安徽合肥中国电子科技集团第43研究所恒力公司 高文，尹识谋，李柳芽 230088
摘要：随着产品质量的不断提升，金属-玻璃熔封内可伐合金在预氧化过程中对露点控制提出了新要求。基于此，本文介绍了一种露点控制装置，该装置由软硬件组成，可实现闭环控制系统，通过模糊PID调节器对炉内气氛露点进行控制，有效提高了气氛露点控制精度，以及能够实现气氛露点的快速变换，从而提高产品的生产效率。
关键词：预氧化；露点控制；模糊PID调节器；
1引言
网带式气氛预氧化炉主要用于金属-玻璃熔封内可伐合金的预氧化，预氧化工艺要求在炉内形成连续湿气气氛下的氧化和干气氛下的冷却。随着对产品质量要求不断提升，工艺控制参数需进一步细化，尤其在气氛露点较大的情况下，其对露点控制提出了更高要求：露点波动需要控制在较小的范围内。同时在生产中必须根据产品表面氧化层质量情况，及时快速调整露点，以确保产品预氧化后的性能。目前，露点控制系统大多采用手动式调整进气量，从而调整炉内露点大小，这种方式存在调整时露点振荡大，需要较长时间才能稳定到目标值，同时在不同的季节和气体流量下，也存在着欠饱和现象，造成炉内的露点存在差异，影响炉内的分压比，从而导致可伐合金表面氧化物的成分、含量和组织分布的稳定性较差。
基于此，本文介绍一种新型露点控制装置，由软硬件组成可实现闭环控制系统，该露点控制装置通过模糊PID调节器对气氛露点进行控制，可有效提高气氛露点控制精度，以及能够实现气氛露点的快速变换，从而提高产品的生产效率。
2露点控制装置设计
新型露点控制装置由加湿系统、质量流量计、PID调节器和精密露点仪构成，露点控制装置原理图如图1所示。
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图1 露点控制装置原理图
在露点控制装置系统中，PID调节器能够计算当前气氛露点和设定气氛露点之间的偏差，并通过偏差大小控制质量流量极阀门大小，从而控制进入预氧化炉干气的流量。系统中采用质量流量计作为执行器件，采用精密露点仪作为反馈器件。
3露点控制装置的工作原理
3.1加湿系统
加湿系统由加湿箱、进气管、出气管组成，采用的是水汽携带加湿系统，原理是用干气进入加湿桶，让干气将水汽携带出来，露点的大小可有水温和干气流量控制。水汽携带加湿的特点是湿度调节方便、变化迅速，平衡时间短。本文露点控制装置中气体流量是采用质量流量计。
3.2精密露点仪
精密露点仪的工作原理是当气体的压力保持不变，而使其温度逐渐降低时，其中的水蒸气将在某一个温度下达到饱和状态，凝结成露或霜，测量此时的温度即得到该气体的露点温度或霜点温度。
精密露点仪测量范围宽、操作简单、运输携带方便，其准确度仅次于湿度的基准方法——重量法，是一种计量部门普遍采用的湿度标准仪器，也有些国家当作湿度基准使用。目前国内外建立湿度计量标准的计量部门中，有一部分以高准确度的湿度发生器作为主标准器，多数采用精密露点仪作为湿度测量标准器，而以湿度发生器作为恒湿气源。即使在拥有高准确度湿度发生器并作为主标准器使用的计量部门，为了随时监测其湿度发生器的工作状态，精密露点仪或其它高准确度的湿度测量仪器也是必不可少的。
3.3露点负反馈原理
PID调节器通过调节质量流量计蝶阀的开度大小来实现进气的大小从而实现炉内露点值稳定。质量流量计蝶阀的开度大小的控制通过设计具有参数自整定功能的模糊PID算法来实现。该调节器可以根据预定露点值与当前露点值之间的偏差绝对值e和偏差变化率绝对值ec的改变，在线自动调节PID参数，驱动质量流量计蝶阀在线进行其开度大小的调节，从而有效的对炉内露点值进行实时控制。模糊PID调节器的设计以预定露点值与当前露点值之间的偏差绝对值e和预定露点值与当前露点值之间的偏差绝对值变化ec作为输入，可以满足不同时刻的e 和ec对PID 参数自整定的要求。利用模糊推理算子实现对PID 参数进行在线修改，构成了模糊PID调节器，其系统结构如图2所示。
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图2 PID调节器系统结构
PID 参数模糊自整定是找出PID 三个参数与e和ec之间的模糊关系，在运行中通过不断检测e和ec，根据模糊推理算子对.png)
，这三个参数进行在线修改， 以满足不同e和ec是对控制参数的不同要求， 获得稳定的固定露点值，本模块所使用的PID调节器的算法为：
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3.4上位机软件系统
本装置为了方便监控设定露点仪值以及质量流量计值以及对其进行记录，分别对上位机监控显示主界面，两个器件参数设置下传及数据记录界面进行了设计。
4测试与结果验证
为了测试数据的准确性，在上位机中安装了质量流量计自带的控制软件，其界面显示如下图所示。
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图3质量流量计监控
图3中，在模拟电流模式下，设备自带的控制软件既可以监控质量流量计的值，又可以设定质量流量计的大小。
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从图4、图5和图6可以看出，设定露点在5℃、10℃和12℃验证了露点控制装置的稳定性。通过PID控制器对气氛露点进行控制，能够有效提高气氛露点控制精度，以及实现气氛露点的快速变换，从而提高了产品的生产效率。
5总结
基于参数自整定的模糊PID控制理论，本文提出了一种新型露点控制装置，对气氛露点进行控制，从而提高了气氛露点控制精度，真正实现了露点控制的自动化。通过多次试验确认，验证了该装置的可靠性、稳定性，并且该装置能够实现气氛露点的快速变换，满足不同的季节和气体流量下炉内的露点快速调整，从而提高了产品的生产效率，从而使可伐合金表面氧化物的成分、含量和组织分布的稳定性得到提高。
参考文献
［1］张晓明，王颖．温度数字仪表原理［M］．北京：中国质检出版社，2014
［2］石良喜．模糊PI控制在真空蒸发镀膜中的应用［J］．机电工程技术，2010，39（5）:71-74.
［3］张克．温度测控技术及应用［M］．北京：中国质检出版社，2011.
［4］刘金锟．先进PID 控制及其Matlab 仿真［M］．北京：电子工业出版社，2003.
［5］李英干，范金鹏.湿度测量［M］．北京：气象出版社，1990.
［6］易洪，孙国华，李占元，等.低霜点湿度检测标准装置的研制［J］.陶瓷学报, 2008(9):301–304.
［7］国防科工委科技与质量司.化学计量［M］.北京：原子能出版社，2002.
［8］崔剑，张学范，辛宗伟，等.一种多路外渗式湿度发生器的研制［J］. 计测技术，2006，26(增刊):77–80.
［9］JJF42–2013分流式湿度发生器校准规范［S］