高温熔体粘度和温度有着很大的关系，在不同温度下粘度数据差别很大。温度的准确性直接影响着测试的精度，这就对温度的控制提出了很高的要求。本章将围绕硅碳棒的温度控制特性，设计一个双闭环温度控制系统，实现在安全的条件下迅速升温和较高的恒温精度的目标。硅碳棒加热炉的工作特性分析及其控制难点。
    硅碳棒加热炉是采用晶闸管整流器和触发装置对炉温进行控制的。它采用移相触发电路，通过改变晶闸管的控制角的大小来调节输出电流，达到控制电炉温度的目的。它的前级配用温度调节仪，检测端配有铂锗热电偶，对电炉的温度进行测量。硅碳棒是以MoSiz为主体的电阻发热元件。该元件在氧化气氛下加热1200 0C以上时，会在表面生成致密的石英玻璃膜，从而保护元件不再氧化。因此硅碳棒发热体的抗氧化性很好，在氧化气氛下最高可使用到1700 0C。硅碳棒发热体的电阻不像硅碳棒那样随使用的时间或次数增加而增加。因此可以新旧混合使用。硅碳棒的缺点是在低温时脆性较大，因此在组装电炉时需要小心。炉内放置若干个串联成圆形的U型硅碳棒。计算机采用RS-485串行通信接口与下层控制器通信，通过调节双向晶闸管的触发控制电压来控制晶闸管的控制角“，实现温度的控制。
    硅碳棒自身具有的特性是整个温度控制系统设计过程中不容忽视的一个因素。加热元件电阻与温度特性如图3.1所示。在常温状态下硅碳棒的冷端电阻很小，500℃以下略有非线性，500℃以上呈线性增长，随着温度的升高而迅速增加，大的正向电阻温度系数。在工作范围0}-17000C内，电阻率变化0.2-4。一腻，增大约20倍。因此，硅碳棒加热炉开始通电升温时，由于冷态电阻小将会产生很大的冲击电流，硅碳棒加热炉的温度控制系统必须对启动电流进行限制。因此当加热炉从室温开始升温时，温控仪的初始开度应该要小于17};随着温度逐渐升高电阻将会迅速增加，相应地需要加大电流来保证升温速度。硅碳棒在加热电流骤变时容易发生断裂，给系统带来致命的损害。硅碳棒所能承受的最大电流值随温度升高而增大。
    加热系统具有以下特点:①大滞后，大惯性:该对象的滞后特性非常明显。②非线性:炉内温度的升高的增量与电加热炉中电流的增量不是一个线性的关系，这是由于随着炉子温度与外部环境温度温差的不同，其损失能量的比率也不能用线性关系来表示。③升温单向性:加热炉的升温、保温是靠硅碳棒加热，降温则是依靠自然环境冷却，所以当温度一旦超调就很难使用控制手段使其迅速降温。④特性参数不是常数，如硅碳棒的电阻，时间常数等都会随着温度和外界环境的变化而变化。⑤升温过程会受到小如电压波动，大如放入测试用的冷柑祸等各种干扰的影响。⑥具有一些不可测量的参数，它是一个较复杂的受控对象，特性参数不能用简单测试方法来确定。
    在整个测试系统中，温度控制的目标是升温响应快速无超调，实现无静差控制，恒温精度三士0.10C。针对硅铝炉的温度控制，已有的文献中大都采用单环温度控制，没有对电流进行控制，也没有对升温加热电流进行一定的分析和控制设计。这使得若是采用传统的温度控制，系统常会出现较大的电流波动或是很大的冲击电流，升温过程电流不能维持在最大的许可电流，这不仅会大大减少硅碳棒的使用寿命带来损害，而且系统也难以实现测试需要的升温速度和控温精度。www.sdzygw.com