专 业 技 能 训 练
【摘要】
材料科学与工程专业是一个特殊的专业，它需要我们有良好的自身能力和心理素质，因此我不断学习各种技能，努力学习和掌握材料研发与成产的方式及其特点，了解仪器的运行情况。同时能根据各类实验项目的需要，掌握相关的仪器操作知识并对实验仪器性能和原理深入了解。学会根据现场实验现象选择最佳运行方式及经济运行方法，根据实际运行经验，正确处理实验仪器故障以及系统突发性事故。进一步加强自己的业务水平。
专业技能训练意在培养学生运用已学过的理论和技能去分析和解决实际问题的能力；加深对课程理论的理解和应用；加强学生的实践动手能力和创新能力。
【关键词】
电阻炉、温控器、电路
温度是工业对象中主要的被控参数之一，象冶金、机械、食品、化工各类工业中，广泛使用的各种加热炉、热处理炉、反应炉等，对工件的处理温度要求严格控制，温度控制的传统方法是人工——仪表控制，其重复性差，工艺要求难以保证，工人劳动强度大。目前，对传统的温度控制方法进行改造，用微机取代常规控制已成必然，国内已经相继出现各种以微机为核心的温度控制系统。这种系统控制精度高，重复性好，自动化程度高，可以大大的提高产品质量和减轻工人的劳动负担。本次训练关键在于对电阻炉和控温器进行拆卸和组装，以了解仪器性能，方便日后用该设备组成的电阻炉温度控制系统进行专业实验。
系统的工作原理：热电偶将炉温变换为模拟电压信号，经低通滤波滤掉干扰信号后送放大器，信号放大为0—5V后送模数转换器转换成数字量送单片机。同时，热电偶的冷端温度也由IC温度传感器变换为电压信号，经放大后进行模数转换送单片机。标度变换程序根据炉温给定值T0与检测值T的偏差△T，按积分分离的PID控制算法得到输出控制量Uct。数字触发器程序根据输出控制量Uct控制晶闸管导通时间，调节炉温使之与给定恒温值一致。过零检测电路中每当电源正跳变时输出一个正脉冲，作为数字触发器的同步信号。显示与恒温判断程序完成炉温T与恒温时间显示、恒温开始与恒温完成判别、恒温完成时给出声光指示信号。断偶判断程序根据温度检测值判断温度传感器是否开路，若开路，则给出断偶报警信号。恒温时间和恒温值在系统运行前由键盘直接送到指定单元。
一、电阻炉的拆卸与组装
电阻炉以电为热源，通过电热元件将电能转化为热能，在炉内对金属进行加热。电阻炉和火焰比，热效率高，可达50－80℅，热工制度容易控制，劳动条件好，炉体寿命长，适用于要求较严的工件的加热，但耗电费用高。
按传热方式，电阻炉分为辐射式电阻炉和对流式电阻炉。辐射式电阻炉以辐射传热为主，对流传热作用较小；对流式电阻炉以对流传热为主，通常称为空气循环电阻炉，靠热空气进行加热，炉温多低于650℃。
按电热产生方式，电阻炉分为直接加热和间接加热两种。 在直接加热电阻炉中，电流直接通过物料，因电热功率集中在物料本身，所以物料加热很快，适用于要求快速加热的工艺，例如锻造坯料的加热。这种电阻炉可以把物料加热到很高的温度，例如碳素材料石墨化电炉，能把物料加热到超过2500□。直接加热电阻炉可作成真空电阻加热炉或通保护气体电阻加热炉，在粉末冶金中，常用于烧结钨、钽、铌等制品。
采用这种炉子加热时应注意：①为使物料加热均匀，要求物料各部位的导电截面和电导率一致；②由于物料自身电阻相当小，为达到所需的电热功率，工作电流相当大，因此送电电极和物料接触要好，以免起电弧烧损物料，而且送电母线的电阻要小，以减少电路损失；③在供交流电时，要合理配置短网，以免感抗过大而使功率因数过低。
大部分电阻炉是间接加热电阻炉，其中装有专门用来实现电-热转变的电阻体,称为电热体，由它把热能传给炉中物料。这种电炉炉壳用钢板制成，炉膛砌衬耐火材料，内放物料。最常用的电热体是铁铬铝电热体、镍铬电热体、碳化硅棒和二硅化钼棒。根据需要，炉内气氛可以是普通气氛、保护气氛或真空。一般电源电压220伏或380伏，必要时配置可调节电压的中间变压器。小型炉（
一、批料量大的物料，宜采用连续式炉加热。炉温低于700□的电阻炉,多数装置鼓风机，以强化炉内传热，保证均匀加热。用于熔化易熔金属（铅、铅铋合金、铝和镁及其合金等）的电阻炉，可做成坩埚炉；或做成有熔池的反射炉，在炉顶上装设电热体。
本次训练使用电阻炉以SK2-1000/1200℃系列加热元件为电阻丝，最高使用温度1200℃。 室温升温至最高使用温度≤60min 控温精度≤±3℃ 管径35-100㎜，加热长度从300-1000㎜ 可制成多点控温，温度梯度按需要设定 备有各种材料的工作管供选用，可以抽真空或通气体保护。经拆卸可发现电阻炉由炉膛、防火砖、石棉、电加热线圈、温度传感器插孔组成。其装配图如下：
CAD绘图
二、控温箱的拆卸与组装
在煅烧中控温箱及加热炉的关系如下图所示
向温控器输入设定值使其动作，但在有些控制对象的特性下可能无法立刻让温度稳定下来。一般来说要加快响应速度，就会产生温度超出的超调和温度振荡，如果要消除这些现象就只能延迟响应速度。要用温度控制来进行适当的控制，在选择温控器和测温体之前，必须充分了解控制对象的热特性。
继电器触点开关输出（常开+常闭）：250VAC/7A或30VDC/10A；SSR电压输出:12VDC/30mA(用于驱动SSR固态继电器)；可控硅触发输出:可触发5～500A的双向可控硅;2个单向可控硅反向并联；线性电流输出：0～24mA间可任意定义起始电流及终端电流值（电压范围11～23VDC）
本次训练使用xmt型数字温度调节仪，输入规格及范围：热电偶：K（-50～1300℃）、S（-50～+1700℃）、T（-200～+350℃）、E（0～800℃）、J（0～1000℃）、B（0～1800℃）、N（0～1300℃）、WRe(0～2300℃)、热电阻：CU50（-50～150℃）、PT100（-20～600℃）线性电压：0～5V、1～5V、0～1V、0～100mV、0～20mV线性电流（需外接分流电阻）：0～10mA、0～20mA、4～20mA 测量精度:热电阻、线性电压、线性电流0.5级+1字热电偶输入应采用铜电阻补偿冷端或冰点补偿冷端时0.5级+1字；仪表对B、S、WRE分度号在0～600℃范围内可进行测量,但测量精度无法达到0.5级；分辨力：
1、0.1 响应时间: ≤0.5秒；调节方式：二位式控制方式（回差可调）、常规PID控制方式（参数自整定功能）、人工智能控制方式(包含模糊逻辑PID调节及参数自整定功能的先进控制算法)；输出规格：继电器触点开关输出（常开+常闭）：250VAC/7A或30VDC/10A；SSR电压输出:12VDC/30mA(用于驱动SSR固态继电器)；可控硅触发输出:可触发5～500A的双向可控硅;2个单向可控硅反向并联；线性电流输出：0～24mA间可任意定义起始电流及终端电流值（电压范围11～23VDC）；通讯支持RS485通讯模式，采用AIBUS通讯协议，波特率支持以下几种选择：1200bps、4800bps、7200bps、9600bps；报警输出支持两个无源触点输出，触点容量250VAC/7A；支持上限报警、下限报警、正偏差报警、负偏差报警等4种报警输出方式（最多可输出2路）；手动功能:自动/手动双向无扰动切换；外型尺寸及开孔（mm）160×80×125开孔 152×76；电源供电85V-242VAC，50-60HZ；电源消耗 ≤4W；工作条件环境温度:0～50℃，相对湿度不大于85％的无腐蚀性气体及无强电磁干扰的场所。其结构图如下：
CAD作图
电路图：
CAD作图
【结语】
通过本次专业技能训练，使我对电阻炉、温控箱及其组合而成的电阻炉温控系统有了更深的认识，加深提高了我的专业技能能力，系统元件的布局，线的布局，烧制工艺等这些基本技巧，通过训练这些技术都有实质性的提高。
