图1  二位调节内部继电器工作及时间温度控制曲线

    从图1可以看出，这是一种典型的二位式升温控制调节仪，当测量值低于设定值X1时，继电器吸合，加热开时，当加热至X2时，继电器释放，停止加热，而此时的设定温度值应为X（X1+X2）/2；X1～X2反映出仪表的不灵敏区。
在图1的控制曲线上，当被测温度从高向低达到设定值时，输出继电器带滞后一个“热惰性温度值”才能再次吸合。

(2)  三位式调节

    三位式调节一般通过温度调节仪内部两个继电器的触点工作状态构成调节仪三种不同的输出状态：即“升温加热”、“保温加热”及“停止加热”。通常三位调节可采用两组加热负载，当实际测量值低于下限设定值X下时，上、下限继电器J上、J下均吸合（上、下限继电器为总低通、总高断），此时工作状态为“升温加热”状态；当实际测量值温度升至高于设定值X下，但低于上限设定值X上时，下限继电器J下释放，上限继电器J上吸合（下限继电器J下总低断、总高通；上限继电器仍为J上总低通、总高断），此时工作状态为“保温加热”状态；当实际测量值温度升至高于设定值X上时，此时上限继电器J上释放（上、下限继电器均为总低断、总高通），调节仪工作状态为“停止加热”状态。

    三位式控制比两位式控制精度高，如在相同的工作环境下，升温速度快，而温度过冲较小，对三种工作状态，用相应的LED（红、绿色）进行阶段指示，会使控制仪工作阶段更加明晰直观。三位式控制还可利用上、下限继电器工作状态，根据需求设置超温或欠温报警。

    三位调节内部继电器工作及时间温度控制曲线如图2所示。

图2  三位调节内部继电器工作及时间温度控制曲线

(3)  时间比例调节

    时间比例调节方式是当实际温度进入设定温度（即比例带）时，继电器即开始周期性地吸合、释放；通过吸合与释放时间比值来改变加热负载的平均加热功率，从而改变温度的目的。

    当实际温度未进入比例带时，继电器吸合（总低通）负载加热升温进入比例带后，继电器工作状态根据温度的变化而变化：温度越高，继电器吸合（总低通）时间越短，温度越低，继电器吸合（总低通）时间越长，如此时负载上的加热功率和散热功率达到热平衡时，温度可稳定在某一值上。如稳定值得与所需值有偏差，可转动“手动再调”电位器，直至与所需值相符即可。

    时间比值 ，其中：T1―吸合时间、T2―释放时间、T1+T2为时间比例周期。P与继电器吸合状态如图3所示。

    时间比例调节与位式调节相比较，由于其周期性吸放由偏差控制的，因此控制的温度波动较小，在有扰动时，被控对象能较快趋向于平稳，不易产生持续振荡现象。

图3  P与继电器吸合状态

(4)  连续移相触发可控硅调节

    移相触发可控硅调节是随着测量值和设定值的偏差变化，在一定范围（比例带）内，控制可控硅导通角的大小，即可连续改变负载的加热电压，从而进行温度控制。

    移相触发可控硅调节是采用连续缓慢调压的方式调节加热功率。因此，当加热系统的散热功率和加热功率趋于平衡时，温度可稳定在期望值上，由于采用无触点开关可控硅，可以减少环境噪声，控温效果好，而且可显著延长加热器的使用寿命。移相触发控制优点是输出电压连续可调，但易在控制时产生射频干扰。

连续移相触发可控硅调节加热电压与设定温度曲线以及时间和温度曲线如图4所示。

图4  加热电压与设定温度曲线以及时间和温度曲线

    当X设定值<X1时，负载电压在90%以上，随着加热温度不断升高，进入X2－X1比例带后，负载电压随之降低，一般到比例带上沿X2时，此时负载电压已只有5%左右，从而对温度进行有效的控制。

(5)  过零触发调节

    过零触发可控硅调节原理与比例式调节相同，不同之处是可控硅替代继电器，使加热器件电压在电压过零时开启负载过零时关断，与移相触发相比因具有上述过零触发调节功能在实际控制中不易产生射频干扰，其余如控制精度、控制曲线均相同，该调节可分为单相可控硅过零触发调节和三相可控硅触发调节。

(6)  PID调节方式

    PID调节方式是将测量值和设定值的偏差信号经比例积分、微分运算，处理后转化为电压信号去控制执行机构来达到自动控制的要求，在比例调节之外，输出的阶跃响应具有正常的积分、微分输出特性，使调节作用快速及时、消除静差、偏差的能力很强，尤其是在温度滞后系统的控制中，将这三部分常数调节到合适的数值：如TD预调时间（微分时间），TI再调时间（积分时间），比例带P，则在PID自动调节系统中因其迅速稳定、高精度的控制从而得到较为广泛的应用。

2.4  按报警方式分

温度调节仪按报警方式可以分为三种：

(1) 无报警；
(2) 上限最高温度报警；
(3) 下限最低温度报警。

3  传感器配用

    温度传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节。若没有它对原始的各种参数进行精确、可靠的测量，那么信号转换以及温度数据显示和控制环节也失去了精确的自动检测和控制。
温度调节仪配用传感器类型常用有以下几种：

3.1  热电偶

根据所测温度范围和使用场所（氧化环境和还原性场所）以及热电偶的分度号，选择可参考表1。

热电偶的优点如下：

(1)  热电偶是将温度变换成相应的电参数进行检测，便于数据处理；

(2)  测量范围宽，可根据灵敏度与寿命要求方便选用热电偶的种类与线径；

(3)  测量方法简便，价廉易配；

(4)  狭小范围处以及远距离测量都很便易和测量误差小。

综上所述，热电偶是测量温度最常用的传感器之一。

表1  热电偶选择

3.2  热电阻

热电阻传感器是检测金属电阻随温度变化而测量温度的传感器，常用的有铂热电阻和铜电阻。

(1)  铂电阻（Pt100）

    金属铂的物理、化学性能稳定，铂电阻阻值随温度变化的线性度好，由于铂为贵金属因此一般用于高精度工业测量。

(2)  铜电阻

    铜电阻一般只适用于-50~+150℃范围内的测量，因铜电阻在此温度范围内性能稳定，且电阻与温度的关系也最接近线性。热电阻的结构比较简单，一般将电阻丝双线绕在云母、石英、陶瓷和塑料等绝缘骨架上，经过固定，外面再加上相应的保护套管。热电阻温度计的测量电路采用精度较高的电桥电路。一般为减小连接导线电阻随温度变化而造成的测量误差，通常采用三线和四线连接法。

    如在使用时需延长三根引线时，则三根引线应选用同一材料，同一长度，同截面积，并且每根引线的阻值不应超过5Ω，以保证其测温精度。

3.3  集成温度传感器

    所谓集成温度传感器是将热敏晶体管及其辅助电路集成在同一个芯片上的温度传感器，最大优点在于输出结果与绝对温度成正比，有良好的线性输出，同时因具有体积小、使用方便、成本低而广泛用于温度检测、控制和许多温度补偿电路中。

(1)  电压型集成温度传感器

    输出电压与温度成正比的传感器。

(2)  电流型集成温度传感器

    电流型集成温度传感器等效于一个高阻抗的恒流源，在一定工作电压范围内工作时，输出的电流严格按热力学温度变化而呈线性变化，则输出的电流值就反映出被测温度值。

4  温度调节原理

4.1  原理框图（如图5所示）

图5  原理框图

框图分析如下：

(1)  感温元件  主要用热电偶或热电阻，其作用是把测量的温度值转换成电压量或电阻量。

(2)  输入桥路  将热电偶产生的热电势，并对热电偶的冷端进行自动补偿或将热电阻随温度变化的电阻信号通过三线输入转换成电压信号。

(3)  线性化器  由于感温元件与被测温度之间呈非线性关系，因而要对它的输出进行补偿以保证其测量精度。

(4)  放大电路  热电偶的输出电压很小，一般每度只有数十微伏的输出，这就需要运算放大器对热电偶的输出电压进行放大处理，以便进行测量。

(5)  A/D转换器  将输入模拟量转换成数字量，再由A/D内部译码驱动数码管工作，使示值清晰，直观可靠。

(6)  设定信号  将所需测量温度值设入（电位器或拨码设入）确定比较器输入端的基准比较（电压信号）值，与经放大电路处理的信号进行比较。

(7)  控制电路及输出部分  经比较器输出信号按不同控制方式执行调节电路，位式调节输出的是继电器的开关信号，连续调节式仪表是移相脉冲，过零脉冲或直流信号。

4.2  典型原理分析以热电偶作外接传感器为例（如图6所示）

    当被检测温度通过有塞贝克效应制成的温度传感器时，则会在热电偶两端输出热电动势V(T )，而输出的电势应由e(T )和e(T0)组成V(T )=e(T )－e(T0)。其中e(T )是热电偶热端（工作端）的电势，也是随被测温度T的变化而变化，是需要取得的信号；另外还有热电偶冷却端电势e(T0)它是随环境温度变化的，在检测温度过程中，要求它稳定，才能保证其准确地检测出被测温度值。

    由RP1、R6、R7、R8、Rt组成一个补偿电桥，串接在热电偶输出回路中，使其电桥的输出V(T0)=e(T0)，对热电偶在检测过程中来克服热电偶冷端e(T0)的影响，总的输出e(T )=V(T )+V(T0)从而消除了e(T0)误差影响。在补偿电桥中选择适当Rt，则可在一定温度范围内实现其完全补偿，使热电

图6  热电偶作外接传感器