专利名称：金属发热元件温度控制与保护系统的制作方法
技术领域：
本发明属于一种金属发热元件温度控制与保护系统，尤其是应用于高温金属发热管的温度控制与保护系统。
背景技术：
高温金属发热管是以金属管为外壳(包括不锈钢、紫铜管、铁管)，沿管内中心轴向均布螺旋电热合金丝(镍铬、铁铬合金)，金属管与电热合金丝之间填充并且压实具有良好绝缘性与导热性的氧化镁粉，金属管口采用需要进行防潮密封，具有结构简单，机械强度高、热效率高、安全可靠、安装简便、使用寿命长等特点。适用于各种硝石槽、水槽、油槽、酸 碱槽、易熔金属熔化炉、空气加热炉、干燥炉、干燥箱、热压模等装置。金属发热管常见的失效方式是局部温度过高，导致电热合金丝烧断或者金属管外壳破裂。因此，对于金属发热元件，较多采用温控仪表测量金属发热元件的环境温度，防止温度过高烧毁发热元件，但是温控仪表测量的环境温度与金属发热元件内电热合金丝的温度差异巨大。对于民用空气加热器，由于需要获取的环境温度较低，通过监控发热元件的环境温度可以实现较长寿命的温度控制；对于工业应用的高温金属发热元件(温度高于4000C )，通过监控发热元件的环境温度进行温度控制不能取得较好的效果，金属发热元件的寿命大大缩短，尤其是温度达到600°C以上的应用场合，一些金属发热元件的寿命甚至不能达到500小时。许多生产商借助于提高电热合金丝和金属管外壳的材料来延长发热兀件的寿命，但这样大大提高了材料成本，效果却并不明显；有些设计人员则借助提高空气循环速度，降低发热元件功率，减缓发热时间，使金属发热元件的表面温度与环境温差降低，这种方式对于400°C以下的场合，效果还是非常明显，但更高的环境温度则还是不能有效解决此问题。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种金属发热元件温度控制与保护系统，解决因发热元件内部温度过高，导致电热合金丝或金属管外壳损坏。为了解决上述问题，本发明提供的技术方案包括以下几部分构成测量模块、补偿模块、采集模块、通信模块、控制模块、设置模块、显示模块、存储模块和执行模块。在对金属发热元件完成填粉处理后，金属电热元件的一端植入PtlOO热电阻，然后对金属发热元件进行压实和后续处理，金属发热管采用单端供电方式，一端引出电热合金丝的电源线，一端则引出嵌入式温度传感器PtlOO的信号线，这就获得了本系统的测量与执行模块，执行模块除了金属发热元件，还包括可控硅控制电路。PtlOO热电阻在温度较高时会出现一定的偏差，因为系统使用的PtlOO导线引出棒的材料与长度可控，通过标定即可获取不同温度下的补偿曲线，系统将补偿曲线植入温度补偿模块。
采集模块首先采用桥电路将PtlOO输出的电阻信号调理成数模转换器(ADC)可以采集的电压信号，采集模块安装有一个12位数模转换器和多路复用器在单片机的控制下进行，最多可以测量16路温度信号。通信模块采用RS232串口通讯方式，可以使单片机与计算机进行信息交互，比如单片机可以将每次循环采集到的温度信号发送到上位机，也可以接受上位机发送的温度控制算法参数及控制温度和金属元件极限温度。控制模块是本系统下位机的核心，主要进行温度信号采集、温度信号补偿、PID运算、可控硅模块控制及与上位机进行信息交互。设置模块主要用于金属电热元件的环境温度设置，温控PID算法包含的参数设置，金属电热元件内部嵌入式PtlOO热敏电阻的极限温度设置。
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显示与存储模块采用VC++和NI公司的Measurement studio控件进行编写,可以显示各个时刻的温度值，及相应可控硅的通断状态，也可调取多个温度测点的趋势曲线。采集到的数据存入SQLite数据库。本发明适用的高温金属发热元件的最高温度为900°C，当超过此温度时，PtlOO传感器不适合使用。
图I为温度控制与保护系统的框架，包括测控单元、下位机和上位机三大主体部分。测控单元主要由测量模块、执行模块、发热管、嵌入式Ptioo传感器和温控传感器组成；下位机主要由采集模块、补偿模块、控制模块和通信模块组成；上位机则由通信模块、设置模块、存储模块和现实模块组成。
具体实施例方式下面结合图I对本系统的实施做进一步说明I、设计和生产符合热效率的金属发热元件，并在生产时，为发热元件嵌入PtlOO温度传感器，对金属发热元件起保护作用。2、对PtlOO温度传感器及接线系统在50(TC以上进行温度标定，并将标定值按C语言写入下位机温度补偿程序模块(这个温度补偿程序对于PtIOO传感器弓I出棒材质和长度相同的可以共用，一般设计时都是用固定值)，保证在高温条件下，温度保护传感器工作可
O3、对金属发热元件所处的应用环境安装温度传感器，温度传感器信号和PtlOO保护传感器信号直接引入下位机控制系统的采集模块。4、在上位机设置金属发热元件所需的环境温度及PtlOO传感器的保护温度(对于不同材质的金属发热元件，保护温度各有不同)，并配置PID控制算法的相关参数。5、连接各个模块的信号线与控制线，运行控制系统即可。系统运行时，如果所需的环境温度为达到设定值时，系统会使发热元件长时间工作，但只要发热元件内部的PtlOO温度传感器高于设定的极限温度时，系统会暂停发热元件的工作，直至再次符合运行条件，这样既可解决因为金属发热元件内部温度过高，导致发热元件寿命过短，也可以解决一些场合为了快速加热而不断提高发热元件的功率值。
权利要求
1.金属发热元件温度控制与保护系统采用在金属发热元件内嵌Ptioo温度传感器。
2.采用软件补偿方式修正PtlOO温度传感器及其接线系统出现的温漂。
3.温度控制与保护系统采集的数据可以由上位机存储至SQLite数据库。
4.温度控制参数及PID算法控制参数可有上位机调节。
全文摘要
本发明通过在金属发热元件中嵌入Pt100温度传感器，并对嵌入式温度传感器和相应接线系统做温度补偿处理，温度信号采集、补偿和控制在下位机的单片机中进行，通过RS232接口与上位机进行信息交互，包括金属发热元件内部保护温度、环境温度、PID算法参数和实际采集温度。上位机系统采用VC++和NI Measurement Studio控件编写温度配置参数页面，温度测点信息显示页面和各个执行模块的运执行状况，上位机还实现对各个时间的环境温度、金属发热元件内部温度及执行模块可控硅通断状况存入SQLite数据库。本发明不仅可以实现对金属发热元件温度的长期监测与控制，也能对金属发热元件起到保护作用。
文档编号H05B3/02GK102761993SQ20111010605
公开日2012年10月31日 申请日期2011年4月27日 优先权日2011年4月27日
发明者徐水军 申请人:徐水军