CN112637974A - 一种加热设备及其控温方法 - Google Patents

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heated
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敖小强
梁学军
郭玉龙
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Beijing SDL Technology Co Ltd
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Beijing SDL Technology Co Ltd
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    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/02—Details
    • H05B3/06—Heater elements structurally combined with coupling elements or holders
    • H—ELECTRICITY
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    • H05B3/40—Heating elements having the shape of rods or tubes

Abstract

本专利涉及电加热技术领域，尤其涉及达林顿管加热技术领域。本专利提供给了一种加热设备，包括：达林顿管和被加热部件。所述达林顿管与被加热组件固定在一起。本专利利用达林顿管的本身易发热的特性，在本身设备或者产品既需要达林顿管当开关，又有需要加热控温时，可以实现减少物料成本，渐少能耗。

Description

一种加热设备及其控温方法
技术领域
本专利涉及电加热技术领域，尤其涉及达林顿管加热技术领域。
背景技术
加热棒加热、散热片加热和加热片加热是应用了电流的热效应，电流通过电源接头导入电热体，由电热体产生的热量将套管加热，通过不锈钢管表面高温辐射作用把热量传递给被加热物体。，这种传统加热方式增加了物料成本，浪费能源。
发明内容
本专利提供给了一种加热设备，包括：达林顿管1、被加热组件2。
进一步地，还包括温度传感器3，所述温度传感器3在被加热组件的表面或内部，优选在被加热组件内部，使得测温更加精确。
进一步地，所述达林顿管1为TO-220封装型且固定在被加热组件2上。
进一步地，所述达林顿管1和被加热组件2之间之间有导热硅脂
更进一步地，所述温度传感器3可以是PT100等测温电阻，或者ds18b20等数字传感器。
本专利还提供了一种加热设备控温方法，包括如下步骤：
当TIME3_CH3低电平(0V)，达林顿管1导通，产生热量；
当TIME3_CH3高电平(3.3V或者5V)，达林顿管1关闭。
本专利利用达林顿管的本身易发热的特性，在本身设备或者产品需要加热时或者既需要达林顿管当开关又有需要加热控温时，可以实现减少物料成本，渐少能耗。
本专利还利用CPU的I/O口产生PWM波形，利用PID算法来实现精确控温。
附图说明
图1是加热设备结构图。
其中1是达林顿管，2是被加热部件，3是温度传感器。
图2是温度控制流程图。
图3是被加热物体升温调解流程图。
图4是温度控制的动态响应过程图。
图5是加热控制设备电路图。
具体实施方式
实施例1
本专利提供了一种加热设备，包括达林顿管1、被加热组件2和温度传感器3。
所述达林顿管1为TO-220封装型且固定在被加热组件2上，用于为被加热组件加热。
通过螺钉穿过达林顿管1的固定孔与被加热组件2固定，在达林顿管1和被加热组件2接触面有导热硅脂层，以便更好的热传递。
所述温度传感器3固定在被加热组件2的表面或内部，用于测量被加热组件的温度。所述温度传感器可以是PT100等热电阻，也可以是DS18B20等数字温度传感器。
本专利同时提供了一种加热设备控温方法，包括如下步骤：
通过CPU的I/O管脚来控制达林顿管1的导通与关断，电源通过功率电阻接达林顿管1的集电极，发射极接地：
当TIME3_CH3低电平(0V)，达林顿管1导通，产生热量；
当TIME3_CH3高电平(3.3V或者5V)，达林顿管1关闭。
CPU通过调整PWM信号的占空比，通过PID算法实现精确控温。精确温控的具体过程如下：
通过温度控制系统，用于控制被加热组件的温度(PT)保持在恒定的温度设定值(ST)。精确控温方法
如图2所示，系统通过温度采集单元反馈回来的实时温度信号(PT)获取偏差值(ET),偏差值经过PID调节器运算输出，控制达林顿管的开关，实现被加热组件温度升降，以克服偏差，促使偏差趋近于零。
当被加热组件因散热导致温度下降，通过反馈调节的作用，将使温度迅速回升。
温度控制的两个阶段
温度控制系统是一个惯性较大的系统，也就是说，当给被加热组件开始被加热时，并不能立即观察到被加热组件的温度明显上升，同样的，当关闭达林顿管之后，被加热组件的温度仍有一定成程度的上升。为了合理的处理系统响应速度与系统稳定性之间的矛盾，我们把温度控制为两个阶段。
(1)PID调节前阶段
在这个阶段，因为被加热组件温度离设定值还很远，为了加快加热速度，达林顿管一直处于打开状态，只有当温度上升速度超过控制参数“加速速率”，达林顿管才关闭。
“加速速率”是温度在单位时间内的跨度，在这个阶段，要么占空比K＝0，达林顿管关闭；要么占空比K＝100％，达林顿管一直打开，全功率加热，PID调节器不起作用。
(2)PID调节阶段
在这个阶段，PID调节器调节输出，根据偏差值计算占空比(1-100％)，保证偏差(ET)趋近于零，即使系统受到外部干扰时，也能使系统回到平衡状态。
PID算法
PID控制的原理是基于下面的算式，输出M(t)是比例项，积分项和微分项的函数。
Figure BDA0002856811400000051
其中：M(t)是PID回路的输出，是时间的函数；Kc是PID回路的比例增益；e是PID回路的偏差(设定值(ST)与过程变量(PT)之差)；Minitial是PID回路的静态输出值。
为了能让CPU处理这个算式，连续算式必须离散化为周期采样偏差算式，才能用来计算输出值，cpu处理的算式如下：
Figure BDA0002856811400000052
积分项是从第一个采样周期到当前采样周期所有的误差项的函数，积分项是当前采样和前一次采样的函数，比例项仅是当前采样的函数。
比例调节作用：比例项按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减小偏差。比例作用大，可以加快调节，减小偏差。
积分调节作用：积分项消除系统的稳态误差，提高误差度，只要有偏差，积分就进行，直到无偏差时，积分运算才停止，积分调节项输出一定常数值，积分作用的强弱，取决于积分时间常数Ti,Ti越小，积分作用越强。积分控制可提高系统的无差度，但积分项输出响应缓慢，是的系统调节时间增强。
微分调节作用：微分项反映系统过程变量的变化率((PVn-1-PVn)/Ts),具有预见性，能预见变化的趋势，因此，能产生超前的调节作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节租用消除。因此，可以改善系统的动态性能。在微分时间参数Td选择合适的情况下，可以减小超前，减小调节的时间，微分调节对干扰有放大效果，过强的微分调节，对系统干扰不利。此外，微分项反映的是过程变量的变化率，而当过程变量没有变化时，微分调节输出为零，微分调节不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合，组成PD调节或者PID调节器。
本专利所述的达林顿管的本身易发热的特性，在本身设备或者产品既需要达林顿管当开关，又有需要加热控温时，可以实现减少物料成本，渐少能耗。

Claims (8)

1.一种加热设备，其特征在于，包括：达林顿管和被加热组件。
2.依据权利要求1所述的加热设备，其特征在于，所述达林顿管为TO-220封装型且固定在被加热组件上。
3.依据权利要求1所述的加热设备，其特征在于，所述达林顿管和被加热组件之间有导热硅脂。
4.依据权利要求1所述的加热设备，其特征在于，还包括温度传感器，所述温度传感器固定在被加热组件的表面或内部。
5.一种加热设备控温方法，其特征在于，包括如下步骤：
当TIME3_CH3低电平，达林顿管导通，产生热量；
当TIME3_CH3高电平，达林顿管关闭。
6.依据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述TIME3_CH3低电平为0V。
7.依据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述TIME3_CH3高电平为3.3V或者5V。
8.依据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述达林顿管为TO-220封装型。
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