啤酒錐形發酵罐溫度控製中的問題

1. 溫度的定義(yi) 和溫度測量的基本準則
2. 溫度與(yu) 熱量
3. 評價(jia) 溫度控製係統的幾奌看法
一．溫度的定義(yi) 和溫度測量的基本準則
溫度是與(yu) 人類日常生活和生產(chan) 實踐活動為(wei) 密切的物理量之一，在我們(men) 的四周和本身到處都與(yu) 溫度有著密切關(guan) 係。但是並非每個(ge) 人對溫度的定義(yi) 和溫度測量都理解得很清楚，即使是從(cong) 事溫度測量和控製工程的某些技術人員也不例外。這主要是由於(yu) 人們(men) 很容易將溫度和熱的概念相混淆，有時還與(yu) 人的主觀直覺有關(guan) 。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(ti) 冷熱程度的物理量。但這種表述不嚴(yan) 謹，容易產(chan) 生錯覺。例如，當我們(men) 在室內(nei) 去觸摸處於(yu) 同一溫度條件下的木塊、泡沫塑料和金屬棒時，就會(hui) 感到稍有差別，顯然我們(men) 不能由此而判定它們(men) 的溫度不相同。其中的道理並不簡單，它不僅(jin) 與(yu) 物體(ti) 的性質、體(ti) 溫與(yu) 室溫有關(guan) ，而且與(yu) 人產(chan) 生熱感覺的方式有關(guan) 。因此，要正確地理解物體(ti) 溫度的含義(yi) ，必須對溫度的概念做一科學的定義(yi) 。
溫度的科學定義(yi) 出自於(yu) 熱力學第零定律，這裏不一一表述，可以通俗地認為(wei) ：溫度就是表征物體(ti) 熱平衡狀態的狀態參數，當兩(liang) 個(ge) 處於(yu) 熱平衡狀態的物體(ti) 間相接觸而無熱量交換時，此兩(liang) 物體(ti) 具有相同的溫度；當兩(liang) 個(ge) 處於(yu) 熱平衡狀態的物體(ti) 相接觸有熱量交換時，此兩(liang) 物體(ti) 具有不同的溫度，且熱量由溫度較高的物體(ti) 流向較低的物體(ti) 。這裏有兩(liang) 奌必須加以說明：一是物體(ti) 的熱平衡狀態指的是物體(ti) 內(nei) 部無熱量交換處於(yu) 熱平衡；二是物體(ti) 間無熱量交換時，此兩(liang) 物體(ti) 間熱平衡。反過來講熱平衡，其目的在於(yu) 加深印象，理想的熱平衡實際上並不存在，隻能做到接近熱平衡，這就是溫度這個(ge) 物理量難理解和不易測準的原因所在。
我們(men) 用溫度計去測量某物體(ti) 的溫度，並非隻要將溫度計的感溫部分接觸被測物體(ti) ，溫度計的顯示值就是被測物體(ti) 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，隻有當溫度計感溫部分與(yu) 被測物體(ti) 間無熱量交換即熱平衡時，才是被測物體(ti) 的溫度。因此，在使用溫度計測量物體(ti) 溫度時，盡量減少溫度計感溫部分與(yu) 被測物體(ti) 間的熱流，並控製在允許範圍內(nei) ，是溫度測量的基本準則。單位時間內(nei) 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(wei) 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杆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範圍內(nei) ，若想進一步減少誤差，還可以用絕熱材料將整個(ge) 溫度計包裹起來，以阻隔周邊環境溫度變化對溫度測量的影響。
還有一點必須強調：被測物體(ti) 的溫度實際上不可能是均勻的，溫度測量點的溫度僅(jin) 代表物體(ti) 這一部分的溫度。
二, 溫度與(yu) 熱量
溫度是表征物體(ti) 宏觀熱狀態的狀態參數，從(cong) 微觀來看，溫度是物體(ti) 內(nei) 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(ti) 內(nei) 分子熱運動激烈程度，物體(ti) 的溫度也將隨之升高或降低。可見，溫度是描述物體(ti) 熱狀態，而熱量是物體(ti) 狀態變化過程中與(yu) 外界交換能量的一種形式。溫度與(yu) 物體(ti) 的熱狀態有關(guan) ，而熱量卻與(yu) 物體(ti) 狀態變化的過程有關(guan) 。兩(liang) 者間有，但卻是兩(liang) 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(ti) 到物體(ti) 的溫度控製問題，而不是討論熱力機械，不考慮物體(ti) 與(yu) 外界機械能的交換。對一定質量的物體(ti) 而言，物體(ti) 溫度的升高或降低，*取決(jue) 於(yu) 與(yu) 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。控製溫度，實際上就是選擇一種可以控製的傳(chuan) 熱渠道，使被控對象的輸入或輸出的熱量與(yu) 可控傳(chuan) 熱渠道的輸出或輸入熱量保持平衡。所以，控製溫度實質上就是控製可控傳(chuan) 熱渠道的熱交換量。所謂可控傳(chuan) 熱渠道就是日常所說的換熱器、加熱器、致冷器等，發酵罐外壁上的冷卻夾套即冷帶就是一種換熱器。發酵罐外壁上安裝的溫度計是用來控製冷卻夾套內(nei) 致冷介質帶走的熱量，它顯示的是測量點處發酵液的溫度，整個(ge) 罐內(nei) 的溫度分布與(yu) 許多因素有關(guan) ，在整個(ge) 發酵工藝流程中的不同階段也不一樣，下麵我們(men) 將會(hui) 專(zhuan) 門來討論這個(ge) 問題。
三，評價(jia) 溫度控製係統的幾點看法
溫度控製係統一般都采用閉環控製，即由傳(chuan) 感部分從(cong) 控製對象采集被控參數信號，傳(chuan) 至調節器與(yu) 設定值比較，根據比較結果調節器輸出控製信號給執行機構，調節控製對象的被控參數。控製對象是閉環中很重要的一環，以上討論的問題大部分都與(yu) 此有關(guan) ，不要以為(wei) 我們(men) 有了溫度計、調節器和執行機構，就能使溫度控製穩定且均勻。首先必須對控製對象的熱結構有一科學的分析，正確地選用溫度計並確定其安裝位置，否則就可能產(chan) 生溫度來回波動和較大的溫度梯度。因此，在評價(jia) 一溫度控製係統時，首先要看控製方案中的熱結構分析，這是前提和基礎。
其次,在工業(ye) 生產(chan) 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，中間環節越少可靠性就越高。就整個(ge) 溫度控製係統而言，重要的是傳(chuan) 感部分和執行機構，這兩(liang) 部分的故障率據美國的霍尼威爾公司統計：傳(chuan) 統的控製係統有近80％的故障是由傳(chuan) 感部分和執行機構的故障而產(chan) 生，而其中傳(chuan) 感部分占45％。因此，提高可靠性的重點是傳(chuan) 感和執行兩(liang) 部分，而不是其他。這—奌往往容易被忽視，尤其是對從(cong) 事計算機工作的人員，他們(men) 的注意力往往放在計算機的軟硬件上，而忽視了其他控製環節。在我國剛推廣使用計算機控溫時，經常出故障，有人就認為(wei) 用計算機控溫不行，實際上不是計算機的問題，而是其他環節的問題。
再談一下“性”問題，在市場經濟情況下，隻有有經濟回報或稱為(wei) 有價(jia) 值回報的“性”，那種無價(jia) 值回報的所謂“性”毫無意義(yi) 。一個(ge) 係統並不是因為(wei) 你采用了某項新技術或新組件，整個(ge) 控製係統就。整個(ge) 係統的性，應當從(cong) 整個(ge) 控製環節來全麵評價(jia) ，且並非一成不變，應該根據實際情況而改變。何況到底是否應由用戶，用實際的經濟指標來說話。