了半導(dǎo)體制冷片(TEC)的工作特性和恒溫插塊的熱效應(yīng)與傳熱機(jī)理,將半導(dǎo)體制冷片工作過(guò)程中由自身溫度變化引起的電氣特性改變與恒溫插塊溫度的變化同時(shí)納入控制環(huán)節(jié),建立了溫度-電流雙閉環(huán)溫度控制模型,該模型可以有效減小TEC工作中的不確定度,提高了系統(tǒng)溫度控制的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度;為了克服反饋控制固有的滯后特性,在雙閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上引入了前饋補(bǔ)償控制環(huán)節(jié),提高了系統(tǒng)響應(yīng)速度,減少了系統(tǒng)遲滯影響�；谝陨�,建立了基于TEC的高精度、大范圍溫度控制算法模型。2、分段溫度控制方案:由于被檢測(cè)的溫度檢測(cè)傳感器在構(gòu)造和長(zhǎng)度上會(huì)存在一定的差異性,為保證每一種溫度傳感器的檢測(cè)準(zhǔn)確性,就必須考慮恒溫插塊的軸向均勻性。根據(jù)干式計(jì)量爐標(biāo)定指南EA-10/13中對(duì)于恒溫插塊軸向均勻性的規(guī)定,設(shè)計(jì)了分段控制方案,該方案可以較好實(shí)現(xiàn)的恒溫插塊的軸向均勻性。3、高精度溫度控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì):提高系統(tǒng)控制的冗余量,增大TEC的驅(qū)動(dòng)功率,是減小系統(tǒng)負(fù)載影響的有效方法之一。系統(tǒng)采用4片大功率MOS管搭建H橋驅(qū)動(dòng)電路,結(jié)合全橋驅(qū)動(dòng)芯片HIP4082實(shí)現(xiàn)了大功率TEC驅(qū)動(dòng)模塊,可減小負(fù)載變化對(duì)系統(tǒng)溫度控制造成的影響。基于惠斯登電橋設(shè)計(jì)了高精度的溫度采集模塊,利用霍爾傳感器設(shè)計(jì)了電流反饋模塊。結(jié)合以上模塊,設(shè)計(jì)并完成了電路板的制作與調(diào)試。結(jié)合電路板編寫(xiě)了上位機(jī)與下位機(jī)控制程序,人機(jī)交互接口采用嵌入式WinCe觸摸屏,上下位機(jī)的通信接口采用RS485通信總線,結(jié)合以上模塊最終完成了高精度干式計(jì)量溫度控制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:本系統(tǒng)在-30~130℃的溫度范圍內(nèi),可以迅速穩(wěn)定在任一設(shè)定的溫度點(diǎn),其控溫精度優(yōu)于±0.002℃,系統(tǒng)控溫穩(wěn)定后兩個(gè)小時(shí)內(nèi)的控溫穩(wěn)定度優(yōu)于±0.002℃,被控恒溫插塊的軸向均勻性?xún)?yōu)于±0.004℃,系統(tǒng)負(fù)載效應(yīng)良好,且對(duì)于異常環(huán)境具有較好的魯棒性,滿足了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
【圖文】：

圖 1-1 溫度場(chǎng)示意圖發(fā)展現(xiàn)狀遍的是國(guó)際溫標(biāo) ITS-90[8]。國(guó)際溫標(biāo) ITS-90 的核定點(diǎn)是利用特定物質(zhì)(如水、鋅、銅等等)的物理特量值(不確定度足夠小)，這 17 個(gè)固定點(diǎn)是 ITS-90錫凝固點(diǎn)、銅凝固點(diǎn)、銀凝固點(diǎn)、鋁凝固點(diǎn)、鋅凝相點(diǎn)、氬三相點(diǎn)等。市場(chǎng)上所有溫度測(cè)量?jī)x器儀表作的，為了保證溫度計(jì)量裝置的準(zhǔn)確性，其溫度計(jì)標(biāo)[9]。，，在國(guó)標(biāo) TIS-90 指導(dǎo)下，溫度計(jì)量的發(fā)展主要體現(xiàn)現(xiàn)溫度控制范圍逐漸拓寬，不斷向更高溫度和更低測(cè)溫的下限不斷的向下延伸，超高溫研究主要是需基準(zhǔn)[10]。

圖 1-2 市面常見(jiàn)恒溫槽快速現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的需求溫度計(jì)量爐如下圖溫度傳遞介質(zhì)，主要包括恒溫插塊、半導(dǎo)感器、控制設(shè)備、顯示設(shè)備等結(jié)構(gòu)示意持內(nèi)置恒溫插塊的溫度在設(shè)定值，使插入一致溫度。由于干體式溫度計(jì)量爐體積降溫耗時(shí)短、溫度收斂快，廣泛應(yīng)用于
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TK311

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本文編號(hào)：2638186