分段式精度控制電加熱器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種分段式精度控制電加熱器，數(shù)根加熱絲依次繞在管道上，每根加熱絲串連一個(gè)開(kāi)關(guān)后并聯(lián)接電源，每根加熱絲后面管壁同一截面內(nèi)均勻布置數(shù)個(gè)熱電偶，PID控制器采集每個(gè)截面上熱電偶溫度，并計(jì)算平均值作為對(duì)應(yīng)加熱絲采集溫度，PID控制器比較相鄰加熱絲后面管壁溫度，輸出控制信號(hào)控制每路開(kāi)關(guān)開(kāi)斷?？筛鶕?jù)需要，更換不同功率的加熱絲和電源，并改變加熱絲實(shí)際布置數(shù)量，以滿足試驗(yàn)對(duì)較大范圍內(nèi)的熱量需求；還可以在同一加熱器上布置不同功率的加熱絲，進(jìn)一步提高加熱器的加熱精度。
【專利說(shuō)明】
分段式精度控制電加熱器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種電加熱器，特別涉及一種分段式精度控制電加熱器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，新型制冷劑的替代、強(qiáng)化換熱管的研制逐漸引起大家的重視，為獲得穩(wěn)定環(huán)境工況，電加熱以其能夠提供穩(wěn)定熱源逐步投入使用。但普通電加熱器僅僅是在管外纏繞加熱絲，通過(guò)調(diào)節(jié)輸入電壓值改變加熱功率，這種方法無(wú)法滿足對(duì)工質(zhì)出口狀態(tài)的精度控制，并不適用于兩相態(tài)換熱實(shí)驗(yàn)研究對(duì)特定干度范圍工況設(shè)定，且考慮到輻射、對(duì)流、導(dǎo)熱等諸多因素，其熱損也比較嚴(yán)重，很難達(dá)到合格的熱平衡效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是針對(duì)電加熱控制精度無(wú)法滿足熱平衡的問(wèn)題，提出了一種分段式精度控制電加熱器，在常用電加熱器的基礎(chǔ)上，對(duì)加熱絲的使用數(shù)量、加熱絲的連接方式、加熱器的控制程序、具體測(cè)量參數(shù)等進(jìn)行了修改，可實(shí)現(xiàn)對(duì)工質(zhì)加熱量的精度控制。通過(guò)改變加熱絲使用數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)加熱器實(shí)際加熱長(zhǎng)度，進(jìn)而改變加熱量;對(duì)加熱器配置不同功率加熱絲，可實(shí)現(xiàn)對(duì)工質(zhì)在管道出口狀態(tài)的精度控制;各加熱絲并聯(lián)連接，通過(guò)開(kāi)關(guān)S的閉合來(lái)確定其是否投入使用;開(kāi)關(guān)S的閉合由PID設(shè)定程序進(jìn)行控制，其控制程序以管壁溫度突變?yōu)轫憫?yīng)信號(hào)，具有相應(yīng)時(shí)間短、調(diào)節(jié)精度高的優(yōu)點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種分段式精度控制電加熱器，數(shù)根加熱絲依次繞在管道上，每根加熱絲串連一個(gè)開(kāi)關(guān)后并聯(lián)接電源，每根加熱絲后面管壁同一截面內(nèi)均勻布置數(shù)個(gè)熱電偶，PID控制器采集每個(gè)截面上熱電偶溫度，并計(jì)算平均值作為對(duì)應(yīng)加熱絲采集溫度，PID控制器比較相鄰加熱絲后面管壁溫度，輸出控制信號(hào)控制每路開(kāi)關(guān)開(kāi)斷。
[0005]所述加熱絲與管道外壁之間加有導(dǎo)熱硅脂，使管道壁面均勻受熱。
[0006]所述數(shù)根加熱絲的功率不同。
[0007]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明分段式精度控制電加熱器，可根據(jù)需要，更換不同功率的加熱絲和電源，并改變加熱絲實(shí)際布置數(shù)量，以滿足試驗(yàn)對(duì)較大范圍內(nèi)的熱量需求；還可以在同一加熱器上布置不同功率的加熱絲(在小功率加熱絲電路上串聯(lián)電阻)，進(jìn)一步提高加熱器的加熱精度。
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本發(fā)明分段式加熱器原理結(jié)構(gòu)圖；
[0009]圖2為本發(fā)明電加熱管道截面圖；
[0010]圖3為本發(fā)明PID控制系統(tǒng)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]根據(jù)實(shí)驗(yàn)預(yù)定加熱量和單個(gè)加熱絲功率，確定提供電源功率以及所需加熱絲段數(shù)。本文以整個(gè)加熱段有5根加熱絲為例進(jìn)行說(shuō)明，5根加熱絲依次繞在管道上，分別編號(hào)1#、2#、3#、4#、5#，5段加熱絲在整個(gè)電路圖中并聯(lián)，分別由開(kāi)關(guān)31、32、33、34、35控制，如圖1加熱器系統(tǒng)原理圖所示。在每根加熱絲后面1cm處依次布置溫度測(cè)點(diǎn)，圖1中1、2、3、4、5五點(diǎn)所代表截面為熱電偶布置截面，在同一截面內(nèi)上下左右四個(gè)位置分別布置一個(gè)熱電偶，用于分別測(cè)量經(jīng)電加熱絲1#、2#、3#、4#、5#加熱后的管道壁面溫度，而PID控制提取溫度參數(shù)為四個(gè)溫度值的平均值，以i(l<i<5)點(diǎn)為例即并在加熱絲與管道外壁之間加有導(dǎo)熱硅脂，可使管道壁面均勻受熱，如圖2所示i點(diǎn)電加熱管道截面圖。因本文所述加熱器以安裝5根電加熱絲為例，故在整個(gè)加熱段共需布置20個(gè)熱電偶，而PID采集溫度為對(duì)應(yīng)點(diǎn)熱電偶采集數(shù)據(jù)的平均值。
[0012]分段式精度加熱器不同于以往通過(guò)調(diào)節(jié)接入電熱絲兩端的電壓值來(lái)改變加熱功率，而是根據(jù)所需加熱量，控制單個(gè)電熱絲的使用與否來(lái)改變整個(gè)加熱器的實(shí)際加熱長(zhǎng)度，對(duì)加熱量進(jìn)行調(diào)節(jié)，其精確度與加熱絲的加熱功率有關(guān)，加熱功率越小，精度越高，故在電加器中可布置不同功率的加熱絲，根據(jù)實(shí)際狀態(tài)點(diǎn)與飽和點(diǎn)之間的焓差對(duì)加熱絲進(jìn)行選擇性使用。此外，在加熱絲外部套有保溫層，用于防止熱量外泄，降低熱量的不可逆損失。
[0013]PID調(diào)節(jié)根據(jù)換熱“干涸”現(xiàn)象出現(xiàn)后，導(dǎo)熱系數(shù)下降，壁溫急劇上升的原理，采用壁溫為測(cè)量參數(shù)，對(duì)開(kāi)關(guān)S的啟閉進(jìn)行自動(dòng)控制，該方法響應(yīng)時(shí)間短，大大增加了加熱量的精度，具體流程圖見(jiàn)圖3。當(dāng)輸入的溫度差值小于10°C時(shí)，說(shuō)明壁溫變化較小，管內(nèi)工質(zhì)仍為兩相態(tài)，開(kāi)關(guān)Sig動(dòng)閉合，接通加熱絲對(duì)工質(zhì)繼續(xù)進(jìn)行加熱；當(dāng)輸入的溫度差值大于10°C時(shí)，“干涸”現(xiàn)象出現(xiàn)，管內(nèi)工質(zhì)達(dá)到過(guò)熱態(tài)，無(wú)需再繼續(xù)進(jìn)行加熱，開(kāi)關(guān)S1斷開(kāi)，且Si+i至Sn的所有開(kāi)關(guān)全部保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)，這里η = 5，停止對(duì)工質(zhì)進(jìn)行加熱。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種分段式精度控制電加熱器，其特征在于，數(shù)根加熱絲依次繞在管道上，每根加熱絲串連一個(gè)開(kāi)關(guān)后并聯(lián)接電源，每根加熱絲后面管壁同一截面內(nèi)均勻布置數(shù)個(gè)熱電偶，PID控制器采集每個(gè)截面上熱電偶溫度，并計(jì)算平均值作為對(duì)應(yīng)加熱絲采集溫度，PID控制器比較相鄰加熱絲后面管壁溫度，輸出控制信號(hào)控制每路開(kāi)關(guān)開(kāi)斷。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述分段式精度控制電加熱器，其特征在于，所述加熱絲與管道外壁之間加有導(dǎo)熱硅脂，使管道壁面均勻受熱。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述分段式精度控制電加熱器，其特征在于，所述數(shù)根加熱絲的功率不同。
【文檔編號(hào)】H05B1/02GK105960036SQ201610312779
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】李慶普, 陶樂(lè)仁, 耿亮, 胡永攀, 孫凱旋
【申請(qǐng)人】上海理工大學(xué)