1 溫度的測(cè)控
1.1 溫度的標(biāo)尺
溫度是表征物體冷熱程度的物理量。溫度不能直接加以測(cè)量，只能借助于冷熱不同的物體之間的熱交換，以及物體的某些物理性質(zhì)隨者冷熱程度不同而變化的特性間接測(cè)量。
為了定量地描述溫度的高低，必須建立溫度標(biāo)尺（溫標(biāo)），溫標(biāo)就是溫度的數(shù)值表示。
國(guó)際際溫標(biāo)是一個(gè)國(guó)際協(xié)議性溫標(biāo)，是既能體現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)（即保證較高的準(zhǔn)確度），又使用方便、容易實(shí)現(xiàn)的數(shù)值。目前實(shí)行的1990年國(guó)際溫標(biāo)（ITS-1990）規(guī)定，仍以熱力學(xué)溫度作為基本溫度，1K等于水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.15。它同時(shí)定義國(guó)際開(kāi)爾文溫度（符號(hào)T90，單位為K）和國(guó)際攝氏溫度（符號(hào)t90，單位為℃），T90和t90之間的關(guān)系為：
t90=T90-273.15
在實(shí)際應(yīng)用中，一般直接用t和T代替t90和T90。
1.2 溫度的測(cè)量
溫度是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中一個(gè)非常重要的參數(shù)。物體的許多物理現(xiàn)象和化學(xué)性質(zhì)都與溫度有關(guān)，許多生產(chǎn)過(guò)程都是在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，因此，溫度測(cè)量的場(chǎng)合極廣泛，對(duì)溫度測(cè)量的準(zhǔn)確度有很高的要求。
在工程中無(wú)論是簡(jiǎn)單的還是復(fù)雜的測(cè)溫傳感器，就測(cè)量系統(tǒng)的功能而言，通常由現(xiàn)場(chǎng)的感溫元件和控制室的顯示裝置兩部分組成。現(xiàn)場(chǎng)使用的溫度傳感器，往往是把溫度傳感器和顯示器合為一體。
1.2.1 接觸式測(cè)溫是使溫度敏感元件和被測(cè)介質(zhì)相接觸，當(dāng)被測(cè)介質(zhì)與感溫元件達(dá)到熱平衡時(shí)，溫度敏感元件與被測(cè)介質(zhì)的溫度相等。這類溫度傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、精度高、穩(wěn)定性好、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最多的一類。
1.2.2 非接觸式測(cè)溫方法是應(yīng)用物體的熱輻射能量隨溫度的變化而變化的原理。非接觸式溫度傳感器理論上不存在接觸式溫度傳感器的測(cè)量滯后和應(yīng)用范圍上的限制，可測(cè)高溫、腐蝕、有毒、運(yùn)動(dòng)物體及固體、液體表面的溫度，不干擾被測(cè)對(duì)象。
1.3 提高溫控精度
采用微型機(jī)對(duì)熱電偶、熱電阻、紅外測(cè)溫進(jìn)行檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理，實(shí)施在線非線性度補(bǔ)償，將大大提高溫控精度。目前已有由軟件補(bǔ)償?shù)乃^“智能傳感器”面市。例如半導(dǎo)體溫度傳感器、光導(dǎo)纖維溫度傳感器及根據(jù)電阻體產(chǎn)生的約翰遜噪聲與該電阻體所處絕對(duì)溫度密切相關(guān)的熱噪聲溫度傳感器等。
選用智能溫度傳感器掛靠現(xiàn)場(chǎng)總線，提高溫控系統(tǒng)的可靠性，減少信息傳遞介質(zhì)的應(yīng)用成本。
2 染整工藝溫度的測(cè)控
2.1 采樣點(diǎn)的合理性及檢測(cè)方法的科學(xué)性
2.1.1 溫度檢測(cè)是貫穿印染工藝全過(guò)程的一項(xiàng)傳感的手段。目前要解決的是采樣點(diǎn)的合理性及檢測(cè)方法的科學(xué)性。經(jīng)過(guò)烘房的實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)，熱風(fēng)烘房?jī)?nèi)的織物，因車速及品種而異，布身溫度比常規(guī)空間采樣點(diǎn)處的溫度低15~20℃；遠(yuǎn)紅外輻射烘房?jī)?nèi)的情況與其正好相反。這里就存在著操作工執(zhí)行的工藝條件指令，是烘房的氣氛溫度，還是布身溫度？從目前常規(guī)溫度檢測(cè)方法可知，應(yīng)是烘房?jī)?nèi)氣氛溫度，即“間接”的布身溫度，既然是“間接”，就存在“修正”值，而此值是隨機(jī)性的多因素組合值，若由操作人員現(xiàn)場(chǎng)修正，頗為困難。國(guó)外，如德國(guó)的布呂克納、蒙福茨及巴布科克等公司，采用測(cè)定噴風(fēng)溫度與回風(fēng)溫度之間的溫差，由計(jì)算機(jī)運(yùn)算出布身溫度的方法，其特點(diǎn)是傳感器價(jià)格便宜。然而，在計(jì)算布身溫度時(shí)，由于采樣溫度仍是用間接方法獲取的，從而計(jì)算的精確性和可靠程度將受到影響。但總體來(lái)說(shuō)，這種方法還是可行的。
2.1.2 用紅外輻射測(cè)量布身溫度是目前最先進(jìn)的一種方法。然而，目標(biāo)輻射在測(cè)量路徑上，由于氣氛的吸收、煙霧、灰塵散射所引起的衰減，環(huán)境溫度的影響等，將會(huì)帶來(lái)一定的溫差。為了消除此誤差，常采用比色法，也就是采用具有雙通道的測(cè)量裝置，每條光路帶有適當(dāng)?shù)臑V光片，分別測(cè)量目標(biāo)輻射和標(biāo)準(zhǔn)黑體輻射的一個(gè)單色輻射功率，用兩者之比代替上述方法中的輻射功率，進(jìn)行溫度定標(biāo)，并進(jìn)而確定溫度。如果兩個(gè)單色波長(zhǎng)選擇適當(dāng)，在測(cè)量路徑中的干擾是完全相同的，則兩輻射率之比與這些干擾無(wú)關(guān)，從而大大提高了測(cè)量精度。這一系統(tǒng)性能雖好，但價(jià)格太高。企業(yè)可以根據(jù)工藝實(shí)際需要決定，切忌盲目地一哄而上，尤其采用單通道的紅外輻射測(cè)量布身溫度時(shí)更要注意。
2.2 燒毛火焰溫度的測(cè)控
與燒毛質(zhì)量關(guān)系最密切的參數(shù)是火焰溫度。以9672T/C平布二火口燒毛為例，火口燃?xì)鈮毫φ{(diào)為2100Pa，供油量維持于8L/H（實(shí)測(cè)火焰中溫度最高點(diǎn)的溫度為1550℃，火口為雙狹縫火口），當(dāng)布速在110米/分~130米/分之間變化時(shí)，燒毛質(zhì)量不變。布速過(guò)低則布面發(fā)硬，門(mén)幅收縮過(guò)大形成過(guò)燒。換一種方法，布速維持于120米/分，供油量在7.5L/B~9.5L/H之間變化，其余條件照舊，此時(shí)火焰顏色隨油量調(diào)節(jié)略有變化，仍以淺藍(lán)色為主，火焰最高溫度卻在1450℃~1550℃之間變化，固定測(cè)溫點(diǎn)溫差更超過(guò)100℃（如圖1所示）。燒毛效果可差0.5級(jí)以上。
根據(jù)上述特點(diǎn)，我們放棄了對(duì)布面溫度的測(cè)量，維持原來(lái)不同品種時(shí)布速與配用火口數(shù)量間的關(guān)系，用對(duì)燒毛火焰溫度進(jìn)行測(cè)控的辦法對(duì)燒毛機(jī)進(jìn)行改造。
實(shí)際的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示：
由置于火焰中的熱電偶測(cè)得溫度信號(hào)送往控制器，控制器將信號(hào)處理后一方面實(shí)時(shí)顯示溫度值，另一方面輸出二路調(diào)節(jié)信號(hào)，一路送往變頻器通過(guò)調(diào)節(jié)油泵電機(jī)的頻率來(lái)調(diào)節(jié)汽油供給量，一路送往伺服器通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)旁通泄氣閥調(diào)節(jié)空氣供給量。
2.3 熱輥表面溫度的測(cè)控
染整工藝設(shè)備中熱輥的應(yīng)用較多，例如，轉(zhuǎn)移印花機(jī)的熱輥、預(yù)縮機(jī)的承壓輥及軋光機(jī)的熱軋輥等，皆需要溫度測(cè)量、控制。
合理、準(zhǔn)確的溫度采樣，是熱加工上“真工藝”的保證。
2.3.1 溫度采樣傳感器安置在電熱輥內(nèi)腔中，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的慣性滯后較小，能較快地測(cè)出電熱元件功率變化可引起的溫度變化，調(diào)節(jié)系統(tǒng)易于整定。能有效地抑制電網(wǎng)波動(dòng)可引起的溫度波動(dòng)。但是，由于內(nèi)腔與輥面存在溫差，升溫達(dá)到設(shè)定溫度值后，電加熱系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成保溫階段，這樣輥表面溫度的提升，需化費(fèi)很久的非工藝等待時(shí)間。再者，當(dāng)工藝車速改變后，電熱輥內(nèi)腔溫度雖能保持不變，由于熱輥表面熱平衡的變化，致使處理織物的熱輥表面工藝段的溫度變化。從旋轉(zhuǎn)的熱輥內(nèi)腔中將溫度變化成電阻信號(hào)引出，最簡(jiǎn)便的方法是采用電刷滑環(huán)結(jié)構(gòu)。但是，由于電刷與滑環(huán)的接觸電阻，因運(yùn)行時(shí)間、粘積污物的多少，隨機(jī)地從零~幾十歐，甚至幾百歐之間變化，引入極不穩(wěn)定，幅值很大的干擾。而分度號(hào)Pe100鉑電阻，0℃時(shí)100.00歐、20℃時(shí)107.91歐、180℃時(shí)169.54歐，從室溫20℃升到180℃工藝溫度，鉑電阻才變化61.63歐，干擾信號(hào)使溫控系統(tǒng)無(wú)法工作。
2.3.2 中空電熱輥傳統(tǒng)設(shè)計(jì)成傳感器安置在熱輥表面，非接觸采樣。一種較為合理的軋輥表面溫度傳感器見(jiàn)圖（3）。圖中1為熱接受器（內(nèi)裝感溫元件），2為屏蔽罩，3為外殼，4為玻璃瑞。該傳感器利用流體力字與傳熱學(xué)理論，以直接測(cè)量旋轉(zhuǎn)電熱輥表面熱邊界層空氣溫度為基礎(chǔ)，構(gòu)成非接觸式測(cè)溫裝置。
熱接受器平面與外殼、屏蔽罩的下部保護(hù)在同一平面上，屏蔽罩軸線與熱接受器軸線，在水平方向偏移一定間距。這一偏移，使熱接受器與屏蔽罩之間形成了入口大小不同的環(huán)形腔。當(dāng)傳感器臨近旋轉(zhuǎn)電熱輥安裝時(shí)，因摩擦力作用，被電熱輥帶動(dòng)的氣流掠過(guò)熱接受器。根據(jù)流體連續(xù)性理論：V1S1=V2S2=常數(shù)，氣流在環(huán)形腔兩個(gè)大小不同的入口S1、S2處以不同的速度V1、V2運(yùn)動(dòng)，又根據(jù)臨努利方程式：
不同的流速形成不同的動(dòng)壓力。也就是說(shuō)，環(huán)形腔兩個(gè)通道口S1、S2之間存在壓力差。在這個(gè)壓力差作用下，旋轉(zhuǎn)電熱輥的表面空氣邊界層內(nèi)熱空氣連續(xù)不斷穿過(guò)環(huán)形腔。熱接受器四周被表面邊界層內(nèi)熱氣流包圍。通過(guò)熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、克服了邊界層溫度造成的誤差。感溫元件的阻值變化間接地反映了旋轉(zhuǎn)電熱輥的表面溫度。采樣信號(hào)饋入顯示調(diào)節(jié)器儀表，組成自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
WZBM-501A型軋輥表面溫度傳感器，為微調(diào)型傳感器。其測(cè)量范圍30~250℃，分度號(hào)有Pe100與Pe10兩種，工作間隙為0.2毫米時(shí)精度等級(jí)1.5%，工作間隙為0.4毫米時(shí)精度等級(jí)3%，時(shí)間常數(shù)小于20秒。傳感器的測(cè)溫示值與被測(cè)熱輥的真實(shí)溫度存在一定誤差（負(fù)差）。從圖（5）中可查出修正值。例如，測(cè)得熱輥溫度為140℃，0.2mm的工作間隙，相應(yīng)的誤差（Δt）為-2℃，則電熱輥表面溫度準(zhǔn)確值應(yīng)為 142℃。
非接觸測(cè)溫的精度與采樣間隙及電熱輥的轉(zhuǎn)速有關(guān)。由于金屬熱輥具有較大的熱容量，因此開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的慣性滯后較大、調(diào)節(jié)過(guò)程緩慢，系統(tǒng)抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)的能力較差。
2.3.3 溫控傳感器的安裝位置與溫控質(zhì)量關(guān)系密切。傳統(tǒng)的主區(qū)采樣傳感器的間隙，一般都連續(xù)不斷穿過(guò)環(huán)形腔，熱接受器四周被表面邊界層內(nèi)熱氣流包圍。通過(guò)熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流，克服了邊界層溫度梯度造成的誤差。感溫元件的阻值變化間接地反映了旋轉(zhuǎn)電熱輥的表面溫度。采樣信號(hào)饋入顯示調(diào)節(jié)儀表，組成自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
WZBM-501A型軋輥表面溫度傳感器，為微調(diào)型傳感器。其測(cè)量范圍30~250℃，分度號(hào)有Pt100與Pt10兩種，工作間隙為0.2mm時(shí)精度等級(jí)1.5%，工作間隙為0.4mm時(shí)精度等級(jí)3%，時(shí)間常數(shù)小于20s。傳感器的測(cè)溫示值與被測(cè)熱輥的真實(shí)溫度存在一定誤差（負(fù)差）。從圖4可查出修正值。例如，測(cè)得熱輥溫度為140℃，0.2mm的工作間隙，相應(yīng)的誤差（△t）為-2℃，則電熱輥表面溫度準(zhǔn)確值應(yīng)為142℃。
非接觸測(cè)溫的精度與采樣間隙及電熱輥的轉(zhuǎn)速有關(guān)。由于金屬熱輥具有較大的熱容量，因此開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的慣性滯后較大、調(diào)節(jié)過(guò)程緩慢、系統(tǒng)抑制電網(wǎng)電壓波動(dòng)的能力較差。
溫控傳感器的安裝位置與溫控質(zhì)量關(guān)系密切。傳統(tǒng)的主區(qū)采用傳感器的間隙，一般都是在工藝生產(chǎn)前的升溫及工藝穿布時(shí)，電熱軋輥未加壓的情況下，采用手提式點(diǎn)溫計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)的。當(dāng)進(jìn)行工藝加工時(shí)，由于電熱軋輥加壓后的撓度變形，使傳感器與軋輥間隙變大，由圖4可知檢測(cè)誤差加大。
針對(duì)傳統(tǒng)非接觸采樣溫控的缺點(diǎn)，采取以下對(duì)傳統(tǒng)非接觸采樣溫控的缺點(diǎn)，采取以下對(duì)策：
在電熱輥垂直切線中心點(diǎn)處安置兩個(gè)WZBM-510A型傳感器，其中一個(gè)電熱輥卸壓時(shí)，設(shè)定間隙；另一個(gè)在電熱輥加壓工藝狀況下設(shè)定間隙。兩種不同工況采樣傳感器的投入運(yùn)行，由簡(jiǎn)單的繼一接電器切換指令執(zhí)行。
左、右邊區(qū)輔助段的溫度采樣，各由一個(gè)WZBM-501A型傳感器采樣電熱輥加壓工藝狀況下的溫度信號(hào)，采樣點(diǎn)與織物布邊對(duì)齊。
采樣信號(hào)饋入XTMA-2312型數(shù)字顯示調(diào)節(jié)儀，根據(jù)技術(shù)改造后電熱輥全幅面四點(diǎn)三處采樣，設(shè)左、中、右三只調(diào)節(jié)儀，溫控過(guò)程實(shí)施比例時(shí)間控制。
主區(qū)工藝達(dá)溫，電熱管接受指令，停止加熱。左、右邊區(qū)達(dá)溫，調(diào)節(jié)儀常開(kāi)觸點(diǎn)組成“與”門(mén)接通繼電器，發(fā)出切斷電加熱的指令。
由WREM-101A手柄式圓柱表面熱電偶和XMX-01，分度號(hào)E袖珍溫度數(shù)字顯示儀，0~300℃組成的校準(zhǔn)儀表，校正時(shí)只需將傳感器的滾輪貼附到旋轉(zhuǎn)的軋輥表面即可。
