[發明專利]一種電熱輻射管溫度控制裝置及其控制方法

在審

• 申請號: 201910264271.0
• 申請日: 2019-04-03
• 公開（公告）號: CN109871052A
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 楊景峰;沈鵬;汪海斌
• 申請（專利權）人: 上海頤柏科技股份有限公司
• 主分類號: G05D23/32
• 分類號: G05D23/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種電熱輻射管溫度控制裝置，包括伸入熱處理爐內部用于散熱的至少一個電熱輻射管(1)，其特征在于，還包括：

一設置于所述電熱輻射管(1)內部用于加熱區溫度控制的第一熱電偶(2)；

一嵌設于所述電熱輻射管(1)管壁用于保溫階段的溫度控制以及升溫時的超溫報警的第二熱電偶(3)；以及

一設置于所述熱處理爐工作區用于升溫階段溫度控制的第三熱電偶(4)；

其中，所述第一熱電偶(2)、第二熱電偶(3)和第三熱電偶(4)分別電連接溫度控制器，所述溫度控制器根據各熱電偶監測的溫度，通過PID算法控制所述電熱輻射管(1)電源啟閉，以對所述熱處理爐各階段溫度進行精準控制。

2.根據權利要求1所述的電熱輻射管溫度控制裝置，其特征在于，所述電熱輻射管(1)自身為發熱體，無內置的發熱體。

3.根據權利要求1所述的電熱輻射管溫度控制裝置，其特征在于，所述電熱輻射管(1)的側壁開有導流孔(5)；以及所述電熱輻射管(1)的底部開設有開口(6)。

4.根據權利要求1所述的電熱輻射管溫度控制裝置，其特征在于，所述電熱輻射管(1)為多根，且每兩根所述電熱輻射管(1)之間通過連接片(7)串聯連接成對。

5.根據權利要求1所述的電熱輻射管溫度控制裝置，其特征在于，所述電熱輻射管(1)裝設于所述熱處理爐頂部，且其壁厚呈上大下小。

6.一種電熱輻射管溫度控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，在熱處理爐內設置若干成對布置的電熱輻射管(1)，在電熱輻射管(1)內部設置第一熱電偶(2)，用于監測電熱輻射管(1)內部溫度；在電熱輻射管(1)管壁設置第二熱電偶(3)，用于監測電熱輻射管(1)管壁溫度；以及在電熱輻射管(1)外部工作區設置第三熱電偶(4)，用于監測在熱處理爐工作區的溫度；

步驟2，將第三熱電偶(4)檢測的溫度傳給溫度控制器，所述溫度控制器執行控制程序進行計算與判斷，判斷所述熱處理爐的工作狀態為升溫階段或保溫階段；若工作狀態是升溫階段，則用第三熱電偶(4)實測的溫度和目標溫度差值，控制所述電熱輻射管(1)的輸入功率；

步驟3，在保溫階段，將第二熱電偶(3)檢測的溫度傳給溫度控制器，所述溫度控制器根據設定的目標溫度，通過所述溫度控制器根據所述目標溫度自動控制所述電熱輻射管(1)電源的啟閉，以調節該溫度控制區的溫度；在升溫階段，所述第二熱電偶(3)檢測溫度不參與爐溫控制；

步驟4，將第一熱電偶(2)檢測的溫度傳給溫度控制器，所述溫度控制器根據設定的報警溫度，判斷所述熱處理爐控溫區的溫度是否超過報警溫度；若超過報警溫度，則通過所述溫度控制器根據所述目標溫度自動控制所述電熱輻射管(1)電源的通閉，使溫度小于報警溫度。

7.根據權利要求6所述的電熱輻射管溫度控制方法，其特征在于，所述步驟(2)、步驟(3)和步驟(4)中，通過所述第三熱電偶(4)實測溫度與該溫度控制區目標溫度的差值，判斷所述熱處理爐的各溫度控制區的工作狀態處于升溫階段或保溫階段。

8.根據權利要求7所述的電熱輻射管溫度控制方法，其特征在于，當工作區的所述第三熱電偶(4)檢測的溫度一直低于所述目標溫度時，則對應的熱處理爐控制區處于升溫階段；當工作區第三熱電偶(4)檢測的溫度大于或等于所述目標溫度時，則對應的熱處理爐控制區進入保溫階段。

9.根據權利要求7所述的電熱輻射管溫度控制方法，其特征在于，當熱處理爐處于升溫階段，根據所述第三熱電偶(4)實測溫度與該溫度控制區目標溫度的差值，通過PID算法控制爐溫；當熱處理爐進入保溫階段，通過所述第二熱電偶(3)實測溫度與該溫度控制區目標溫度的差值，通過PID算法控制爐溫。

10.根據權利要求6所述的電熱輻射管溫度控制方法，其特征在于，步驟(3)中，所述電熱輻射管(1)產生的焦耳熱一部分使自身溫度升高，另一部分通過導熱、輻射和對流方式傳輸給環境，使熱處理爐環境溫度升高，其中：

設所述電熱輻射管(1)的外徑為壁厚δ，電阻為R，電流通過輻射管時產生焦耳熱：

Q＝U²/R (1)

所述電熱輻射管(1)的電阻R由輻射管的材質和幾何尺寸綜合決定：

R＝ρL/A (2)

式中，ρ為輻射管的電阻率，L為輻射管的長度，A為輻射管的截面積；

根據熱平衡，各部分熱量的總和與焦耳熱相等：

Q＝Q1+Q2+Q3 (3)

式中，Q為焦耳熱，Q1為輻射管自身升溫吸收的熱，Q2為輻射管傳給外部環境(熱處理爐)的熱量，Q3為輻射管傳給管內環境的熱量；

式中，m為輻射管質量，Cp為定壓熱容，為平均定壓熱容，Tr為輻射管溫度，Tm為室溫；

Q₂＝h₀(T_r-T_f0) (5)

Q₃＝h_i(T_r-T_fi) (6)

式(5)和(6)中，ho為輻射管與管外環境之間的傳熱系數，hi為輻射管與管內環境之間的傳熱系數，Tfo為管外環境的溫度，Tr為管壁溫度，Tfi為管內環境溫度；

所述溫度控制器根據公式(3)通過以下公式(7)調節該溫度控制區的溫度：

式中，Tfo為熱處理爐工作區溫度，Tr為輻射管壁溫度，Tfi為熱電偶測出的輻射管內溫度；

所述溫度控制器通過Tfo、Tr、(Tr-Tfo)和(Tr-Tfi)值，利用PID算法計算實時溫度與目標溫度的偏差輸出控制量，實現對熱處理爐進行升溫階段和保溫階段溫度的精確控制。