煤质分析高温炉升温速度的控制方法

《煤质分析高温炉升温速度的控制方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、浅析煤质分析高温炉升温速度的控制方法高温炉是一种煤质化验室常用的仪器设备，与之配套的是温度控制仪。如升温速度控制达不到国标的要求，就会使煤质分析结果出现不同程度的偏差，如胶质层测定仪的升温速度过快，常会使测得的胶质层最大厚度，，值偏高，反之，就会使y值偏低，从而影响其测值的准确使用。因而提高高温炉控温仪的质量则是保证煤质分析结果准确可靠的坚实基础。1高温炉的特点1．1热惯性与机械运动中的运动物体惯性相类似，高温炉也有其热惯性。当加热电流出现时，炉体就立即升温，加热电流断开时，炉体就降温，这种现象被称之为炉体热惯性小；相反当加热电流出现，炉体升温不明显

2、，加热电流断开，炉体降温也不明显，则为热惯性大；热惯性的直接反映形式是系统的温度响应在时间上滞后于输入电流。这种时间滞后性的形成有2个原因：其一是高温炉系统本身具有的时间常数，其二是系统内存在着纯滞后环节。根据对实验室的许多类型高温炉的测试，这种滞后时间，少则几秒，多则4—5min。影响热惯性的因素较多，大致受以下几种因素影响：①炉体的大小；②保温材料的吸热能力及保温能力；③加热元件的功率大小；④高温炉的冷态起动和热态起动；⑤热电偶有无保护套。1．2非线性高温炉升至高温时，由于加热元件的电阻率发生变化，同时，由于这时高温炉对室温的温差变大，使其散热能

3、力增强。因而，高温炉的加热电流与升温速度的关系是非线性的，这种非线性可以从升温过程中观察到；在保持同一升温速度时，高温时的电流大于低温时的电流。2现有控速方法2．1直接比较法用设定的速度与实测的速度之差来决定加热电流，两者之差为正值的则为加大电流，反之则为减少电流。这种方法对高温炉的非线性有很好地补偿作用，但这仅对热惯性较小的炉体有效果，而对热惯性较大的炉体则会对温升速度产生振荡，至于对热惯性很大(具有大滞后时间)的炉体则将完全失控。所以此法仅在小范围内实现精度要求不高的控温速度。2．2PID调节法在控温系统中，用PID调节方法可以达到很满意的恒温效

4、果，因而设计者尝试直接将此方法用于控速上，但效果难以满意。根本原因是由于PID的输出控制量是实测温度死与设定温度乃的差值的函数，即电流为系统温升位置的函数，即，=G(r)。而控速则要求电流为温升位置对时间的一阶导数的函数即，=G(T)。因而直接使用PID的调节法并不适合于控制温升速度。2．3其它方法用经验法对某一高温炉进行控制，其效果可能很好；但它对另一种高温炉的控制则可能会完全失效。总的来说，由于经验法缺乏一定的规律性，故它仅能适用于参数不变的某些类型的高温炉，故其应用范围不广。在实际运用中，炉体的参数总是在不断地变化，如炉子的老化，敏感元件的迟钝

5、，保温材料的失效等，且各生产厂家生产的高温炉其热惯性是极不相同的，即使是同一厂家生产的同一批高温炉其热惯性也不完全相同。如灰熔点炉，由于其硅碳管的生产工艺很难完全掌握，且硅碳管的电阻值各不相同，因而组装成的炉体热惯性也各不相同。通过以上分析，可知这些方法都难以提高高温炉(特别是热惯性大的高温炉)的控速精度。提出的“加速度超前控制法”设计原理是根据马佛炉的热惯性及非线性2个特点，找到一种既能克服热惯性的滞后性对控速造成的困难，又能补偿非线性的误差使升温速度保持不变。3加速度超前控制法3．1原理根据物理学中运动物体即时速度公式为：Vt=K+at；而加速度

6、口=dv／dt；同样，在温度一时间域中，温升速度对时间的变化率盥就是这一时刻的温升加速度，求得某一时刻的加速度后，即可假设以后的速度就按此刻的加速度做匀加速上升，按上面的公式就可以计算出时间△￡间隔后所达到的即时温升速度E，再运用比较法与设定速度E进行比较，其偏差EK用微机处理后输出相应的调节电流，从而达到超前控速的目的。3．2原理的实现目前大部分控温仪器都采用DDC(DirectDigit·alContr01)控制系统，在此系统中用微机来处理数据就使本原理的应用变得很方便了。在DDC系统中，需将连续系统的方程及公式离散化，用差分方程代替微分方程。设

7、‘01为高温炉连续信号频谱的最大频率分量，根据香农(Shannon)定理，只要控温系统的采样频率t08满足∞s>2tOl则采样的置信度是可靠的。在实际系统中温度的变化是缓慢的，DDC控制系统的采样速率却是很快的，即‘I，s>2tOl。但由于控温系统的电流输出是靠采样值，经计算偏差来进行，采样频率太高计算机将失去调节作用，所以采样周期T的设定值不能太小，系统温度的采样周期一般取10s左右。由于控温系统的实际采样值是温度值丁，而不是温升速度V，速度的采样值要根据计算而来，即时温升速度的离散化增值公式为：V(k)=T(k)一T(k一1)／T'(1)式中V(

8、K)——第k次的即时温升速度；T(K)——第k次的温度采样值；T(k一1)——第k—1次温度采样值；T'——