简易电热锅炉实验装置设计

高兴泉　赵强　黄东冬　丁三毛　刘志成

摘要：设计了一套简易电热锅炉实验装置。详细阐述了实验装置的组成，包括控制器、测温传感器、变送器等硬件的选型，设计了电气控制电路。设计的电热锅炉操作简单，安全可靠，是非常理想的学生实训平台。

关键词：电热锅炉;实验装置;实训平台

电热锅炉是将电能转化为热能的热力装置，与传统的燃煤锅炉相比，电热锅炉更加环保、可控、节能[1-5]。在学校中，设计一套电热锅炉实验装置可以为学生提供学习平台，学生可以设计算法在该装置上进行验证，还可以测试多种控制器的控制效果。

1电热锅炉的设计

如图1所示为电热锅炉实物图。该电热锅炉由220V交流电供电，通过控制器给锅炉中的水加热。

设计一套电热锅炉实验装置，首先要设计控制开关接线图，并与实物连接，控制开关接线图如图2所示。

按下启动按钮，该装置进入工作状态。其中断路装置起过载和短路保护作用，接觸器起到电起动器的作用。全隔离单相交流调压模块将控制电路与高压电路隔离，把输入的电压信号控制在0～5V。按下停止按钮，电路会断开，锅炉停止工作。电气控制图如图3所示。

2硬件选型

2.1Pt100热电阻

本文选取Pt100热电阻作为温度传感器，用来检测电热锅炉的水温。Pt100是铂热电阻，它的阻值随温度变化而变化，与温度成正比。它的工业原理为：当PT100在0℃时阻值为100Ω，在100℃时阻值约为138.5Ω。若用T表示温度，R表示阻值，两者的关系可近似表达为：T=2.597R。

2.2温度变送器

本文选用SBWZ温度变送器，该温度变送器的作用是将Pt100热电阻传出来的温度信号转换为可传输的标准信号。即将阻值信号转换为和它具有线性关系的电压信号或电流信号。如图4所示为温度变送器原理图。

3电热锅炉控制器的选取

该电热锅炉实验设备，控制器选取普适性强，可以选用单片机，也可以选用PLC，还可以利用计算机对其控制。同时选用相应的数据采集卡进行通讯，完成控制器对电热锅炉的控制。如图5所示为电热锅炉控制原理图。

4结论

本文设计的电热锅炉实验装置易于操作，已经应用于教育教学。为学生了解电热锅炉系统结构以及进行各类验证实验提供平台，并在此实验平台上达到了良好的效果。

参考文献：

[1]郭艳英.智能预测控制在电热锅炉供暖系统中的应用研究[D].东北大学，2012.

[2]余昌源.电加热锅炉温度控制系统的设计及实现[D].内蒙古大学，2014.

[3]王禹萱.预测控制算法在锅炉温度控制系统中的应用研究[D].哈尔滨理工大学，2019.

[4]陆梦进.基于PID的电锅炉温度控制系统的研究与设计[D].武汉工程大学，2016.

[5]王本琪.基于组态王的PLC锅炉温度控制系统的设计[D].中国海洋大学，2012.