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1、机电类自动检测技术及应用自动检测技术及应用（第二章第五节多媒体课件）第五节第五节 工程项目设计实例工程项目设计实例 利用铂热电阻测控烘箱温度利用铂热电阻测控烘箱温度本节介绍本节介绍真空浸漆工艺、烘干箱结真空浸漆工艺、烘干箱结构构，隔爆型温度传感器的选取隔爆型温度传感器的选取，安全栅安全栅、本安型仪表本安型仪表，简单介绍单片机的，简单介绍单片机的PID控控制等。制等。工程项目设计实例工程项目设计实例利用铂热电阻测控电烘箱温度利用铂热电阻测控电烘箱温度一、课题来源、要求一、课题来源、要求某电子公司生产小型电源变压器，重要的工某电子公司生产小型电源变压器，重要的工艺之一为真空浸漆，并利用烘干机烘干处
2、理。艺之一为真空浸漆，并利用烘干机烘干处理。电烘箱的原配测温器件为水银温度计，现希电烘箱的原配测温器件为水银温度计，现希望改为望改为隔爆型温度传感器隔爆型温度传感器，配置安全栅和本安，配置安全栅和本安型仪表，自动测量、控制电烘箱的温度。型仪表，自动测量、控制电烘箱的温度。温度传感器的信号作温度传感器的信号作A/D转换后，送单片机转换后，送单片机作运算处理；作运算处理；单片机根据用户设定的温度上、下限值控制单片机根据用户设定的温度上、下限值控制电烘箱的温度。电烘箱的温度。技术指标技术指标1.电烘箱电源：三相电烘箱电源：三相380V；2.额定功率：额定功率：10kW；3.数字温度表（置于电烘箱控数
3、字温度表（置于电烘箱控制柜上侧）显示温度范围：制柜上侧）显示温度范围：0199.94.准确度：优于准确度：优于15.分辨力：小数点后分辨力：小数点后1位；位；6.温度控制误差：温度控制误差：3。真空浸漆设备真空浸漆设备真空浸漆简介真空浸漆简介运用于各种中、小型变压器、电感、镇流运用于各种中、小型变压器、电感、镇流器、继电接触器、电机、电子线绕元件的绝器、继电接触器、电机、电子线绕元件的绝缘浸漆。能缘浸漆。能提高绝缘漆渗透能力，增加充填提高绝缘漆渗透能力，增加充填率，减少浸漆时间率，减少浸漆时间，提高电器绕组的整体机，提高电器绕组的整体机械强度，绝缘强度及械强度，绝缘强度及防潮、防霉防潮、防霉等
4、性能。等性能。绕组在真空绕组在真空(负压负压)下进行绝缘处理下进行绝缘处理，绝缘，绝缘油能快速、均匀、彻底渗透到线圈的每个细油能快速、均匀、彻底渗透到线圈的每个细微毛孔和空隙中，微毛孔和空隙中，把绕组间的可能的空气尽把绕组间的可能的空气尽量排除量排除，提高耐压和绝缘电阻提高耐压和绝缘电阻，并固定绕组，并固定绕组，减少磁通变化造成的绕组机械振动和吱吱声。减少磁通变化造成的绕组机械振动和吱吱声。工艺流程工艺流程电烘箱控制柜电烘箱控制柜电烘箱的温度控制示意图电烘箱的温度控制示意图 隔爆铂热电阻隔爆铂热电阻温度控制器温度控制器温度控制误差温度控制误差 温度控制误差控制设温度控制误差控制设定为定为3。烘
5、干温度在。烘干温度在100130可控。大于可控。大于改数值易引起绝缘油蒸改数值易引起绝缘油蒸汽爆燃。汽爆燃。例例：图示数显表的绝对：图示数显表的绝对误差为误差为1%，求最大绝，求最大绝对误差为多少对误差为多少？解解：绝对误差：绝对误差m199.912.0，优于技术指标的优于技术指标的3.二、设计方案及步骤二、设计方案及步骤什么是工程设计：什么是工程设计：设计是人类的一种重要创造活动，现代设计设计是人类的一种重要创造活动，现代设计是把各种技术成果转化为生产力的一种手段和是把各种技术成果转化为生产力的一种手段和方法。具体地说，设计是针对预定的目标经过方法。具体地说，设计是针对预定的目标经过一系列的
6、规划、分析和决策，产生相应的文字、一系列的规划、分析和决策，产生相应的文字、数据、图形等信息的过程。如服装设计、建筑数据、图形等信息的过程。如服装设计、建筑设计、机械设计、电气设计等。设计之后的成设计、机械设计、电气设计等。设计之后的成果通过实践或实施转化为某项工程或产品。果通过实践或实施转化为某项工程或产品。工程设计过程工程设计过程工程设计过程是对工程系统提出工程设计过程是对工程系统提出“如何去做如何去做”的研究与设计过程的研究与设计过程, ,也可称为系统综合。它包也可称为系统综合。它包括设计师对硬件、软件和系统接口的设计综合，括设计师对硬件、软件和系统接口的设计综合，以及对试验工程和生产制
7、造工程的设计综合。以及对试验工程和生产制造工程的设计综合。这一过程的目标是保证能够按照工程总要求或这一过程的目标是保证能够按照工程总要求或研制任务书的要求进行，必须综合设计队伍中研制任务书的要求进行，必须综合设计队伍中各门类专业专家的工作成果，使整个系统达到各门类专业专家的工作成果，使整个系统达到设计指标，并在可靠性、稳定性、抗干扰等方设计指标，并在可靠性、稳定性、抗干扰等方面达到国家标准。面达到国家标准。系统工程的综合过程系统工程的综合过程必须依靠具有不同知识结构和工程背景的人员必须依靠具有不同知识结构和工程背景的人员组成团队：组成团队：系统工程设计师系统工程设计师、系统分析工程师、系统分析
8、工程师、专门工程专业工程师专门工程专业工程师、结构集成设计师结构集成设计师、工程工工程工艺设计师艺设计师、 试验工程师试验工程师、生产制造工程师生产制造工程师、计计算机辅助设计工程师算机辅助设计工程师和和技术支持工程师技术支持工程师等组成的等组成的团队，保障合理、均衡的工程设计。团队，保障合理、均衡的工程设计。必须更多地依靠熟悉传统工程设计的工程师，必须更多地依靠熟悉传统工程设计的工程师，如结构、电器、动力等专业的设计师，在工程研如结构、电器、动力等专业的设计师，在工程研制阶段的前期和后期，以及生产阶段，进行技术制阶段的前期和后期，以及生产阶段，进行技术把关。把关。设计顺序设计顺序 设计者拿到
9、工程项目设计者拿到工程项目后，首先必须仔细研究后，首先必须仔细研究系统的技术指标。然后系统的技术指标。然后进行方案选择。进行方案选择。设计是一个设计是一个“设计设计评价评价再设计再设计”的反复的反复迭代、不断优化的过程迭代、不断优化的过程。诸多的问题可能是矛盾诸多的问题可能是矛盾的，的，设计实际也是一个设计实际也是一个折中的过程折中的过程。1 1温度传感器的选择温度传感器的选择水银温度计；水银温度计；（1 1）水银温度计：脆弱，不易产生电信号。）水银温度计：脆弱，不易产生电信号。（2 2）热电偶：在热电偶：在200200以下的热电动势较小以下的热电动势较小，还还需要冷端温度补偿需要冷端温度补偿
10、。（3 3）温度温度ICIC：测温上限低于：测温上限低于150150。（4 4）铂热电阻：有铠装式、装配式、隔爆式）铂热电阻：有铠装式、装配式、隔爆式等。本项目采用等。本项目采用隔爆式铂热电阻隔爆式铂热电阻。在化工厂和其他生产现场，常伴随有各种易燃、在化工厂和其他生产现场，常伴随有各种易燃、易爆等化学气体、蒸气等。在本项目中，绝缘漆易爆等化学气体、蒸气等。在本项目中，绝缘漆蒸气属于可燃性气体，有可能由电火花引发爆炸。蒸气属于可燃性气体，有可能由电火花引发爆炸。隔爆式传感器有较厚的保护外壳及接线盒，再配隔爆式传感器有较厚的保护外壳及接线盒，再配合配合配安全栅安全栅，就有较强的防爆能力。，就有较强
11、的防爆能力。隔爆式热电阻与装配式热电阻的主要区别隔爆式热电阻与装配式热电阻的主要区别隔爆式产品的接线盒（外壳）在设计上采用防隔爆式产品的接线盒（外壳）在设计上采用防爆特殊结构，用高强度铝合金压铸而成，并具有爆特殊结构，用高强度铝合金压铸而成，并具有足够的内部空间、壁厚和机械强度，橡胶密封圈足够的内部空间、壁厚和机械强度，橡胶密封圈的热稳定性等均符合国家防爆标准。当接线盒内的热稳定性等均符合国家防爆标准。当接线盒内部的爆炸性混合气体发生爆炸时，其内压不会破部的爆炸性混合气体发生爆炸时，其内压不会破坏接线盒，由此产生的热能也不能向外扩散（传坏接线盒，由此产生的热能也不能向外扩散（传爆）。爆）。用橡
12、胶环密封的接线盒出口用橡胶环密封的接线盒出口隔爆标志隔爆标志类：煤矿井下用电气设备；类：煤矿井下用电气设备；类：工厂用电气设备。类：工厂用电气设备。隔爆热电阻的防爆等级按其适用于爆炸性气体隔爆热电阻的防爆等级按其适用于爆炸性气体混合物，最大安全间隙分为混合物，最大安全间隙分为A、B、C三级。三级。ExiallCT5（本安型）、（本安型）、DIPDTTll（粉尘型）；（粉尘型）；使用温度使用温度70，使用压力。，使用压力。隔爆热电阻的防爆等级隔爆热电阻的防爆等级按其适用于爆炸性气体混合物按其适用于爆炸性气体混合物最大安全间隙最大安全间隙,分为分为A、B、C三级。隔爆热电阻的三级。隔爆热电阻的温度
13、组别温度组别,按按其外露部分最高表面温度其外露部分最高表面温度,分为分为T1T6六组六组。温度组别允许最高表面温度/T1450T2300T3200T4135T5100T685根据指标根据指标及成本及成本,综合综合考虑考虑,本项目本项目测温传感器测温传感器选择选择:dBT2型型Pt100隔爆隔爆型热电阻。型热电阻。2 2测量桥路设计方案的选择测量桥路设计方案的选择方案一：二线制电桥测量电路的缺点方案一：二线制电桥测量电路的缺点（1 1）引线的电阻将使原来已调好平衡的电桥失去了引线的电阻将使原来已调好平衡的电桥失去了平衡平衡，需重新调零。，需重新调零。（2 2）在测量过程中，）在测量过程中，气温升
14、高时，引线电缆受环境气温升高时，引线电缆受环境温度影响，铜质电缆线的电阻与热电阻一样，阻值也温度影响，铜质电缆线的电阻与热电阻一样，阻值也会升高会升高，叠加在，叠加在R Rt t的变化上，引起测量误差，且无法判的变化上，引起测量误差，且无法判断纠正的大小和方向。断纠正的大小和方向。方案二：四线制恒流测量电路方案二：四线制恒流测量电路由由于于输输出出电电压压是是直直接接从从Rt两两端端引引出出的的，所所以以恒恒流流源源3的的激激励励电电流流Ii在在r1a、r1b上上的的压压降降就就不不被被包包括括到到Uo中中，因此可以克服引线电阻的影响。，因此可以克服引线电阻的影响。四线制测量电四线制测量电路的
15、缺点路的缺点是：是：A/D转换器得转换器得到的电压中，到的电压中，本底本底电压电压Uo0所占比例所占比例较大较大，而，而反映温度反映温度变化的变化的Uo相对较相对较小小，降低了系统的降低了系统的分辨力分辨力。方案三：三线制电桥测量电路方案三：三线制电桥测量电路热热电电阻阻R t用用三三根根导导线线、引引至至测测温温电电桥桥。其其中中两两根根引引线线的的内内阻阻（r1、r4）分分别别串串入入测测量量电电桥桥相相邻邻两两臂臂的的R1、R4上上，引引线线的的长长度度变变化化不不影影响响电电桥桥的的平平衡衡,所所以以可可以避免因连接导线电阻受环境影响而引起的测量误差。以避免因连接导线电阻受环境影响而引
16、起的测量误差。1连接电缆连接电缆2屏蔽层屏蔽层3恒流源恒流源4法兰盘安装孔法兰盘安装孔RP1调零电位器调零电位器结论：结论： 三线制电桥测量电路的稳定性较好，本项目采用方案三线制电桥测量电路的稳定性较好，本项目采用方案三。限流电阻三。限流电阻R7取取25,用于微调桥路电流用于微调桥路电流,使之使之不超过不超过10mA,以免以免热电阻自发热温漂热电阻自发热温漂，且，且防止短路过电流防止短路过电流。3 3电桥调零电路的设计电桥调零电路的设计为为了了尽尽量量减减小小误误差差，提提高高灵灵敏敏度度，桥桥路路电电阻阻选选用用锰锰铜铜线线绕绕精精密密电电阻阻，R2R3R4等等于于R1的的初初始始值值(100)。由由于于元元件件的的误误差差等等原原因因，安安装装完完成成的的电电桥桥仍仍存存在在微微小小的的不不平平衡衡，因因此此必必须须在在电电桥桥中中加加入入一一个个调调零零电电位位器器。本本项项目目采用采用并联调零法并联调零法。R5+R6+RP1应应大大于于桥桥臂臂电电阻阻的的100倍倍以以上上(本本例例为为20k),以以免免影影响响电电桥桥的的线线性性度度和和灵灵敏敏度度。取取R5、R6=10k,
