熱處理爐零保溫控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種熱處理控制系統，尤其涉及一種熱處理"零保溫"的高精度控 制系統。
【背景技術】
[0002] 在機械加工領域，熱處理是常規和必要的工序，一般都需要保證工件的加熱均勻 性，而目前所采用的工業爐加熱中，工藝員往往根據經驗編寫熱處理的加熱工藝，包括加熱 器快速升溫過程、接近工藝目標溫度后的加熱器輸出功率下降逐漸升溫到工藝目標溫度的 緩慢升溫過程、達到工藝目標溫度后加熱器采用熱平衡功率的保溫過程。但在實際加熱過 程中，工件內部溫度是否達到工藝要求的目標溫度，不能通過準確手段檢測，因此為了保證 工藝要求，其加熱的保溫時間的選擇都較為保守，一般都偏長，造成能源浪費，甚至出現"過 燒"或者"燒不透"，造成工件報廢，帶來不必要的經濟損失。
[0003] 近幾十年，對于工件加熱工藝，出現了既節能又省時的"零保溫"理論，但其由于工 藝檢測手段不能滿足實際要求，在實際中還是存在許多缺點，基本上還處于理論階段，在實 際應用中較少。
[0004] 中國專利申請號881059188，名稱"工件熱處理'零保溫'點微機測控裝置"，由于其 按照"零保溫"理論和由熱傳導理論推導的數學模型進行控制，控制參數容易受到外部條件 變化的影響，因此必然與實際的工件控制溫度存在誤差，造成工件受熱不均而"燒不透"或 "過燒"等，特別是對熱處理要求高的工藝，其不能滿足要求。
[0005] 中國專利申請號951060007,名稱"電加熱工藝參數控制儀"，其在設置控制參數 "均溫過程的工程技術判斷依據KQ"時也是根據經驗值先期設定，如其說明書記載"保證均 溫溫差ATzTiKHTC"，所以其控制溫差精度較低，而且爐膛溫度1\達到目標值，物件心 部溫度T 3雖然與之相差<10°C，但物件心部溫度仍在緩慢上升，說明物料還處于吸熱過程 中，以此不能判斷物料零保溫的溫度條件。而且在實際加熱過程中，對工件表面和內部溫度 的檢測是十分困難甚至是無法實施的，對于工藝要求高的工藝，也不能滿足其要求。
[0006] 同時上述兩種技術都是利用爐溫判定、工件內部溫度判定及功率判定采用不斷趨 近的方式，對是否達到零保溫的功率條件進行推導得出，因此往往在實際加熱控制中存在 溫度偏差、功率偏差，不能達到高精度熱處理的要求，這也是現有利用"零保溫"理論的溫度 檢測控制系統沒有得到有效推廣的原因。其主要是熱處理控制系統控制溫度精度不高、控 制參數適應性不寬、檢測電參數不全、檢測電參數精度不高，存在穩定性差，錯判誤判等原 因。 【實用新型內容】
[0007] 本實用新型所要解決的技術問題是提供一種可準確地、實時地確定被加熱工件達 到零保溫條件的高精度熱處理控制系統。
[0008] 本實用新型提供的熱處理爐零保溫控制系統，包括溫度檢測模塊、功率控制單元、 加熱器功率檢測模塊;在加熱爐中安裝的加熱器、加熱工件、溫度檢測元件，溫度檢測模塊 通過溫度檢測元件實現對電加熱爐中的溫度進行檢測;所述的溫度檢測元件至少包括靠近 加熱器的前溫度檢測元件和靠近工件的后溫度檢測元件。
[0009] 所述的前溫度檢測元件和后溫度檢測元件設置在熱量流動方向的同一直線上;后 溫度檢測元件是1個或多個，優選數量為2~4個。
[0010] 加熱器、前溫度檢測元件、后溫度檢測元件和工件或加熱爐內腔中心的同一直線 上。
[0011] 在加熱爐中不同的熱量流動方向分別設置多組前溫度檢測元件、后溫度檢測元 件。
[0012] 還設置有巡檢溫度傳感器檢測被加熱工件的表面溫度及其它爐內空間點溫度。
[0013] 采用本實用新型的熱處理爐零保溫控制裝置，能及時檢測到工件的內部溫度，實 測溫度與"零保溫"目標溫度的誤差能夠< l°c，防止燒不透和"過燒"，縮短保溫時間，節約 能源，降低加工成本，提高產品質量。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本實用新型的檢測元件布置示意圖；
[0015] 圖2是各檢測點的溫度和加熱功率曲線示意圖；
[0016] 圖3是本電加熱爐的控制圖；
[0017] 圖中所示:上位機1、下位機2、溫度檢測模塊21、功率控制單元22、三相電壓檢測模 塊23、三相電流檢測模塊24、巡檢溫度模塊25、加熱器功率檢測模塊26,加熱爐3、工件4、功 率執行元件5、加熱器6，前溫度檢測元件71，后溫度檢測元件72，巡檢溫度傳感器73。
【具體實施方式】
[0018] 下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0019] 本實用新型的熱處理爐零保溫控制系統，包括溫度檢測模塊21、功率控制單元22、 加熱器功率檢測模塊26。溫度檢測模塊21通過溫度檢測元件實現對電加熱爐3中的溫度進 行檢測，加熱器功率檢測模塊26對加熱器6的輸出功率進行檢測，功率控制單元22對加熱器 6的輸出功率進行控制。
[0020] 如圖1所示，在加熱爐6中安裝有加熱器3,被加熱工件4放置在加熱爐3中。所述溫 度檢測模塊21通過安裝在加熱爐3中的至少兩個溫度檢測元件實現對電加熱爐3中的溫度 進行檢測。溫度檢測元件至少包括靠近加熱器6的前溫度檢測元件71和靠近工件4的后溫度 檢測元件72。由于導熱方向是從加熱器6到被加熱工件4,因此前溫度檢測元件71所檢測到 的溫度Τη在工件4升溫過程中，將高于后溫度檢測元件72檢測到的溫度T 72,其升溫曲線如 圖2所示。
[0021] 如圖2所示，在經過加熱時間to后，前溫度檢測元件71處的溫度Τη已經達到設定的 熱處理加熱溫度To，而由于工件4的內部溫度還未達到To，因此工件4仍處于吸熱升溫階段， 加熱爐3中的熱量向工件4流動，所以后溫度檢測元件72檢測到的溫度T 72也就還沒有達到 Το〇
[0022] 在經過加熱時間"后，后溫度檢測元件72檢測到的溫度T72接近或達到To,說明加 熱爐3中的溫度基本恒定，熱量不再流動，即工件4不再吸熱，其內部溫度應當達到設定溫度 To。但由于工件4在實際升溫過程中可能存在滯后和受環境影響的誤差，工件4的內部溫度 是否真實達到熱處理的設定溫度To,還需要進一步的核實和檢驗，因此本實用新型還提供 了熱處理爐零保溫控制方法。
[0023] 因為前溫度檢測元件71和后溫度檢測元件72需要檢測熱量流動狀況，因此應當設 置在熱量流動方向的同一直線上，如圖1所示，由前溫度檢測元件71、后溫度檢測元件72構 成的一組檢測元件和加熱器6、工件4中心在同一直線上，在工件4數量較多或中心不容易確 定時，前溫度檢測元件71、后溫度檢測元件72、加熱器6和加熱爐內腔中心在同一直線上。前 溫度檢測元件71和后溫度檢測元件72可以采用如專利號201420618854.1的"一種熱電偶"， 這樣結構更為緊湊和效果更好。
[0024] 還為了提高更準確的檢測結果，一組檢測元件中后溫度檢測元件還可以多個分段 布置，如圖1中左側所示，在前溫度檢測元件71、后溫度檢測元件72之間還增設一個后溫度 檢測元件72a。后溫度檢測元件72優選數量為2~4個。在加熱爐3較大或工件熱處理溫度要 求高時，為了提高檢測和控制精度，在加熱爐3中不同的熱量流動方向分別設置多組前溫度 檢測元件71、后溫度檢測元件72,如圖1所示，在工件的左右兩側分別設置了一組前溫度檢 測元件71、后溫度檢測元件72。
[0025]本實用新型的熱處理爐零保溫控制方法如下：
[0026] A、加熱器全功率加熱快速升溫:工件4放置在加熱爐3中，開啟加熱器6并以輸出功 率Pg輸出熱源;通過前溫度檢測元件71，后溫度檢測元件72分別檢測實時溫度Τη和T 72。所 述Pg為常規的根據工件加熱工藝要求制定的全功率加熱或可控斜率加熱所需加熱器6的輸 出功率。
[0027] B、加熱器輸出功率下降曲線升溫：當經過加溫時間tP，工件4溫度接近To時，加熱器 6按照加熱器6的輸出功率下降曲線Pi輸出熱量加熱工件。
[0028]當經過加溫時間to,前溫度檢測元件71，檢測到的實時溫度Τη達到To;當經過加溫 時間以后溫度檢測元件72分別檢測到的實時溫度T72也達到To,加熱器6的輸出功率逐步接 近和達到穩態功率Po。
[0029] C、控制實時溫度T74PT72在波動溫差ΛΤ范