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单片机温度控制器在高频感应加热设备上的应用

摘要： 本文介绍了单片机温度控制器与高频感应加热设备组成的控制系统，并因此系统成功地进行了相变超塑性试验。其特点是成本低，操作方便，满足一般实验要求。

一、引言

高频感应加热是利用磁铁物质在交变磁场中因电磁感应产生涡流而达到自身加热，它广泛应用于锻造、热处理、冶金等科研和生产中。为了将高频感应加热应用于相变超塑性试验，要求对高频感应加热的温度进行有规律的控制。本文介绍用单片机温度控制器来控制高频感应加热设备，从而使被加热的试件温度能实现升降的循环控制，而且升降的时间、大小可调。

二、实施过程

1、技术要求

相变超塑性实验要求温度控制曲线如图1所示。

图1中，T表示温度，t表示时间，循环温度的起点和终点Tmin、Tmax以及上升和下降的时间t1、t2均要求可变，另外循环的次数也必须任意设定。

2、系统组成

所用的高频感应加热设备工作原理如图2所示。

图2 高频加热设备工作原理图

感应加热的输出功率除了与试件的材料有关外，还与阴极的电压有关。因此，要控制输出功率，只有通过三相可控硅调压触发器来控制升降变压器（因为灯丝可控调节不能作为加热功率调节。）因此，以外接的自动信号取代原设备的三相触发电路上的手动部分。自动信号是由温控器发出的，经适配器转换成与原电路有相同功能的一种信号。整个控制系统如图3所示。

温控器的工作原理如图4所示。

热电偶输出的电压信号送入前置放大电路，经放大后给电压一频率变换器；该变换器将放映温度高低的模拟电压转换为频率不同的脉冲信号，经过变压器隔离电路到输入接口电路，它的输出再送入单片计算机，单片计算机经过运算求出所测温度值送入显示器，然后根据使用者通过界面设置的P、I、D，即按偏差的比例、积分、微分控制的参数来进行运算，求出合适的控制量，此控制量经过输出接口送出一种周期固定、脉宽随控制量大小变化的脉冲信号，该信号经过光电隔离电路后送给脉宽/模拟（电流）变换器，最后输出0~100mA的控制电流信号C。由于输入输出均有隔离电路，故在高频感应设备的强磁场工作环境中能正常工作。

记录试验曲线用的函数记录仪所采取的抗干扰措施是在输入端接一隔离放大器，否则无法记录。

3、调试结果

本系统的温度控制范围在0-1200℃，变化规律由四段直线任意组合，并能从第三段直线开始循环，精度由P、I、D参数调整的合适程度而定。图5就是P为6、I为11、D为0时不同的升降温速率的循环曲线。

三、总结

本系统经过多年使用，工作稳定，不仅可以做变温试验，同时也可以做恒温实验。在做变温试验是，若要提高变温速率，升温可考虑采用提高加热功率的措施，降温可采用风扇定位吹风，同时可选用热惯性小的金-铂热电偶。

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