电阻炉智能温度控制的设计

电阻炉是利用电流使炉内电热元件或者加热介质升温发热,将 电能转化成热能的过程,从而对炉腔内的工件进行加热,广泛地应 用于金属的热处理、化学药品的加热、钢铁厂的炼钢、食品的加工等 领域[1]。电阻炉在加热的过程中,采用电能的形式进行加热,具有结 构简单,没有噪声,也不会对室内环境造成污染等特点,并且可以通 过控制电流的大小直接控制炉内的温度,实现智能控制。

以32位的STM32单片机为基础,设计出一套快速、精度高 的智能调节电阻炉的温度控制系统,从而来满足人工控制的不足, 达到调节电阻炉温度的目的。

 硬件系统设计

根据实际环境,本设计选用普通的电阻炉为研究对象,其外形 是圆柱体,炉腔内放置加热元件,并选择相应的技术指标:电阻炉的 额定功率为2KW,额定电压为220V,额定温度为1200℃,主要实现电 阻炉内的温度控制,其中,包含有温度测量、温度显示、预定温度、调 节温度和报警等要求。

上海博迅智能电阻炉采用STM32单片机,采用PID算法对电 阻炉的温度进行控制和调节,其硬件系统结构如下图1所示。

图1硬件系统结构中STM32单片作为主控模块,是整个温控系 统的核心电路,对整个电阻炉温度的智能控制起着决定性作用。其 工作电压为2-3.6V,可以在-40-85℃的温度范围内进行正常的工作,这个温度范围基本上满足大多数工业的要求,并具有低能耗、高 效率等特点,以此得到广大设计着的青睐。

 温度电路主要是将测量温度的模拟量转化成数字量的电路,是 控制系统中最重要的组成部分之一。传感器的测量元件一般选用 热电偶,热电偶是一种热电型的温度传感器,它能将温度信号转化 成毫伏级的模拟电势信号,从而实现温度的测量和信号的转换。

电阻炉的温度控制器是通过控制加在电阻炉炉丝两端的电压 达到控制炉温的目的。本文设计的电阻炉智能温度控制器,其执行 元件选用固态继电器,该固态继电器由固态电子元器件组成,没有 触点的电子开关,仅仅用毫安级的信号就可以控制大功率电路的通 电和断电。由于不存在机械结构的动作,避免了机械磨损等缺陷,也 不会有噪音等现象的产生,这样使得其使用寿命较长。