(一)技術領域：

本發明涉及材料試驗機，具體為一種萬能材料試驗機加熱保溫裝置及其溫度控制方法。

(二)背景技術：

隨著各行業的發展對高性能復合材料的需求不斷加大，以高性能環氧樹脂為基體的復合材料越來越受到人們的關注。由于碳纖維環氧樹脂復合材料具有高強度、耐高溫、較高的韌性、可加工性、耐損傷性以及較低的日常維護費等優點，在家用電器、汽車工業、航空航天、國防等領域得到了廣泛應用。

對復合材料的縱橫向有效彈性模量和破壞強度進行測定的試驗較多，但是環氧樹脂復合材料越來越多地應用于激光防御、高溫保護等具有熱源的環境中，而且又由多種組分構成，當組分間熱膨脹系數差異較大時，即使溫度變化較小，也會在基體中產生很大的微觀熱應力，所以有必要對復合材料在高溫下的力學性能進行測試與理論分析。同樣，對聚丙交酯-乙交酯(PLGA)纖維成型壓力與溫度對材料的力學性能的影響，鋁合金和碳纖維/環氧樹脂復合材料在低溫、室溫及中溫下的力學性能等研究都需要一各具有加熱保溫的試驗裝置來保證試驗的進行。

然而目前國內應用于該類實驗的加熱保溫裝置很少，甚至幾乎沒有，很多對于溫度對材料性能影響的研究基本只能進行理論分析和仿真實驗，由于缺少必要的加熱保溫裝置而無法進行實際的實驗驗證。

(三)發明內容：

針對萬能材料試驗機的不足之處，本發明的目的在于提出一種適用于萬能材料試驗機使用的加熱保溫裝置，該加熱保溫裝置具有體積小、保溫性能好、易于使用、溫度控制精度高、可以分段設置溫度參數及時間等特點。

能夠實現上述目的的萬能材料試驗機加熱保溫裝置，包括加熱保溫機構，所不同的是所述加熱保溫機構包括加熱保溫筒，試驗機的上、下墊塊及其兩墊塊之間夾持材料的模具或夾具置于加熱保溫筒的加熱保溫腔內，所述加熱保溫筒上開設有加熱保溫腔與外界相通的通風口，所述加熱保溫腔內設有感受不同位置溫度數值的溫度傳感器；所述加熱保溫機構還包括接收溫度傳感器信號并對加熱保溫筒進行溫度控制和調節的溫度控制器。

所述溫度控制器為通過接口與微型計算機和執行機構連接的PLC可編程控制器，所述PLC可編程控制器包括CPU中央處理器、IO輸入和輸出模塊、溫度采集A/D模塊、控制輸出D/A模塊。

溫度采集A/D模塊通過溫度傳感器采集到加熱保溫腔內各點的溫度，通過A/D轉換后將模擬量變成數字量，PLC可編程控制器將溫度采集A/D模塊中的溫度數據讀出，并轉換成溫度值，根據控制規則，將控制參數發送給控制輸出D/A模塊，D/A模塊將數字量轉換成模擬量來控制執行機構，從而控制加熱保溫筒的工作電壓及電流和控制通風口外風泵的啟閉，從而達到溫度控制的目的。

所述微型計算機作為上位機可以對溫度控制器進行控制，可以通過分段設置加熱保溫的時間、溫度等參數，將溫度曲線與設置曲線進行比較，記錄保存加熱過程中的各個參數，為試驗提供可靠依據。

所述溫度控制器的溫度控制方法可以采用模糊PID控制算法，模糊PID控制的程序存儲在PLC可編程控制器中。

所述模糊PID控制算法過程為：通過溫度傳感器采樣獲得加熱器的溫度的精確值，采樣值與設定值進行比較，得到兩者的誤差；對誤差求微分，即在一個A/D采樣周期內求誤差的變化Δe，求得誤差變化率ec(de/dt)；將前面所得的誤差及誤差變化率進行模糊化，變成模糊變量；根據專家的知識和現場操作人員的經驗制訂相應的控制策略即控制規則，作為模糊推理的依據。將模糊量作為模糊推理的輸入，在由模糊量和模糊規則，根據推理合成規則進行模糊推理，得到模糊控制量；將模糊控制量轉變成精確的輸出控制量，并將輸出控制量作用于控制執行。

為了測得不同位置的溫度為控制提供精確的參考溫度，所述溫度傳感器至少設置為四個，分別布置于加熱保溫腔的上部、下部、內壁及模具/夾具表面。所述加熱保溫筒的一種結構包括內層發熱體和外層保溫層。

所述發熱體為陶瓷發熱圈。

本發明的優點：

1、本發明萬能材料試驗機加熱保溫裝置采用陶瓷發熱圈，該加熱圈功率高，保溫好，傳熱快且均勻，高溫不變形不易老化，結構簡單。

2、本發明萬能材料試驗機加熱保溫裝置采用多點溫度采集方式，保證采集到的溫度全面、可靠，利用多點溫度之間的關系，可以更加方便地推算出各點的傳熱情況，從而制定精確的控制規則。

3、本發明萬能材料試驗機加熱保溫裝置采用模糊PID控制器，溫度控制系統能夠根據設定溫度自適應的調整控制參數。