[发明专利]一种电热辐射管温度控制装置及其控制方法

权利要求书

1.一种电热辐射管温度控制装置，包括伸入热处理炉内部用于散热的至少一个电热辐射管(1)，其特征在于，还包括：

一设置于所述电热辐射管(1)内部用于加热区温度控制的第一热电偶(2)；

一嵌设于所述电热辐射管(1)管壁用于保温阶段的温度控制以及升温时的超温报警的第二热电偶(3)；以及

一设置于所述热处理炉工作区用于升温阶段温度控制的第三热电偶(4)；

其中，所述第一热电偶(2)、第二热电偶(3)和第三热电偶(4)分别电连接温度控制器，所述温度控制器根据各热电偶监测的温度，通过PID算法控制所述电热辐射管(1)电源启闭，以对所述热处理炉各阶段温度进行精准控制。

2.根据权利要求1所述的电热辐射管温度控制装置，其特征在于，所述电热辐射管(1)自身为发热体，无内置的发热体。

3.根据权利要求1所述的电热辐射管温度控制装置，其特征在于，所述电热辐射管(1)的侧壁开有导流孔(5)；以及所述电热辐射管(1)的底部开设有开口(6)。

4.根据权利要求1所述的电热辐射管温度控制装置，其特征在于，所述电热辐射管(1)为多根，且每两根所述电热辐射管(1)之间通过连接片(7)串联连接成对。

5.根据权利要求1所述的电热辐射管温度控制装置，其特征在于，所述电热辐射管(1)装设于所述热处理炉顶部，且其壁厚呈上大下小。

6.一种电热辐射管温度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，在热处理炉内设置若干成对布置的电热辐射管(1)，在电热辐射管(1)内部设置第一热电偶(2)，用于监测电热辐射管(1)内部温度；在电热辐射管(1)管壁设置第二热电偶(3)，用于监测电热辐射管(1)管壁温度；以及在电热辐射管(1)外部工作区设置第三热电偶(4)，用于监测在热处理炉工作区的温度；

步骤2，将第三热电偶(4)检测的温度传给温度控制器，所述温度控制器执行控制程序进行计算与判断，判断所述热处理炉的工作状态为升温阶段或保温阶段；若工作状态是升温阶段，则用第三热电偶(4)实测的温度和目标温度差值，控制所述电热辐射管(1)的输入功率；

步骤3，在保温阶段，将第二热电偶(3)检测的温度传给温度控制器，所述温度控制器根据设定的目标温度，通过所述温度控制器根据所述目标温度自动控制所述电热辐射管(1)电源的启闭，以调节该温度控制区的温度；在升温阶段，所述第二热电偶(3)检测温度不参与炉温控制；

步骤4，将第一热电偶(2)检测的温度传给温度控制器，所述温度控制器根据设定的报警温度，判断所述热处理炉控温区的温度是否超过报警温度；若超过报警温度，则通过所述温度控制器根据所述目标温度自动控制所述电热辐射管(1)电源的通闭，使温度小于报警温度。

7.根据权利要求6所述的电热辐射管温度控制方法，其特征在于，所述步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)中，通过所述第三热电偶(4)实测温度与该温度控制区目标温度的差值，判断所述热处理炉的各温度控制区的工作状态处于升温阶段或保温阶段。

8.根据权利要求7所述的电热辐射管温度控制方法，其特征在于，当工作区的所述第三热电偶(4)检测的温度一直低于所述目标温度时，则对应的热处理炉控制区处于升温阶段；当工作区第三热电偶(4)检测的温度大于或等于所述目标温度时，则对应的热处理炉控制区进入保温阶段。

9.根据权利要求7所述的电热辐射管温度控制方法，其特征在于，当热处理炉处于升温阶段，根据所述第三热电偶(4)实测温度与该温度控制区目标温度的差值，通过PID算法控制炉温；当热处理炉进入保温阶段，通过所述第二热电偶(3)实测温度与该温度控制区目标温度的差值，通过PID算法控制炉温。

10.根据权利要求6所述的电热辐射管温度控制方法，其特征在于，步骤(3)中，所述电热辐射管(1)产生的焦耳热一部分使自身温度升高，另一部分通过导热、辐射和对流方式传输给环境，使热处理炉环境温度升高，其中：

设所述电热辐射管(1)的外径为壁厚δ，电阻为R，电流通过辐射管时产生焦耳热：

Q＝U²/R (1)

所述电热辐射管(1)的电阻R由辐射管的材质和几何尺寸综合决定：

R＝ρL/A (2)

式中，ρ为辐射管的电阻率，L为辐射管的长度，A为辐射管的截面积；

根据热平衡，各部分热量的总和与焦耳热相等：

Q＝Q1+Q2+Q3 (3)

式中，Q为焦耳热，Q1为辐射管自身升温吸收的热，Q2为辐射管传给外部环境(热处理炉)的热量，Q3为辐射管传给管内环境的热量；

式中，m为辐射管质量，Cp为定压热容，为平均定压热容，Tr为辐射管温度，Tm为室温；

Q₂＝h₀(T_r-T_f0) (5)

Q₃＝h_i(T_r-T_fi) (6)

式(5)和(6)中，ho为辐射管与管外环境之间的传热系数，hi为辐射管与管内环境之间的传热系数，Tfo为管外环境的温度，Tr为管壁温度，Tfi为管内环境温度；

所述温度控制器根据公式(3)通过以下公式(7)调节该温度控制区的温度：

式中，Tfo为热处理炉工作区温度，Tr为辐射管壁温度，Tfi为热电偶测出的辐射管内温度；

所述温度控制器通过Tfo、Tr、(Tr-Tfo)和(Tr-Tfi)值，利用PID算法计算实时温度与目标温度的偏差输出控制量，实现对热处理炉进行升温阶段和保温阶段温度的精确控制。