华体会体育网是赞助曼联

欢迎访问-华体会体育网是赞助曼联
当前位置:首页 > 新闻中心 > 公司新闻

正弦波温度控制技术在温度调制式差示扫描量热法MTDSC中的应用

  摘要:在调制温度式差式扫描量热仪(MTDSC)中,关键技术之一是正弦波加热温度的实现,此技术是制约目前国内无法生产MTDSC量热仪的重要障碍,这还在于现有的PID温控技术根本没办法实现不同幅值和频率正弦波这样复杂的设定值输入。本文将针对此难题提出了相应的解决方案,即采用具有外置设定点功能的特制PID控制器来实现正弦波温度控制。

  调制温度式差式扫描量热法(MTDSC)是由差式扫描量热法(DSC)演变而来的一种热分析方法,该方法是对温度程序施加正弦波扰动,形成热流量和温度信号的非线性调制,从而可将总热流信号分解成可逆和不可逆热流成分。即在传统DSC线性变温基础上叠加一个正弦振荡温度程序,如图1所示,由此可随热容变化同时测量热流量,然后利用傅立叶变换可将热流量即时分解成可逆的热容成分(如玻璃化转变、熔化)和不可逆的动力学成分(如固化、挥发、分解)。

  与DSC(差式扫描量热仪)相比,MTDSC(温度调制式差式扫描量热仪)主要会涉及到两项完全不同的技术,一是正弦波温升变化的实现,二是测量信号的傅里叶变换分析。这两项技术作为MTDSC的核心技术,也是制约目前国内无法生产MTDSC量热仪的重要障碍。特别是在正弦波温度变化控制方面,现有的PID温度控制技术根本没办法实现正弦波这样复杂的设定值输入。为此,本文将针对正弦波温度的实现提出对应的解决方案。

  在温度自动控制方面一般常会使用PID调节器,PID温度调节器的基础原理是根据设定值与被控对象测量值之间的温度偏差,将偏差按比例、积分和微分通过计算后形成控制输出量,对被控对象的温度来控制。这里的设定值是一种泛指,实际上包括了不随时间变化的固定设定值和随时间变化的设定曲线。对MTDSC量热仪而言,设定曲线则是正弦波和一条斜线的叠加而成的曲线,其中的斜线是需设定的平均升温速率,而正弦波则是需设定幅值和频率的正弦温度波。

  由此可见,解决MTDSC温度正弦波控制的关键是PID温度控制器的设定值可根据所需的正弦波和线性曲线叠加后函数进行设置。为此,本文提出的解决方案详细的细节内容如下:

  (1)采用具有外置设定点功能的PID控制器,即PID控制器所接收到的外部任意波形信号都可当作设定值。

  (2)配套一个函数信号发生器,给PID控制器传输所需的正弦波和线性叠加信号。

  图2 调制式差示扫描量热仪MTDSC正弦波温度控制装置及其接线)具有外置设定点功能的PID控制器

  所用的具有外置设定值功能的PID控制器具有两个输入通道,主输入通道作为测量被控对象的温度传感器输入,辅助输入通道用来作为外置设定点输入。与主输入通道所能接收的信号一样,辅助输入通道的外置设定点同样可接收47种类型的输入信号,这中间还包括10种热电偶温度传感器、9种电阻型温度传感器、3种纯电阻、10种热敏电阻、3种模拟电流和12种模拟电压,即任何信号源只要能转换为上述47种类型型号,都可以直接接入辅助输入通道作为外置设定点源。必须要格外注意的是,远程设定点功能只能在单点设定控制模式下有效,在程序控制模式下无此功能。

  (2)外部开关切换激活:如图2所示可连接一个外部开关进行切换来选择外置设定的功能。同时,还需在PID控制器中,设置辅助输入通道2的功能为 “禁止”,相应数字为0。然后设置外部开关量输入功能DI1为“遥控设定”,相应数字为2。通过这种外部开关量输入功能的设置,就能够使用图2中所示的开关实现外置设定点和本地设定点之间的切换,开关闭合时为外置设定点功能,开关断开时为本地设定点功能。

  综上所述,本文提出的解决方案,可以完全解决温度调制式差式扫描量热仪(MTDSC)的正弦波温度的控制问题,温控器模块化结构可很容易与MTDSC热分析仪进行集成,无需再研发和配置复杂的控制电路和软件。随机配备的计算机软件可方便的进行控制运行和调试,便于热分析研发工作的开展。