啤酒錐形發(fā)酵罐溫度控制中的問題

1. 溫度的定義和溫度測量的基本準則
2. 溫度與熱量
3. 評價溫度控制系統(tǒng)的幾奌看法
一．溫度的定義和溫度測量的基本準則
溫度是與人類日常生活和生產(chǎn)實踐活動為密切的物理量之一，在我們的四周和本身到處都與溫度有著密切關(guān)系。但是并非每個人對溫度的定義和溫度測量都理解得很清楚，即使是從事溫度測量和控制工程的某些技術(shù)人員也不例外。這主要是由于人們很容易將溫度和熱的概念相混淆，有時還與人的主觀直覺有關(guān)。在所有基本物理量中，溫度是難理解和不易測準的物理量。
通俗的溫度概念將溫度說成是表征物體冷熱程度的物理量。但這種表述不嚴謹，容易產(chǎn)生錯覺。例如，當我們在室內(nèi)去觸摸處于同一溫度條件下的木塊、泡沫塑料和金屬棒時，就會感到稍有差別，顯然我們不能由此而判定它們的溫度不相同。其中的道理并不簡單，它不僅與物體的性質(zhì)、體溫與室溫有關(guān)，而且與人產(chǎn)生熱感覺的方式有關(guān)。因此，要正確地理解物體溫度的含義，必須對溫度的概念做一科學的定義。
溫度的科學定義出自于熱力學第零定律，這里不一一表述，可以通俗地認為：溫度就是表征物體熱平衡狀態(tài)的狀態(tài)參數(shù)，當兩個處于熱平衡狀態(tài)的物體間相接觸而無熱量交換時，此兩物體具有相同的溫度；當兩個處于熱平衡狀態(tài)的物體相接觸有熱量交換時，此兩物體具有不同的溫度，且熱量由溫度較高的物體流向較低的物體。這里有兩奌必須加以說明：一是物體的熱平衡狀態(tài)指的是物體內(nèi)部無熱量交換處于熱平衡；二是物體間無熱量交換時，此兩物體間熱平衡。反過來講熱平衡，其目的在于加深印象，理想的熱平衡實際上并不存在，只能做到接近熱平衡，這就是溫度這個物理量難理解和不易測準的原因所在。
我們用溫度計去測量某物體的溫度，并非只要將溫度計的感溫部分接觸被測物體，溫度計的顯示值就是被測物體的真實溫度。溫度計顯示的實際上是溫度計感溫部分的溫度，只有當溫度計感溫部分與被測物體間無熱量交換即熱平衡時，才是被測物體的溫度。因此，在使用溫度計測量物體溫度時，盡量減少溫度計感溫部分與被測物體間的熱流，并控制在允許范圍內(nèi)，是溫度測量的基本準則。單位時間內(nèi)通過感溫部分的熱量即熱流愈大，溫度測量的誤差也就愈大；反之，誤差就愈小。為此，在使用溫度計測量溫度時，應當有—定的插入深度，以便將外界通過溫度計桿的熱流在到達感溫部分前進行分流，使通過感溫部分的熱流減到允許范圍內(nèi)，若想進一步減少誤差，還可以用絕熱材料將整個溫度計包裹起來，以阻隔周邊環(huán)境溫度變化對溫度測量的影響。
還有一點必須強調(diào)：被測物體的溫度實際上不可能是均勻的，溫度測量點的溫度僅代表物體這一部分的溫度。
二, 溫度與熱量
溫度是表征物體宏觀熱狀態(tài)的狀態(tài)參數(shù)，從微觀來看，溫度是物體內(nèi)分子熱運動激烈程度的表征，熱量的輸入或輸出，可加劇或減緩物體內(nèi)分子熱運動激烈程度，物體的溫度也將隨之升高或降低?？梢姡瑴囟仁敲枋鑫矬w熱狀態(tài)，而熱量是物體狀態(tài)變化過程中與外界交換能量的一種形式。溫度與物體的熱狀態(tài)有關(guān)，而熱量卻與物體狀態(tài)變化的過程有關(guān)。兩者間有，但卻是兩種概念，溫度是基本物理量，熱量是能量的一種形式，其間可用熱力學*定律起來。
具體到物體的溫度控制問題，而不是討論熱力機械，不考慮物體與外界機械能的交換。對一定質(zhì)量的物體而言，物體溫度的升高或降低，*取決于與外界間熱交換的熱流方向和大小。要提高溫度就輸入熱量，降低溫度就輸出熱量，要保持溫度不變需要*絕熱或者使輸入和輸出的熱量保持平衡。控制溫度，實際上就是選擇一種可以控制的傳熱渠道，使被控對象的輸入或輸出的熱量與可控傳熱渠道的輸出或輸入熱量保持平衡。所以，控制溫度實質(zhì)上就是控制可控傳熱渠道的熱交換量。所謂可控傳熱渠道就是日常所說的換熱器、加熱器、致冷器等，發(fā)酵罐外壁上的冷卻夾套即冷帶就是一種換熱器。發(fā)酵罐外壁上安裝的溫度計是用來控制冷卻夾套內(nèi)致冷介質(zhì)帶走的熱量，它顯示的是測量點處發(fā)酵液的溫度，整個罐內(nèi)的溫度分布與許多因素有關(guān)，在整個發(fā)酵工藝流程中的不同階段也不一樣，下面我們將會專門來討論這個問題。
三，評價溫度控制系統(tǒng)的幾點看法
溫度控制系統(tǒng)一般都采用閉環(huán)控制，即由傳感部分從控制對象采集被控參數(shù)信號，傳至調(diào)節(jié)器與設(shè)定值比較，根據(jù)比較結(jié)果調(diào)節(jié)器輸出控制信號給執(zhí)行機構(gòu)，調(diào)節(jié)控制對象的被控參數(shù)?？刂茖ο笫情]環(huán)中很重要的一環(huán)，以上討論的問題大部分都與此有關(guān)，不要以為我們有了溫度計、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行機構(gòu)，就能使溫度控制穩(wěn)定且均勻。首先必須對控制對象的熱結(jié)構(gòu)有一科學的分析，正確地選用溫度計并確定其安裝位置，否則就可能產(chǎn)生溫度來回波動和較大的溫度梯度。因此，在評價一溫度控制系統(tǒng)時，首先要看控制方案中的熱結(jié)構(gòu)分析，這是前提和基礎(chǔ)。
其次,在工業(yè)生產(chǎn)中, 可靠性始終是放在*位的，無論是機械的還是電子的，在滿足功能的情況下，越簡單，中間環(huán)節(jié)越少可靠性就越高。就整個溫度控制系統(tǒng)而言，重要的是傳感部分和執(zhí)行機構(gòu)，這兩部分的故障率據(jù)美國的霍尼威爾公司統(tǒng)計：傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)有近80％的故障是由傳感部分和執(zhí)行機構(gòu)的故障而產(chǎn)生，而其中傳感部分占45％。因此，提高可靠性的重點是傳感和執(zhí)行兩部分，而不是其他。這—奌往往容易被忽視，尤其是對從事計算機工作的人員，他們的注意力往往放在計算機的軟硬件上，而忽視了其他控制環(huán)節(jié)。在我國剛推廣使用計算機控溫時，經(jīng)常出故障，有人就認為用計算機控溫不行，實際上不是計算機的問題，而是其他環(huán)節(jié)的問題。
再談一下“性”問題，在市場經(jīng)濟情況下，只有有經(jīng)濟回報或稱為有價值回報的“性”，那種無價值回報的所謂“性”毫無意義。一個系統(tǒng)并不是因為你采用了某項新技術(shù)或新組件，整個控制系統(tǒng)就。整個系統(tǒng)的性，應當從整個控制環(huán)節(jié)來全面評價，且并非一成不變，應該根據(jù)實際情況而改變。何況到底是否應由用戶，用實際的經(jīng)濟指標來說話。