根據(jù)地磅的生產(chǎn)工藝要求開發(fā)研制了一套高低溫老化試驗(yàn)室采用過程PID程序控制的方法， 實(shí)現(xiàn)了溫度控制的快速反應(yīng)和溫度場(chǎng)的均勻分布，保證了試件表面在老化試驗(yàn)過程中無結(jié)露現(xiàn)象的發(fā)生，同 時(shí)控制儀表還與計(jì)算機(jī)進(jìn)行了數(shù)據(jù)通訊。

　　1.前言

　　隨著計(jì)量法的深入，地磅的應(yīng)用也越來越 廣泛，地磅正逐步替代老式的稱重計(jì)量設(shè)施，在 國內(nèi)市場(chǎng)的占有額也日漸上升。由于地區(qū)的差異，氣 候條件的不同，要求地磅在任何溫度情況下都 具有高精度的計(jì)量性能，因此地磅的荷重傳感 器和微電子元件都必須經(jīng)過高低溫老化試驗(yàn)，進(jìn)行 必要的溫度補(bǔ)償后，才能保證得到精度穩(wěn)定和性能 優(yōu)良的地磅。為了確保產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，必 須建造專門的地磅高低溫老化試驗(yàn)室以便為廠 家的產(chǎn)品提供準(zhǔn)確的溫度補(bǔ)償系數(shù)

　　2.設(shè)計(jì)原理和特點(diǎn)

　　2. 1技術(shù)指標(biāo)

　　溫室有效空間：5000mm ( L) X 2700mm (W)X 2200mm ( H)

　　溫度控制范圍：-15℃~ 50°C

　　溫度均勻度：溫室內(nèi)有效區(qū)域各點(diǎn)溫差≤士 1°C

　　溫度波動(dòng)度：≤±1℃

　　升溫時(shí)間(滿載)：10°C~ > 40℃，≤ 40分鐘

　　降溫時(shí)間(滿載)：40°C~ > 10℃，≤ 40分鐘

　　2. 2功能特點(diǎn)

　　老化試驗(yàn)室圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用硬質(zhì)聚氨酯保溫材 料，從而減少漏熱量和滿足快速變溫的要求;整個(gè)系 統(tǒng)采用溫濕度顯示儀表來顯示老化試驗(yàn)室的溫度和 相對(duì)濕度，并可在-15℃~ 50℃溫度范圍內(nèi)保持任 意溫度設(shè)定點(diǎn);試驗(yàn)室的空氣循環(huán)采用全面孔板 送風(fēng)，機(jī)組下回風(fēng)方式，從而保證溫度均勻，工況穩(wěn) 定;而且能保證在從低溫和高溫的反復(fù)循環(huán)過程中 試件表面不結(jié)露;溫控系統(tǒng)配備定時(shí)器，能實(shí)現(xiàn)立 定時(shí)關(guān)機(jī);并配有雙重超溫報(bào)警裝置，同時(shí)能即時(shí)自 動(dòng)切斷相應(yīng)設(shè)備的電源。

　　2. 3試驗(yàn)室基本原理

　　試驗(yàn)室是由空氣處理系統(tǒng)(制冷、加熱和送風(fēng)系 統(tǒng))冷卻系統(tǒng)以及電氣控制系統(tǒng)三部分組成

　　制冷系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)室的有效區(qū)域起了降溫和除濕 的作用,為了達(dá)到升降溫速率的要求，系統(tǒng)中配備了 三套機(jī)組，其中壓縮冷凝機(jī)組二臺(tái)，低溫機(jī)組一臺(tái)， 對(duì)應(yīng)一只雙通路表冷器和一臺(tái)冷風(fēng)機(jī)，便于當(dāng)試驗(yàn) 室溫度工況變化時(shí)，對(duì)機(jī)組進(jìn)行選擇開啟。同時(shí)為了 減少冷負(fù)荷損失，蒸發(fā)機(jī)組直接安置在試驗(yàn)室內(nèi)。

　　加熱系統(tǒng)是由兩組立且容量相同的電加熱管 組成，通過單回路過程程序控制器的PID控制，達(dá) 到升溫和維持設(shè)定溫度的功能

　　送風(fēng)系統(tǒng)采用全面孔板送風(fēng)的氣流組織，氣 流通過靜壓層里的混合，均勻地送風(fēng)至控制區(qū)域，有 效地保證了高低溫老化試驗(yàn)室溫度場(chǎng)的均勻性。

　　冷卻系統(tǒng)由冷卻水泵和冷卻塔構(gòu)成，為制冷系 統(tǒng)提供冷卻水并通過冷凝壓力調(diào)節(jié)裝置來控制一年 四季的冷卻水流量，以滿足制冷系統(tǒng)全年運(yùn)行的目 的。

　　高低溫老化試驗(yàn)室系統(tǒng)裝置原理如圖1所示。

　　3.測(cè)控系統(tǒng)

　　在地磅進(jìn)行高低溫老化試驗(yàn)時(shí)，由于地磅老化試驗(yàn)的工藝過程要求從高溫到低溫再上升至高 溫，每個(gè)測(cè)試溫度點(diǎn)的恒溫時(shí)間亦有區(qū)別，而且從 高溫到低溫試驗(yàn)時(shí)，溫濕度上升的斜率控制稍有不 當(dāng)，試件表面就會(huì)產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象;此外控制系統(tǒng)還 要保證升溫或降溫速率;當(dāng)試驗(yàn)室內(nèi)控制區(qū)域溫度 達(dá)到設(shè)定值時(shí)，必須對(duì)制冷機(jī)負(fù)荷進(jìn)行選擇和調(diào)節(jié)， 從而節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用;在恒溫保持階段之后，當(dāng)?shù)匕醯谋砻鏈囟扰c中心溫度趨于一致時(shí)，控制系統(tǒng) 能夠停機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)以測(cè)定試件的溫度補(bǔ)償系數(shù)?；?于上述要求，高低溫老化試驗(yàn)室配備具有高速模糊 PID控制的過程調(diào)節(jié)器，PID調(diào)節(jié)器由比例環(huán)節(jié)積 分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)三部分共同構(gòu)成模糊PID算法 具有穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)精度高，調(diào)節(jié)反應(yīng)速度快，能克服系 統(tǒng)的超調(diào)和抑制系統(tǒng)的欠調(diào)，并且過程調(diào)節(jié)器還能 進(jìn)行滿足地磅的工藝曲線要求的程序控制的操 作。圖2是地磅老化試驗(yàn)的一個(gè)典型過程曲線 過程曲線是由平直線和斜線組成，斜率是由目 標(biāo)值和運(yùn)行時(shí)間所定在編程中為了避免試件表面 結(jié)露現(xiàn)象的發(fā)生，不能直接將*次停機(jī)后的目標(biāo) 溫度值設(shè)定在40℃，需要增加一個(gè)緩沖溫度點(diǎn)，根 據(jù)冷空氣特性以及其與地磅表面的換熱機(jī)理， 先將緩沖溫度點(diǎn)設(shè)定為22℃，再由此溫度在規(guī)定時(shí) 間內(nèi)上升至40℃，該過程均通過模糊PID調(diào)節(jié)器控 制電加熱量來實(shí)現(xiàn)的。

　　在此典型溫度控制過程中，過程調(diào)節(jié)器根據(jù)室 內(nèi)溫度傳感器的模擬信號(hào)值通過A/D轉(zhuǎn)換后與設(shè) 定值進(jìn)行比較，然后輸出SSR驅(qū)動(dòng)電壓調(diào)節(jié)信號(hào)， 利用交流調(diào)功方式控制電加熱量;同時(shí)按升降溫速 率要求的設(shè)定溫度點(diǎn)發(fā)出事件輸出信號(hào)，通過吸合 事件繼電器來控制制冷機(jī)和風(fēng)機(jī)的停開。單回路閉 環(huán)控制系統(tǒng)原理圖如圖3所示。

　　實(shí)踐證明，這種控制方式能將試驗(yàn)室溫度波動(dòng) 穩(wěn)定在士 0. 3℃以內(nèi)。

　　由于地磅進(jìn)行高低溫老化試驗(yàn)的zui目的 是為了獲取對(duì)地磅荷重傳感器的溫度補(bǔ)償系數(shù)，因 此計(jì)算機(jī)系統(tǒng)除了對(duì)地磅自身的荷重參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù) 采集外，在停機(jī)試驗(yàn)的同時(shí)還必須采集當(dāng)前的實(shí)際溫度值，圖4給出了過程調(diào)節(jié)器與計(jì)算機(jī)之間的通 訊示意圖通訊時(shí)，計(jì)算機(jī)必須根據(jù)過程調(diào)節(jié)器以 及地磅本身的通訊接口設(shè)定的地址，共同約定數(shù)據(jù) 格式波特率等通訊規(guī)約，發(fā)送通訊文件，調(diào)節(jié)器 在接受地址符合接收字符格式和校驗(yàn)正確后，才能 進(jìn)行正常的通訊

　　4.試驗(yàn)結(jié)果及分析

　　為了考核所建造的地磅高低溫老化試驗(yàn)室的設(shè)計(jì)、制造是否合理，根據(jù)GB10592- 89《高低 溫試驗(yàn)箱技術(shù)條件》中第4款(技術(shù)要求)和第5款 (試驗(yàn)方法)中的內(nèi)容，對(duì)試驗(yàn)室進(jìn)行了溫度均勻性 和波動(dòng)性的計(jì)量標(biāo)定試驗(yàn)，在試驗(yàn)室內(nèi)布置21個(gè)溫 度計(jì)測(cè)點(diǎn)，溫度計(jì)采用二等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)，測(cè)點(diǎn) 在試驗(yàn)室內(nèi)的分布設(shè)置情況如圖5所示。

　　經(jīng)測(cè)試，各個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均溫度值如表1所示。

　　從測(cè)試結(jié)果可以看出，當(dāng)標(biāo)稱測(cè)試溫度為- 15C時(shí)，室內(nèi)溫度均勻性為士 Q 7C，溫度波動(dòng)性小于+ 0. 2°C ;而當(dāng)標(biāo)稱測(cè)試溫度為45C時(shí)，室內(nèi) 溫度均勻性為士 0. 9C，溫度波動(dòng)性小于士 Q 3C

　　5.結(jié)論

　　商用衡器、電子天平、汽車地磅等各類地磅產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入了微電子時(shí)代，對(duì)荷重傳感器的精 度要求也越來越高，作為集機(jī)械、制冷、計(jì)算機(jī)等 機(jī)電一體化的地磅高低溫老化試驗(yàn)室的使用不 僅能提高生產(chǎn)效率，同時(shí)又能獲得的傳感器的 溫度補(bǔ)償系數(shù)實(shí)際應(yīng)用的結(jié)果表明高低溫老化試 驗(yàn)室采用進(jìn)口可編程的單回路PID過程調(diào)節(jié)器，自 動(dòng)調(diào)整試驗(yàn)室溫度，并通過RS485通訊線與計(jì)算機(jī) 進(jìn)行串行通訊，達(dá)到了溫度控制準(zhǔn)確，均勻性好，波 動(dòng)度小，并且保證了試件表面在老化試驗(yàn)過程中做 到不發(fā)生結(jié)露，確保了產(chǎn)品的優(yōu)良質(zhì)量.