JPH01217190A - 加熱炉の温度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば熱分析装置などの加熱炉の温度をプロ
グラムに従がって昇温させる方法に関するものである。

（従来の技術） 第２図に熱分析装置の加熱炉ｌとその温度をプログラム
に従がって加熱させる温度制御装置４を示す。

加熱炉１にはカンタルや白金合金などのヒータ線２が巻
き付けられている。加熱炉１の温度が熱電対なとの測温
素子３で検出され、その検出温度をもとにして温度制御
装置４によって加熱炉１の温度がプログラムに従がうよ
うにヒータ線２への通電が制御される。

熱分析に用いられる加熱炉１は、通常第３図（Ａ）に示
されるように１例えばセラミック製の円筒状炉芯管１ａ
にヒータ線２が巻き付けられた構造となっている。また
、同図（Ｂ）に示されるように、試料近傍の温度分布を
よくするために試料５は加熱炉ｌの中央に置かれる。

加熱炉は熱容量が大きいため、加熱開始時に室温状態に
ある加熱炉に電圧を印加してもなかなか試料温度が上昇
しない。

もし、加熱開始時からプログラム温度と試料温度の温度
差ΔＴを用いたＰＩＤ制御を行なうとすれば、第４図に
示されるように、加熱炉の熱容量のよる熱応答の遅れｔ
ｄがあるためにΔＴが大きくなり、最初加熱炉を加熱し
すぎて直線的に、すなわちプログラム通りに、温度制御
を行なうことができない。第４図で破線ａはプログラム
温度、実線すは試料温度である０時間Ｏは加熱開始時点
である。

そこで、加熱炉をプログラム通りに加熱する１つの方法
として、第５図に示されるように加熱開始時点からヒー
タに徐々に電圧を加えていき、昇温速度が目的の値に近
づいた時点ｔｃからＰＩＤ制御による温度制御を開始す
る。

他の温度制御方法は、第６図に示されるように加熱開始
時にその時の試料温度から一定の高い位置へプログラム
を進め、そこから設定さ九た昇温゛速度でプログラムを
進め、試料温度がホールド温度Ｔｈに到達すればプログ
ラムをそのホールド温度Ｔｈへ戻す方法である。

（発明が解決しようとする課題） 第５図に示される方法では、加熱を開始してから実際に
ＰＩＤ制御を行なうまでにある程度の時間、通常の熱分
析加熱炉では数分程度、が必要になり、試料温度が直ち
に目的の昇温速度に達しない。

また、室温に近い温度でホールドする場合はＰＩＤ制御
に入るまえにホールド温度に達することが起こってしま
う、 第６図の方法では試料温度すとプログラム温度ａの間に
強制的に差をつけ、その差で昇温に必要な電力を得るた
め、制御の感度を高めることができない、もし制御の感
度を高めると、第７図に示されるように、プログラム温
度ａに対して試料温度すが実線で示されるように変化し
、設定通りの温度制御が行なわれなくなるからである６
本発明は加熱炉を加熱開始時から比較的単時間で正確な
温度調節状態へ入ることのできる方法を提供することを
目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 第１図により本発明を説明する。

本発明では、Ｂｍ開始時は加熱炉のヒータへ一定電圧で
一定時間通電して予熱しくステップＳｌ。

Ｓ２）、その後にプログラム温度と試料温度を入力して
その温度差によるＰＩＤ制御に移行する（ステップＳ３
〜Ｓ６）。

ここで、「一定電圧」の用語は、ヒータに直流電圧が連
続して印加される場合の電圧だけでなく、交流電圧が点
弧角制御されて印加される場合の実効的な電圧、又は直
流電圧がオン・オフ制御されて印加される場合の実効的
な電圧も含んだ意味である。

予熱のための一定電圧の電圧値は、プログラムの昇温速
度に応じて実験的に求める。

（作用） 第８図により本発明の詳細な説明する。

破ｖＡａはプログラム温度、実線すは試料温度である。

加熱炉の加熱開始時は予熱を行なうためにプログラムの
加熱速度に応じて計算された一定電圧を印加する。予熱
を一定時間通電行なった後。

試料温度を測定し、プログラム温度との差入Ｔを用いて
ＰＩＤ制御による温度制御に移行する。

（実施例） 加熱炉のヒータ線には、第９図に示されるように、商用
交流電源を例えばトライアック制御による点弧角制御を
行なって電圧を印加する。

加熱開始時の予熱時間ｔｏでは１点弧角θ０を設定され
たプログラム加熱速度に応じて計算する。

この計算式はそれぞれの加熱炉に応じて異なり、実験的
に求める。

一例として θｏ＝０．５＋０．００３α である。ここで、θ０は予熱時間の点弧角（ラジアン）
、αは昇温速度（’Ｃ／分）である。

予熱時間ｔｏの一例は約３０秒である。

予熱時間ｔｏが経過すると、試料温度が上昇するので、
ＰＩＤ制御による温度制御に移行する。

ＰＩＤ制御開始時点ｔｏではプログラム温度と試料温度
との温度差ΔＴは０であり、ΔＴを用いたＰＩＤの計算
値は０となるが、ここからの制御値は最初の点弧角θ０
に加えていく形 θ＝００＋β として、温度制御を滑らかに連続させていく。θはＰＩ
Ｄ制御の点弧角、θ０は初期値としての予熱で用いられ
た点弧角、βはプログラム温度と試料温度との温度差Δ
Ｔを用いた計算値である。

実施例ではヒータ制御を点弧角制御により行なっている
が、連続して印加する直流電圧を制御する方法や、ヒー
タへの通電をオン・オフ制御する方法にも適用すること
ができる。

本発明により制御される加熱炉は、熱分析装置に限らず
、一般にプログラムに従がって昇温させる加熱炉であれ
ば適用することができる。

（発明の効果） 本発明の方法では、加熱開始時に一定電圧で予熱し、そ
の後にＰＩＤ制御に移行するようにしたので、温度調節
開始時の温度制御の最適化を図ることができる。

熱分析装置においては熱分析信号は加熱炉の温度の動き
に敏感に応答する。そのため、立上りが速く安定してい
るほど信号のゆらいでいる時間が短かくてすみ、したが
って、ベースラインが早く安定し、早い時点から信号を
分析に用いることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を示すフローチャート図、第２図は本発
明が適用される加熱炉と温度制御装置を示す概略図、第
３図（Ａ）は加熱炉の一例を示す斜視図、同図（Ｂ）は
その縦断面図、第４図は加熱開始時からＰＩＤ制御を行
なった場合のプログラム温度と試料温度を示す図、第５
図及び第６図はそれぞれ従来の温度制御方法を示す図、
第７図は第６図の方法で温度制御感度を高めた場合を示
す図、第８図は本発明の動作時のプログラム温度と試料
温度を示す図、第９図は一実施例における点弧角制御を
示す図である。 ｌ・・・・・・加熱炉、 ２・・・・・・ヒータ線、 ３・・・・・・熱電対、 ４・・・・・・温度制御装置、 ５・・・・・・試料。 特許出願人　株式会社島津製作所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）加熱炉をプログラムに従がって昇温させる方法に
   おいて、昇温開始時は加熱炉のヒータへ一定電圧で一定
   時間通電して予熱し、その後にＰＩＤ制御に移行するこ
   とを特徴とする加熱炉の温度制御方法。