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1、温控器基础知识——温控系统简介

温控器基础知识——温控系统简介

一、温控器概述

在工业控制中，除了机械控制，还有一种重要的控制系统就是过程控制。

温度是过程控制中非常常见的一种被控物理量。

温控器（Thermostat），又称温控开关、温度保护器、温度控制器等，可分为突跳式温控器、液涨式温控器、压力式温控器、电子式温控器、数字式温控器，现代工业控制设备中主要使用的是数字式温控器。温控器按结构分类，可分为一体式温控器和模块型温控器。

二、测温体（感温探头）

测温体是把温度信号变换为电信号的元件，安装在被控对象的检测部位，用于检测其温控的当前值。工业控制中常用的测温体有热电偶、热电阻、热敏电阻、非接触式传感器，前三种为接触式测温体。

1、热电偶

热电偶测温原理——塞贝克效应（热电效应）：两种不同材质金属（导体或半导体，一般为铂铑、镍铬-镍硅等材料配对）组成的闭合回路，并对其两连接端施加不同温度时，在两种金属之间会产生电动势。这两种导体组成的回路称为“热电偶”，这两种导体称为“热电极”，产生的电动势称为“热电动势”。热电偶具有测量温度范围广、热响应快、耐振动的特点。

上表中蓝底为常用类型，使用铁材料的J型热电偶价格相对较低。

2、热电阻

热电阻测温原理——利用金属的电阻随温度升高而增大这一特性来测量温度。

常用的热电阻种类可分为铂、铜、镍三种材料，其中铂电阻最为常见。热电阻具有温度线性好、性能稳定、常温领域精度高的特点，对于温度适中、无振动、精度要求较高的环境，优先选择铂电阻。

3、热敏电阻

热敏电阻测温原理——利用半导体的电阻随温度升高而增大这一特性来测量温度。热敏电阻与热电阻的区别是一个“敏”字。由此可见，热敏电阻的电阻随温度的变化而产生较大的变化，相应的测温范围也就不宽（-50~350℃）。

NTC热敏电阻，负温度系数，温度越高，电阻越小。PTC热敏电阻，正温度系数，温度越高，电阻越大。

三、控制方式

温度控制系统是一个“测温体测温度→温控器比较温度→温控器运算输出偏差→控制加热或冷却操作量”不断循环的过程。温控器的控制方式主要有ON/OFF控制和PID控制两种。

1、ON/OFF控制

ON即为开，OFF即为关。如设定温度为50度，逆动作，48度就输出ON，开启加热；50度后就输出OFF，停止加热。

ON/OFF控制方式温度不能稳定在目标值，会在目标值上下振荡，适用于对控制要求不高的场合。

2、PID控制

结合比例控制（迅速调节）、积分控制（自动修正偏差）、微分控制（快速响应干扰）的优点，整合三个或其中两个，组合而成的控制方式。

四、操作执行器

操作执行器是指各种继电器、电磁铁、电磁阀、电动阀、变频器等，在电路中起通断、控制、调节、保护等作用的电器设备。操作执行器执行加热或冷却功能，使温度逐步趋于目标值，达到控制温度目的。

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2、pid是什么意思

PID等于port ID，是一种数学物理术语。在STP（生成树协议）中，若在端口收到的BPDU中BID和path cost相同时，则比较PID来选择阻塞端口。数字电视复用系统名词 PID(Packet Identifier) 在数字电视复用系统中它的作用好比一份文件的文件名，我们可以称它为“标志码传输包” 。工程控制和数学物理方面 PID（比例积分微分）英文全称为Proportion Integration Differentiation，它是一个数学物理术语。PID由8位端口优先级加端口号组成，端口号占低位，默认端口号优先级128。

比例（P）控制
比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。

积分（I）控制
在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到接近于零。因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后几乎无稳态误差。

微分（D）控制
在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay）组件，具有抑制误差的作用， 其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入 “比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能 够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分（PD）控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。

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