分段式精度控制电加热器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种分段式精度控制电加热器，数根加热丝依次绕在管道上，每根加热丝串连一个开关后并联接电源，每根加热丝后面管壁同一截面内均匀布置数个热电偶，PID控制器采集每个截面上热电偶温度，并计算平均值作为对应加热丝采集温度，PID控制器比较相邻加热丝后面管壁温度，输出控制信号控制每路开关开断。可根据需要，更换不同功率的加热丝和电源，并改变加热丝实际布置数量，以满足试验对较大范围内的热量需求；还可以在同一加热器上布置不同功率的加热丝，进一步提高加热器的加热精度。
【专利说明】
分段式精度控制电加热器
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种电加热器，特别涉及一种分段式精度控制电加热器。
【背景技术】
[0002]近年来，新型制冷剂的替代、强化换热管的研制逐渐引起大家的重视，为获得稳定环境工况，电加热以其能够提供稳定热源逐步投入使用。但普通电加热器仅仅是在管外缠绕加热丝，通过调节输入电压值改变加热功率，这种方法无法满足对工质出口状态的精度控制，并不适用于两相态换热实验研究对特定干度范围工况设定，且考虑到辐射、对流、导热等诸多因素，其热损也比较严重，很难达到合格的热平衡效果。
【发明内容】
[0003]本发明是针对电加热控制精度无法满足热平衡的问题，提出了一种分段式精度控制电加热器，在常用电加热器的基础上，对加热丝的使用数量、加热丝的连接方式、加热器的控制程序、具体测量参数等进行了修改，可实现对工质加热量的精度控制。通过改变加热丝使用数量来调节加热器实际加热长度，进而改变加热量;对加热器配置不同功率加热丝，可实现对工质在管道出口状态的精度控制;各加热丝并联连接，通过开关S的闭合来确定其是否投入使用;开关S的闭合由PID设定程序进行控制，其控制程序以管壁温度突变为响应信号，具有相应时间短、调节精度高的优点。
[0004]本发明的技术方案为:一种分段式精度控制电加热器，数根加热丝依次绕在管道上，每根加热丝串连一个开关后并联接电源，每根加热丝后面管壁同一截面内均匀布置数个热电偶，PID控制器采集每个截面上热电偶温度，并计算平均值作为对应加热丝采集温度，PID控制器比较相邻加热丝后面管壁温度，输出控制信号控制每路开关开断。
[0005]所述加热丝与管道外壁之间加有导热硅脂，使管道壁面均匀受热。
[0006]所述数根加热丝的功率不同。
[0007]本发明的有益效果在于:本发明分段式精度控制电加热器，可根据需要，更换不同功率的加热丝和电源，并改变加热丝实际布置数量，以满足试验对较大范围内的热量需求；还可以在同一加热器上布置不同功率的加热丝(在小功率加热丝电路上串联电阻)，进一步提高加热器的加热精度。
【附图说明】
[0008]图1为本发明分段式加热器原理结构图；
[0009]图2为本发明电加热管道截面图；
[0010]图3为本发明PID控制系统流程图。
【具体实施方式】
[0011]根据实验预定加热量和单个加热丝功率，确定提供电源功率以及所需加热丝段数。本文以整个加热段有5根加热丝为例进行说明，5根加热丝依次绕在管道上，分别编号1#、2#、3#、4#、5#，5段加热丝在整个电路图中并联，分别由开关31、32、33、34、35控制，如图1加热器系统原理图所示。在每根加热丝后面1cm处依次布置温度测点，图1中1、2、3、4、5五点所代表截面为热电偶布置截面，在同一截面内上下左右四个位置分别布置一个热电偶，用于分别测量经电加热丝1#、2#、3#、4#、5#加热后的管道壁面温度，而PID控制提取温度参数为四个温度值的平均值，以i(l<i<5)点为例即并在加热丝与管道外壁之间加有导热硅脂，可使管道壁面均匀受热，如图2所示i点电加热管道截面图。因本文所述加热器以安装5根电加热丝为例，故在整个加热段共需布置20个热电偶，而PID采集温度为对应点热电偶采集数据的平均值。
[0012]分段式精度加热器不同于以往通过调节接入电热丝两端的电压值来改变加热功率，而是根据所需加热量，控制单个电热丝的使用与否来改变整个加热器的实际加热长度，对加热量进行调节，其精确度与加热丝的加热功率有关，加热功率越小，精度越高，故在电加器中可布置不同功率的加热丝，根据实际状态点与饱和点之间的焓差对加热丝进行选择性使用。此外，在加热丝外部套有保温层，用于防止热量外泄，降低热量的不可逆损失。
[0013]PID调节根据换热“干涸”现象出现后，导热系数下降，壁温急剧上升的原理，采用壁温为测量参数，对开关S的启闭进行自动控制，该方法响应时间短，大大增加了加热量的精度，具体流程图见图3。当输入的温度差值小于10°C时，说明壁温变化较小，管内工质仍为两相态，开关Sig动闭合，接通加热丝对工质继续进行加热；当输入的温度差值大于10°C时，“干涸”现象出现，管内工质达到过热态，无需再继续进行加热，开关S1断开，且Si+i至Sn的所有开关全部保持断开状态，这里η = 5，停止对工质进行加热。
【主权项】
1.一种分段式精度控制电加热器，其特征在于，数根加热丝依次绕在管道上，每根加热丝串连一个开关后并联接电源，每根加热丝后面管壁同一截面内均匀布置数个热电偶，PID控制器采集每个截面上热电偶温度，并计算平均值作为对应加热丝采集温度，PID控制器比较相邻加热丝后面管壁温度，输出控制信号控制每路开关开断。2.根据权利要求1所述分段式精度控制电加热器，其特征在于，所述加热丝与管道外壁之间加有导热硅脂，使管道壁面均匀受热。3.根据权利要求1所述分段式精度控制电加热器，其特征在于，所述数根加热丝的功率不同。
【文档编号】H05B1/02GK105960036SQ201610312779
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】李庆普, 陶乐仁, 耿亮, 胡永攀, 孙凯旋
【申请人】上海理工大学