簡介快速溫度變化試驗箱控制系統設計思路

快速溫度變化試驗箱，也簡稱為快速溫變箱，快速溫變試驗箱，是一種在短時間內提供高、低溫快速變化的環境試驗設備，其溫度變化范圍為-70℃~150℃，升降溫速率一般為5~10℃/min,主要用于電子、電工、通訊、儀器儀表等領域產品進行快速溫度變化環境的性能測試、篩選或考核試驗。快速溫變箱除了滿足升降溫速率的要求外，還對試驗箱能夠實現快速的線性變溫以及防止溫度過沖和保持溫度穩定性有一定的要求，因此對控制系統提出了較高的要求。

快速溫度變化試驗箱控制系統由PLC及溫濕度控制器、按鈕開關、傳感器、壓縮機（二元復疊式）、加熱器、循環風機、報警器、照明燈、電磁閥等組成。框架結構如下：

在控溫工作時，溫濕度控制器會根據箱體內實際溫度的上下波動而控制加熱器的頻繁啟動停止，由于加熱器功率較大，普通的接觸器難以承受頻繁的起停，因此，在硬件設計時要選擇固態繼電器。通過控溫器以及溫控器的輸出來共同控制固態繼電器的控制元件，從而滿足了對加熱器的控制要求。

為了達到快速升溫和快速降溫的要求，試驗箱裝配了大功率的制冷系統和加熱系統。在速降溫過程中，當箱體內的溫度接近目標溫度時，系統會開啟加熱器，通過加熱器產生的熱量去平衡制冷系統所產生的冷量，以此來達到平穩過渡、減少溫度負過沖的目的。但是，由于溫控器的PID運算本身的局限性，通常是當溫度出現負偏差以后才會快速的增加熱輸出，這樣就很容易出現負過沖現象。因此，制冷系統增加了一些旁通閥，通過設定不同的溫度報警點，在不同溫度點時開啟不同的旁通閥，以減少進入箱體內的冷量，從而有效的防止了快速降溫過程中的負過沖的現象。

在快速升溫過程中，當溫度接近目標值以后，PID運輸才會減少加熱器的輸出，同樣受PID運算的局限性以及加熱器余熱的影響，此時會存在溫度過沖的現象。為此，將加熱器分成三組來分別控制，一組受溫控器的熱輸出控制，另外兩組受PLC控制。在接近目標溫度時，逐漸減少加熱器的組數，從而有效的解決了正過沖的現象。

通過一定的控制系統設計，我們將溫度變化曲線從控制方式改變前的溫度曲線：

改變后的溫度曲線：

通過控制系統的合理化設計，實現了快速溫度變化試驗箱的快速平穩升降溫的工作過程，在做程序循環試驗室可得到平穩圓滑的溫度變化曲線，同時保證了試驗箱控溫時的控制精度，采用復疊式制冷系統，降低了工作能耗。