基于单片机的电加热炉温度控制系统设计
摘要:以8051单片机为核心，采用温度变送器桥路和固态继电器控温电路，实现对电炉温度的自动控制。该控制
系统具有硬件成本低、控温精度较高、可靠性好、抗千扰能力强等特点。
关键词:电加热炉控温固态继电器飞升曲线
0弓}言
传统的以普通双向晶闸管(SCR)控制的高温电加热
炉采用移相触发电路改变晶闸管导通角的大小来调节输出
功率，达到自动控制电加热炉温度的目的。实践表明这种
控制方式产生相当大的中频干扰，并通过电网传输，给电
力系统造成“公害”。采用固态继电器控温电路，通过单片
机控制固态继电器，其波形为完整的正弦波，是一种稳定、
可靠、较先进的控制方法。为了降低成本和保证较高的控
温精度，采用普通的ADC0809芯片和具有零点迁移、冷端
补偿功能的温度变送器桥路，使实际测温范围缩小。
1电加热炉温度控制系统的硬件设计
电加热炉温度控制系统的硬件由图1所示各部件组成，
它以8051单片机为核心，外扩键盘输入和LED显示温度。
电加热炉炉内的实际温度由热电偶测量并转换成毫伏级的
电压信号，通过温度变送器桥路实现零点迁移和冷端补偿，
经运算放大器ICL7650放大到0-5V，再经过有源低通滤
波器滤波后，由AID转换成数字量。此数字量经数字滤波、
标度转换后，一方面通过LED将炉温显示出来;另一方面，
将该温度值与被控温度值进行比较，根据其偏差值的大小，
采用PID控制，通过PWM脉冲调宽功率放大器控制SSR
固态继电器来控制电加热炉炉丝的导通时间，就可以控制
电炉丝的加热功率大小，从而控制电炉的温度及升温速度，
使其逐渐趋于给定值且达到平衡。
1.1热电偶的选取
热电偶是温度测量传感器，对它的选择将直接影响检
测误差的大小。目前多选K型或S型(镍铬一镍硅)热电偶。
两者相比，K型有较好的温度一热电势的线性度，但它不
适宜于长时间在高温区适用:S型有高的精度，但温度一热
电势的线性度较差。
1.2 A/D转换器
图1中A/D转换芯片采用ADC0809，其转换精度是
1/256。若电加热炉工作温度是256`C，则在(0256) 0C
范围A/D的转换精度为2560C/256=1 0C/bit，即一个数字量
表示1'C，这显然不能满足控制精度为士0.5℃要求。为了提
高控制精度，可以选用更高位的A/D转换器，如10位、12
位、16位A/D转换器，其控值精度均能满足要求。然而根
据实际需要温度控制情况，也可以通过具有零点迁移和冷
端补偿功能的温度变送桥路，缩小测温的范围，如炉温升
到90℃后要求温度维持90℃基本不变，那就可以将测温范
围缩小为(0128) 0C. (128256) 0C，从而使理论设计
控温精度达到士0.5'C o
1.3低漂移毫伏放大器
低漂移毫伏放大器如图2所示。
A。采用性能优良的斩波稳零运算放大器ICL7650，斩
波电容C，和C:选用绝缘电阻高的聚脂薄膜电容器，由调
零放大器在斩波振荡器和时钟电路控制下轮流为本身的主
放大器调零。D。和Dz选用低漏流型的硅开关二极管，起保
护ICL7650的作用。A,输出信号经二阶有源低通滤波器滤
波，使信噪比S/N提高，此有源滤低通滤波器的截止频率
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