CN103134337B - 使用自动控温型定点炉生成温坪的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动控温型定点炉及使用其调出温坪的方法,自动控温型定点炉包括计算机、控制箱和加热单元，在控制箱内固定设置着状态指示灯，在控制箱内或控制箱的箱壁上设置着发声器，控制箱信号输出端通过信号输出线对应连接上述状态指示灯和发声器各自电源输入接线端；其方法为：计算机通过预置的程序对温度控制器发出控制指令，以使加热单元工作与否，使固定点瓶达到所需的温度，计算机会在固定点瓶的变温阶段保持状态指示灯常亮，在关键的阶段变温点还使状态指示灯闪烁，且控制箱内设置的发声器会发出蜂鸣或者警铃声，以提醒检测人员需人工参与、辅助诱导温坪的生成。本发明提高操作人员控制精准度和人机配合效率，减少固定点制作失败的机率。

Description

使用自动控温型定点炉生成温坪的方法

技术领域

本发明属于热工计量领域，不仅涉及对定点炉控制的控温器结构的改进，也涉及用其改进结构调出温坪的方法，特别是使用自动控温型定点炉生成温坪的方法。

背景技术

传统固定点炉控制装置的工作方式是当操作人员将温度设定至某温度值后，温度控制器完成某一个设定温度的控制。当炉温需要改变时，再由操作员重新设置目标温度，然后由温度控制器完成当前温度的控制，这样的控温方式控制精度较差，对于金属初期熔化加热时的控温尚可满足要求，但是对于过冷和恒温部分的控温就显得有些难以准确操作。另外，该方式的人工参与成分较多，控温方式主要依赖于操作人员的经验，准确检测的可靠性有所降低，如何时加热，加热多长时间，何时降温，什么时间诱导等的决策工作均需要依靠操作人员的经验完成。由于固定点炉的过冷温度可能在每次制作温坪时都不一样，如果按照一种固定的模式将会导致金属的过冷不足，致使温坪缩短，甚至失败，如果在金属过冷后温度回升时没有及时诱导，也将缩短造温坪，使后续准确检测的可靠性降低，甚至会导致整个温坪的制作失败，前功尽弃。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用自动控温型定点炉生成温坪的方法，提高操作人员控制精准度、温坪生成的成功率和人机配合效率；可以在任何时间生成固定点，提高工作效率，减轻检测人员的工作强度，减少固定点制作失败的机率，无需长期使固定点瓶处于融化状态，节约检测人员的工作时间和因保温而耗费的大量能源。

本发明的目的是这样实现的：一种使用自动控温型定点炉生成温坪的方法，该自动控温型定点炉包括计算机、控制箱、采样器、定点电炉和加热单元，在控制箱内安装着温度控制器，温度控制器的显示屏及其开关按钮设置在控制箱的正面箱壁上，加热单元由加热电阻丝构成，采样器为标准铂电阻温度计和监测温度计，定点电炉内设置着固定点瓶和加热电阻丝，电阻加热丝固定在固定点瓶外，在固定点瓶内设置着温度计阱，计算机的输出端口通过信号传送线连接控制箱的信号输入端口，标准铂电阻温度计的探头伸入温度计阱内固定，监测温度计的探头固定在加热电阻丝和固定点瓶之间，控制箱通过其相应的信号输入端连接标准铂电阻温度计和监测温度计，并通过其输出控制端连接加热电阻丝，在控制箱的正面箱壁上固定设置着状态指示灯，在控制箱内或控制箱的箱壁上设置着发声器，控制箱其信号输出端通过信号输出线对应连接上述状态指示灯和发声器各自的电源输入接线端，所述的发声器为蜂鸣器；其计算机的自动控制步骤：

⑴通过温度控制器控制加热电阻丝加热升温，并借助监测温度计使加热电阻丝的最高温度比置于定点电炉内的待测金属的熔点高出20K，K为温度单位-开尔文，以加热、熔化置于温度计阱内的待测金属，即加热电阻丝其所加热升至的最高温度为(T+20)，T为待测金属的熔点温度；

⑵所述的状态指示灯由六个状态指示灯-第一至第六状态指示灯(即A灯、B灯、C灯、D灯、E灯、F灯)构成，利用监测温度计实时所述温度计阱内的温度，同时给第一状态指示灯通电，保持第一指示灯(A灯)常亮；

⑶用监测温度计以采样对比待测金属的实时受热温度和其熔点温度，若待检测金属的实时受热温度已达到其熔点温度，给第二状态指示灯(B灯)通电，保持第二状态指示灯常亮；

⑷再用标准铂电阻温度计监测温度计阱内温度是否超过待测金属的熔点温度T，给第三状态指示灯(C灯)通电，保持第三指示灯常亮；

⑸根据监测温度计所监测到的加热电阻丝的实时温度，通过温度控制器控制加热电阻丝变温，使加热电阻丝的最高温度比待测金属的熔点高出2-3K，降温至[(T+2)—(T+3)]；

⑹当标准铂电阻温度计探测到温度计阱内温度的波动率大于0.1K/min时，则给第四状态指示灯(D灯)通电，保持第四状态指示灯常亮；

⑺当标准铂电阻温度计探测到温度计阱内温度的波动率由0.1K/10min降至0.5mK/10min以下时，则给第五状态指示灯(E灯)通电，保持第五状态指示灯(E灯)闪烁，并给发声器通电，使发声器发出蜂鸣声，提示操控控制箱的检测人员：温度计阱内的温度开始下降；

⑻利用标准铂电阻温度计再次检测温度计阱内的温度继续进行探测，当标准铂电阻温度计检测到温度计阱内温度是否低于待测金属的熔点温度，当温度计阱内温度低于待测金属的熔点温度T时，则使加热电阻丝发热升温，以使温度计阱内温度至少回升至待测金属的熔点温度之上，并给第六状态指示灯(F灯)通电，保持第五状态指示灯(E灯)和第六状态指示灯(F灯)一同继续闪烁，且使发声器再次发出蜂鸣声，以提示操控控制箱的检测人员通过手工操控计算机和/或控制箱调节温度计阱内的即时温度以诱导温度计阱生成温坪。

本发明的主要功能为计算机采集标准铂电阻温度计探测到的温度信号，再进行数据处理，将处理好的数据传送给温度控制器，温度控制器控制加热丝的温度，最终达到无人工值守自动控制的目的。本发明的主要功能分为三部分：①对温度计阱内温度的监测：温度控制器通过将一等或者二等标准铂电阻温度计其探头插入定点炉的温度计阱内，监测温度计阱内的温度变化，而后再将有关温度的数据传送给计算机处理，将监测数据通过USB接口发送给计算机，温度控制器所采集到的有关温度的数值是最为关键的数据；②计算机的数据处理：计算机将采集到的一等铂电阻的数据换成温度数值进行分析，自动绘制出温度计阱内的温度变化曲线，并将相应的控制指令通过485接口发送至温度控制器；③加热单元：加热单元将处理好的数据通过485接口传送给温度控制器，温度控制器依照计算机发来的指令和设定的温度数值，并监测工业铂电阻所探测到的温度，将设定的温度数值和监测工业铂电阻所探测到的温度进行比较，以控制电阻丝加热升温或停止对固定点炉加热，使固定点炉的温度达到设定的温度。本发明结构合理、新颖，更加便于操作，具有自动警示功能,通过视觉或听觉的方式提示变化温度所在的各个阶段、状态，提高操作人员控制精准度和人机配合效率。

采用本发明的方法生成固定点温坪的基本原理是通过温度控制器来控制加热电阻丝发热，最终目的是将固定点瓶内的待测金属完全融化后，再等待测金属缓慢冷却，使固定点瓶内的待测金属的凝固温坪出现，然后通过温度控制器控制加热电阻丝发热，使固定点瓶(周围)温度恒定，从而使温坪持续较长的时间达到检定的要求。

现介绍如何用本发明的方法实现自动调出温坪的目的，标准铂电阻温度计作为监测温度计阱内的温度变化的测温元件，会将由温度计阱内温度变化导致的其探头电阻变化信号传递给控制箱，控制箱将采集到的电阻变化信号经过处理后，再传送给计算机由其进行数据处理，计算机通过预置的程序对温度控制器发出控制指令(如加温或者降温至某一温度，或者按照一定的速率升温或者降温)，温度控制器可调节加热电阻丝加热功率，使固定点瓶(温度计阱)达到所需的温度，其中的状态指示灯用于指示温度变化状态，使得操作人员能够更直观地看到固定点瓶内的温度变化，且计算机会在固定点瓶的变温阶段使状态指示灯保持常亮，在关键的变温阶段保持状态指示灯闪烁，与此同时，控制箱内设置的发声器会发出蜂鸣或者警铃声，以提醒检测人员需人工参与、辅助诱导温坪的生成。

本发明的主要特点就是计算机自动控制以生成温坪，在升温或者降温时的关键时间段，通过光亮和声响的方式提醒操作者需要人工参与诱导温坪的生成。本发明可由原有装置改装而成，即可具有以光亮和/或声音警示温度状态的功能，大大减少计量部门的成本。本发明提高操作人员控制精准度、温坪生成的成功率和人机配合效率；可以在任何时间生成固定点，提高工作效率，减轻检测人员的工作强度，减少固定点制作失败的机率，无需长期使固定点瓶处于融化状态，节约检测人员的工作时间和因保温而耗费的大量能源。

附图说明

图1为本发明自动控温型定点炉的装置结构示意图；

图2为温度计阱温度变化曲线与加热单元温度变化曲线的对应函数图(温坪生成图)；

图3为本发明使用自动控温型定点炉生成温坪的方法的流程控制图。

具体实施方式

一种自动控温型定点炉，如图1所示，包括计算机10、控制箱9、采样器、定点电炉3和加热单元，在控制箱9内安装着温度控制器4，温度控制器4的显示屏及其开关按钮11设置在控制箱9的正面箱壁上，加热单元由加热电阻丝6构成，采样器为标准铂电阻温度计1和监测温度计2，定点电炉3内设置着固定点瓶7和加热电阻丝6，加热电阻丝6固定在固定点瓶7外，在固定点瓶7内设置着温度计阱8，计算机10的输出端口通过信号传送线连接控制箱9的信号输入端口，标准铂电阻温度计1的探头伸入温度计阱8内固定，监测温度计2的探头固定在加热电阻丝6和固定点瓶7之间，控制箱9通过其相应的信号输入端连接标准铂电阻温度计1和监测温度计2，并通过其输出控制端连接加热电阻丝6，在控制箱9的正面箱壁上固定设置着状态指示灯5，在控制箱9内或控制箱9的箱壁上设置着发声器，控制箱9其信号输出端通过信号输出线对应连接上述状态指示灯5和发声器各自的电源输入接线端。

所述的发声器为蜂鸣器。

如图2所示，由A点到H点的折线段代表温度计阱的温度变化曲线，由A1点到F1点的折线段代表加热单元的温度变化曲线，这两条曲线详细地描述了控温以及温坪生成的关系，调出温坪较为关键的阶段有三个：一是BC段，即固定点瓶中的金属开始熔化；二是DE段(稳定阶段)，该段时间的长短直接影响到最终温坪质量的好坏，DE段的主要作用是使固定点瓶内的金属的温度达到一致平衡，以便在后续的凝固结晶时所析出的晶体较为均匀；三是EG段(过冷结晶阶段)每一种物质都有一定的平衡结晶温度或者称为理论结晶温度。但实际上，液体温度达到理论结晶温度时并不能进行结晶，而必须在它温度以下的某一温度(称为实际开始结晶温度)才开始结晶。因此，可得到如图3所示的流程控制图，流程控制的核心就是探测温度计阱内的温度(温度计阱内的监测温度计为我们常用的二等或者一等标准铂电阻温度计)变化和在一些关键温度点,计算机利用控制加热单元(工作用热电偶或者工作用热电阻)的温度控制器对温度计阱内的温度变化及时提示给操作人员，辅以人工诱导而生成相应的温坪。

一种使用自动控温型定点炉生成温坪的方法，如图3所示，其计算机10的自动控制步骤如下：

⑴通过温度控制器4控制加热电阻丝6加热升温，并借助监测温度计2使加热电阻丝6的最高温度比置于定点电炉3内的待测金属的熔点高出20K，K为温度单位-开尔文，以加热、熔化置于温度计阱8内的待测金属，即加热电阻丝6其所加热升至的最高温度为(T+20)，T为待测金属的熔点温度；

⑵所述的状态指示灯由六个状态指示灯-第一至第六状态指示灯构成，利用监测温度计2实时所述温度计阱8内的温度，同时给第一状态指示灯(A灯)通电，保持第一指示灯常亮；

⑶用监测温度计2以采样对比待测金属的实时受热温度和其熔点温度，若待测金属的实时受热温度已达到其熔点温度，给第二状态指示灯(B灯)通电，保持第二状态指示灯常亮；

⑷再用标准铂电阻温度计1监测所述温度计阱8内温度是否超过待测金属的熔点温度T，给第三状态指示灯通电，保持第三指示灯(C灯)常亮；

⑸根据监测温度计2所监测到的加热电阻丝6的实时温度，通过温度控制器4控制加热电阻丝6变温，使加热电阻丝6的最高温度比待测金属的熔点高出2-3K，降温至[(T+2)—(T+3)]；

⑹当标准铂电阻温度计1探测到温度计阱8内温度的波动率大于0.1K/min时，则给第四状态指示灯(D灯)通电，保持第四状态指示灯常亮；

⑺当标准铂电阻温度计1探测到温度计阱8内温度的波动率由0.1K/10min降至0.5mK/10min以下时，则给第五状态指示灯(E灯)通电，保持第五状态指示灯(E灯)闪烁，并给发声器通电，使发声器发出一段蜂鸣声，提示操控控制箱9的检测人员：温度计阱8内的温度开始下降；

⑻利用标准铂电阻温度计1再次检测温度计阱8内的温度继续进行探测，当标准铂电阻温度计1检测到温度计阱8内温度是否低于待测金属的熔点温度，当温度计阱8内温度低于待测金属的熔点温度T时，则使加热电阻丝6发热升温，以使温度计阱8内温度至少回升至待测金属的熔点温度之上，即使温度计阱8内温度不小于待测金属的熔点温度T，持续融化待测金属，并给第六状态指示灯(F灯)通电，保持第五状态指示灯(E灯)和第六状态指示灯(F灯)一同继续闪烁，且使发声器再次发出蜂鸣声，以提示操控控制箱9的检测人员通过手工操控计算机10和/或控制箱9调节温度计阱8内的即时温度以诱导温度计阱8生成温坪。

Claims (1)

1.一种使用自动控温型定点炉生成温坪的方法，该自动控温型定点炉生成温坪包括计算机(10)、控制箱(9)、采样器、定点电炉(3)和加热单元，在控制箱(9)内安装着温度控制器(4)，温度控制器(4)的显示屏及其开关按钮(11)设置在控制箱(9)的正面箱壁上，加热单元由加热电阻丝(6)构成，采样器为标准铂电阻温度计(1)和监测温度计(2)，定点电炉(3)内设置着固定点瓶(7)和加热电阻丝(6)，加热电阻丝(6)固定在固定点瓶(7)外，在固定点瓶(7)内设置着温度计阱(8)，计算机(10)的输出端口通过信号传送线连接控制箱(9)的信号输入端口，标准铂电阻温度计(1)的探头伸入温度计阱(8)内固定，监测温度计(2)的探头固定在加热电阻丝(6)和固定点瓶(7)之间，控制箱(9)通过其相应的信号输入端连接标准铂电阻温度计(1)和监测温度计(2)，并通过其输出控制端连接加热电阻丝(6)，在控制箱(9)的正面箱壁上固定设置着状态指示灯(5)，在控制箱(9)内或控制箱(9)的箱壁上设置着发声器，控制箱(9)其信号输出端通过信号输出线对应连接上述状态指示灯(5)和发声器各自的电源输入接线端，所述的发声器为蜂鸣器；其特征在于下列计算机(10)的自动控制步骤：

⑴通过温度控制器(4)控制加热电阻丝(6)加热升温，并借助监测温度计(2)使加热电阻丝(6)的最高温度比置于定点电炉(3)内的待测金属的熔点高出20K，K为温度单位-开尔文，以加热、熔化置于温度计阱(8)内的待测金属，即加热电阻丝(6)其所加热升至的最高温度为(T+20)，T为待测金属的熔点温度；

⑵所述的状态指示灯(5)由七个状态指示灯-第一至第七状态指示灯构成，利用监测温度计(2)实时所述温度计阱(8)内的温度，同时给第一状态指示灯通电，保持第一指示灯常亮；

⑶用监测温度计(2)以采样对比待测金属的实时受热温度和其熔点温度，若待测金属的实时受热温度已达到其熔点温度，给第二状态指示灯通电，保持第二状态指示灯常亮；

⑷再用标准铂电阻温度计(1)监测所述温度计阱(8)内温度是否超过待测金属的熔点温度T，给第三状态指示灯通电，保持第三指示灯常亮；

⑸根据监测温度计(2)所监测到的加热电阻丝(6)的实时温度，通过温度控制器(4)控制加热电阻丝(6)变温，使加热电阻丝(6)的最高温度比待测金属的熔点高出2-3K，降温至[(T+2)—(T+3)]；

⑹当标准铂电阻温度计(1)探测到温度计阱(8)内温度的波动率大于0.1K/min时，则给第四状态指示灯通电，保持第四状态指示灯常亮；

⑺当标准铂电阻温度计(1)探测到温度计阱(8)内温度的波动率由0.1K/10min降至0.5mK/10min以下时，则给第五状态指示灯通电，保持第五状态指示灯闪烁，并给发声器通电，使发声器发出蜂鸣声，提示操控控制箱(9)的检测人员：温度计阱(8)内的温度开始下降；

⑻利用标准铂电阻温度计(1)再次检测温度计阱(8)内的温度继续进行探测，当标准铂电阻温度计(1)检测到温度计阱(8)内温度是否低于待测金属的熔点温度，当温度计阱(8)内温度低于待测金属的熔点温度T时，则使加热电阻丝(6)发热升温，以使温度计阱(8)内温度至少回升至待测金属的熔点温度之上，并给第五状态指示灯通电，保持第五状态指示灯和第六状态指示灯一同继续闪烁，且使发声器再次发出蜂鸣声，以提示操控控制箱(9)的检测人员通过手工操控计算机(10)和/或控制箱(9)调节温度计阱(8)内的即时温度以诱导温度计阱(8)生成温坪。