热处理炉零保温控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种热处理控制系统，尤其涉及一种热处理"零保温"的高精度控 制系统。
【背景技术】
[0002] 在机械加工领域，热处理是常规和必要的工序，一般都需要保证工件的加热均匀 性，而目前所采用的工业炉加热中，工艺员往往根据经验编写热处理的加热工艺，包括加热 器快速升温过程、接近工艺目标温度后的加热器输出功率下降逐渐升温到工艺目标温度的 缓慢升温过程、达到工艺目标温度后加热器采用热平衡功率的保温过程。但在实际加热过 程中，工件内部温度是否达到工艺要求的目标温度，不能通过准确手段检测，因此为了保证 工艺要求，其加热的保温时间的选择都较为保守，一般都偏长，造成能源浪费，甚至出现"过 烧"或者"烧不透"，造成工件报废，带来不必要的经济损失。
[0003] 近几十年，对于工件加热工艺，出现了既节能又省时的"零保温"理论，但其由于工 艺检测手段不能满足实际要求，在实际中还是存在许多缺点，基本上还处于理论阶段，在实 际应用中较少。
[0004] 中国专利申请号881059188，名称"工件热处理'零保温'点微机测控装置"，由于其 按照"零保温"理论和由热传导理论推导的数学模型进行控制，控制参数容易受到外部条件 变化的影响，因此必然与实际的工件控制温度存在误差，造成工件受热不均而"烧不透"或 "过烧"等，特别是对热处理要求高的工艺，其不能满足要求。
[0005] 中国专利申请号951060007,名称"电加热工艺参数控制仪"，其在设置控制参数 "均温过程的工程技术判断依据KQ"时也是根据经验值先期设定，如其说明书记载"保证均 温温差ATzTiKHTC"，所以其控制温差精度较低，而且炉膛温度1\达到目标值，物件心 部温度T 3虽然与之相差<10°C，但物件心部温度仍在缓慢上升，说明物料还处于吸热过程 中，以此不能判断物料零保温的温度条件。而且在实际加热过程中，对工件表面和内部温度 的检测是十分困难甚至是无法实施的，对于工艺要求高的工艺，也不能满足其要求。
[0006] 同时上述两种技术都是利用炉温判定、工件内部温度判定及功率判定采用不断趋 近的方式，对是否达到零保温的功率条件进行推导得出，因此往往在实际加热控制中存在 温度偏差、功率偏差，不能达到高精度热处理的要求，这也是现有利用"零保温"理论的温度 检测控制系统没有得到有效推广的原因。其主要是热处理控制系统控制温度精度不高、控 制参数适应性不宽、检测电参数不全、检测电参数精度不高，存在稳定性差，错判误判等原 因。 【实用新型内容】
[0007] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种可准确地、实时地确定被加热工件达 到零保温条件的高精度热处理控制系统。
[0008] 本实用新型提供的热处理炉零保温控制系统，包括温度检测模块、功率控制单元、 加热器功率检测模块;在加热炉中安装的加热器、加热工件、温度检测元件，温度检测模块 通过温度检测元件实现对电加热炉中的温度进行检测;所述的温度检测元件至少包括靠近 加热器的前温度检测元件和靠近工件的后温度检测元件。
[0009] 所述的前温度检测元件和后温度检测元件设置在热量流动方向的同一直线上;后 温度检测元件是1个或多个，优选数量为2~4个。
[0010] 加热器、前温度检测元件、后温度检测元件和工件或加热炉内腔中心的同一直线 上。
[0011] 在加热炉中不同的热量流动方向分别设置多组前温度检测元件、后温度检测元 件。
[0012] 还设置有巡检温度传感器检测被加热工件的表面温度及其它炉内空间点温度。
[0013] 采用本实用新型的热处理炉零保温控制装置，能及时检测到工件的内部温度，实 测温度与"零保温"目标温度的误差能够< l°c，防止烧不透和"过烧"，缩短保温时间，节约 能源，降低加工成本，提高产品质量。
【附图说明】
[0014] 图1是本实用新型的检测元件布置示意图；
[0015] 图2是各检测点的温度和加热功率曲线示意图；
[0016] 图3是本电加热炉的控制图；
[0017] 图中所示:上位机1、下位机2、温度检测模块21、功率控制单元22、三相电压检测模 块23、三相电流检测模块24、巡检温度模块25、加热器功率检测模块26,加热炉3、工件4、功 率执行元件5、加热器6，前温度检测元件71，后温度检测元件72，巡检温度传感器73。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0019] 本实用新型的热处理炉零保温控制系统，包括温度检测模块21、功率控制单元22、 加热器功率检测模块26。温度检测模块21通过温度检测元件实现对电加热炉3中的温度进 行检测，加热器功率检测模块26对加热器6的输出功率进行检测，功率控制单元22对加热器 6的输出功率进行控制。
[0020] 如图1所示，在加热炉6中安装有加热器3,被加热工件4放置在加热炉3中。所述温 度检测模块21通过安装在加热炉3中的至少两个温度检测元件实现对电加热炉3中的温度 进行检测。温度检测元件至少包括靠近加热器6的前温度检测元件71和靠近工件4的后温度 检测元件72。由于导热方向是从加热器6到被加热工件4,因此前温度检测元件71所检测到 的温度Τη在工件4升温过程中，将高于后温度检测元件72检测到的温度T 72,其升温曲线如 图2所示。
[0021] 如图2所示，在经过加热时间to后，前温度检测元件71处的温度Τη已经达到设定的 热处理加热温度To，而由于工件4的内部温度还未达到To，因此工件4仍处于吸热升温阶段， 加热炉3中的热量向工件4流动，所以后温度检测元件72检测到的温度T 72也就还没有达到 Το〇
[0022] 在经过加热时间"后，后温度检测元件72检测到的温度T72接近或达到To,说明加 热炉3中的温度基本恒定，热量不再流动，即工件4不再吸热，其内部温度应当达到设定温度 To。但由于工件4在实际升温过程中可能存在滞后和受环境影响的误差，工件4的内部温度 是否真实达到热处理的设定温度To,还需要进一步的核实和检验，因此本实用新型还提供 了热处理炉零保温控制方法。
[0023] 因为前温度检测元件71和后温度检测元件72需要检测热量流动状况，因此应当设 置在热量流动方向的同一直线上，如图1所示，由前温度检测元件71、后温度检测元件72构 成的一组检测元件和加热器6、工件4中心在同一直线上，在工件4数量较多或中心不容易确 定时，前温度检测元件71、后温度检测元件72、加热器6和加热炉内腔中心在同一直线上。前 温度检测元件71和后温度检测元件72可以采用如专利号201420618854.1的"一种热电偶"， 这样结构更为紧凑和效果更好。
[0024] 还为了提高更准确的检测结果，一组检测元件中后温度检测元件还可以多个分段 布置，如图1中左侧所示，在前温度检测元件71、后温度检测元件72之间还增设一个后温度 检测元件72a。后温度检测元件72优选数量为2~4个。在加热炉3较大或工件热处理温度要 求高时，为了提高检测和控制精度，在加热炉3中不同的热量流动方向分别设置多组前温度 检测元件71、后温度检测元件72,如图1所示，在工件的左右两侧分别设置了一组前温度检 测元件71、后温度检测元件72。
[0025]本实用新型的热处理炉零保温控制方法如下：
[0026] A、加热器全功率加热快速升温:工件4放置在加热炉3中，开启加热器6并以输出功 率Pg输出热源;通过前温度检测元件71，后温度检测元件72分别检测实时温度Τη和T 72。所 述Pg为常规的根据工件加热工艺要求制定的全功率加热或可控斜率加热所需加热器6的输 出功率。
[0027] B、加热器输出功率下降曲线升温：当经过加温时间tP，工件4温度接近To时，加热器 6按照加热器6的输出功率下降曲线Pi输出热量加热工件。
[0028]当经过加温时间to,前温度检测元件71，检测到的实时温度Τη达到To;当经过加温 时间以后温度检测元件72分别检测到的实时温度T72也达到To,加热器6的输出功率逐步接 近和达到稳态功率Po。
[0029] C、控制实时温度T74PT72在波动温差ΛΤ范