啤酒錐(zhui)形發酵(jiao)罐溫度(du)控制中(zhong)的問(wen)題

1. 溫(wen)度(du)的定義和(he)溫(wen)度(du)測(ce)量的基(ji)本(ben)準(zhun)則
2. 溫度(du)與(yu)熱量
3. 評(ping)價溫度(du)控制系(xi)統(tong)的幾(ji)奌(奌)看法
壹(yi)．溫度(du)的定義和(he)溫(wen)度(du)測(ce)量的基(ji)本(ben)準(zhun)則
溫度(du)是(shi)與(yu)人(ren)類(lei)日(ri)常生(sheng)活和(he)生(sheng)產(chan)實(shi)踐(jian)活(huo)動(dong)為(wei)密切的物理量之(zhi)壹(yi)，在(zai)我們(men)的四(si)周和(he)本(ben)身(shen)到處(chu)都與溫(wen)度(du)有(you)著密切關(guan)系(xi)。但(dan)是(shi)並非每(mei)個(ge)人(ren)對(dui)溫度(du)的定義和(he)溫(wen)度(du)測(ce)量都理解(jie)得很(hen)清楚，即使是(shi)從(cong)事(shi)溫(wen)度(du)測(ce)量和(he)控制工(gong)程(cheng)的某(mou)些(xie)技術人(ren)員(yuan)也不例(li)外(wai)。這(zhe)主(zhu)要是(shi)由(you)於(yu)人(ren)們(men)很(hen)容易將溫(wen)度(du)和(he)熱(re)的概(gai)念相(xiang)混淆，有(you)時還與人(ren)的主(zhu)觀(guan)直覺有(you)關(guan)。在(zai)所(suo)有(you)基本(ben)物理量中，溫(wen)度(du)是(shi)難(nan)理解(jie)和(he)不(bu)易測(ce)準(zhun)的物理量。
通俗(su)的溫(wen)度(du)概(gai)念將溫(wen)度(du)說(shuo)成是(shi)表(biao)征物體冷熱程(cheng)度(du)的物理量。但(dan)這種(zhong)表述(shu)不嚴(yan)謹，容易產(chan)生錯(cuo)覺。例(li)如(ru)，當我們(men)在室(shi)內去觸(chu)摸(mo)處(chu)於(yu)同壹(yi)溫度(du)條件(jian)下的木塊、泡沫塑料和(he)金(jin)屬(shu)棒時，就(jiu)會(hui)感(gan)到稍有(you)差別，顯(xian)然(ran)我們(men)不能(neng)由(you)此而(er)判定它(ta)們(men)的溫(wen)度(du)不(bu)相(xiang)同。其(qi)中(zhong)的道(dao)理(li)並不簡(jian)單(dan)，它不(bu)僅(jin)與物體的性(xing)質(zhi)、體溫與(yu)室(shi)溫(wen)有(you)關(guan)，而(er)且與(yu)人(ren)產(chan)生熱(re)感(gan)覺的方式(shi)有(you)關(guan)。因(yin)此(ci)，要正(zheng)確(que)地(di)理解(jie)物體溫度(du)的含(han)義，必(bi)須對(dui)溫度(du)的概(gai)念做壹科學的定義。
溫度(du)的科學定義出自於(yu)熱力(li)學第(di)零定律(lv)，這(zhe)裏(li)不壹(yi)壹(yi)表述(shu)，可以通俗(su)地(di)認為：溫(wen)度(du)就(jiu)是(shi)表(biao)征物體熱平(ping)衡(heng)狀(zhuang)態(tai)的狀(zhuang)態(tai)參(can)數，當兩(liang)個(ge)處(chu)於(yu)熱平(ping)衡狀(zhuang)態(tai)的物體間相(xiang)接觸(chu)而(er)無(wu)熱量交(jiao)換時，此(ci)兩(liang)物體具有(you)相(xiang)同的溫(wen)度(du)；當兩(liang)個(ge)處(chu)於(yu)熱平(ping)衡狀(zhuang)態(tai)的物體相(xiang)接觸(chu)有(you)熱量交(jiao)換時，此(ci)兩(liang)物體具有(you)不同(tong)的溫(wen)度(du)，且熱(re)量由(you)溫度(du)較(jiao)高的物體流向(xiang)較(jiao)低的物體。這裏(li)有(you)兩(liang)奌必(bi)須加以說明(ming)：壹是(shi)物體的熱(re)平(ping)衡狀(zhuang)態(tai)指(zhi)的是(shi)物體內部無(wu)熱量交(jiao)換處(chu)於(yu)熱平(ping)衡；二(er)是(shi)物體間無(wu)熱量交(jiao)換時，此(ci)兩(liang)物體間熱(re)平(ping)衡(heng)。反(fan)過(guo)來(lai)講熱(re)平衡，其(qi)目的在(zai)於(yu)加深印象(xiang)，理(li)想的熱(re)平(ping)衡實(shi)際(ji)上(shang)並不存(cun)在(zai)，只(zhi)能做到接近(jin)熱(re)平(ping)衡(heng)，這就是(shi)溫(wen)度(du)這(zhe)個(ge)物理量難(nan)理解(jie)和(he)不(bu)易測(ce)準(zhun)的原(yuan)因所(suo)在(zai)。
我們(men)用溫(wen)度(du)計(ji)去測量某物體的溫(wen)度(du)，並非只(zhi)要將溫(wen)度(du)計(ji)的感(gan)溫部分(fen)接觸(chu)被測物體，溫度(du)計(ji)的顯(xian)示值就是(shi)被測物體的真(zhen)實(shi)溫度(du)。溫(wen)度(du)計(ji)顯(xian)示的實(shi)際(ji)上(shang)是(shi)溫(wen)度(du)計(ji)感(gan)溫部分(fen)的溫(wen)度(du)，只(zhi)有(you)當溫(wen)度(du)計(ji)感(gan)溫部分(fen)與被測物體間無(wu)熱量交(jiao)換即熱平(ping)衡時，才(cai)是(shi)被測物體的溫(wen)度(du)。因(yin)此，在使用(yong)溫(wen)度(du)計(ji)測量物體溫度(du)時，盡(jin)量減少(shao)溫度(du)計(ji)感(gan)溫部分(fen)與被測物體間的熱(re)流，並控制在(zai)允許範(fan)圍(wei)內(nei)，是(shi)溫(wen)度(du)測(ce)量的基(ji)本(ben)準(zhun)則。單位時間(jian)內(nei)通(tong)過感(gan)溫部分(fen)的熱(re)量即熱流愈大，溫(wen)度(du)測(ce)量的誤(wu)差(cha)也就愈大；反(fan)之(zhi)，誤(wu)差(cha)就(jiu)愈小。為(wei)此(ci)，在使(shi)用(yong)溫度(du)計(ji)測量溫度(du)時，應(ying)當有(you)—定的插(cha)入(ru)深度(du)，以便(bian)將外(wai)界通過(guo)溫(wen)度(du)計(ji)桿的熱(re)流在(zai)到達感(gan)溫部分(fen)前(qian)進(jin)行分流，使(shi)通(tong)過(guo)感(gan)溫部分(fen)的熱(re)流減(jian)到允許範(fan)圍(wei)內(nei)，若想進壹(yi)步(bu)減少(shao)誤差，還可以用絕(jue)熱材(cai)料將整個(ge)溫度(du)計(ji)包裹起來(lai)，以阻(zu)隔(ge)周邊(bian)環(huan)境溫度(du)變化對(dui)溫度(du)測(ce)量的影響。
還有(you)壹點必(bi)須強(qiang)調：被測物體的溫(wen)度(du)實(shi)際(ji)上(shang)不(bu)可能是(shi)均(jun)勻的，溫(wen)度(du)測(ce)量點的溫(wen)度(du)僅(jin)代表物體這壹(yi)部分(fen)的溫(wen)度(du)。
二(er), 溫度(du)與(yu)熱量
溫度(du)是(shi)表(biao)征物體宏觀熱(re)狀(zhuang)態(tai)的狀(zhuang)態(tai)參(can)數，從(cong)微(wei)觀來(lai)看，溫度(du)是(shi)物體內分(fen)子熱(re)運動(dong)激烈程度(du)的表(biao)征，熱(re)量的輸入(ru)或(huo)輸出(chu)，可加劇或減(jian)緩(huan)物體內分(fen)子熱(re)運動(dong)激烈程度(du)，物體的溫(wen)度(du)也將隨之(zhi)升(sheng)高或(huo)降(jiang)低。可見，溫度(du)是(shi)描(miao)述(shu)物體熱狀(zhuang)態(tai)，而(er)熱(re)量是(shi)物體狀(zhuang)態(tai)變化過程中(zhong)與外(wai)界交(jiao)換能量的壹(yi)種(zhong)形式(shi)。溫(wen)度(du)與(yu)物體的熱(re)狀(zhuang)態(tai)有(you)關(guan)，而(er)熱(re)量卻(que)與(yu)物體狀(zhuang)態(tai)變化的過(guo)程(cheng)有(you)關(guan)。兩(liang)者間有(you)，但(dan)卻(que)是(shi)兩(liang)種概(gai)念，溫(wen)度(du)是(shi)基(ji)本(ben)物理量，熱量是(shi)能(neng)量的壹(yi)種(zhong)形式(shi)，其(qi)間(jian)可用熱力學(xue)*定律(lv)起(qi)來(lai)。
具體到物體的溫(wen)度(du)控制問(wen)題，而不(bu)是(shi)討論(lun)熱(re)力機(ji)械，不(bu)考慮物體與外(wai)界機(ji)械能(neng)的交(jiao)換。對(dui)壹定質(zhi)量的物體而言(yan)，物體溫度(du)的升(sheng)高或(huo)降(jiang)低，*取決於(yu)與外(wai)界間熱(re)交(jiao)換的熱(re)流方向(xiang)和(he)大(da)小(xiao)。要提高溫(wen)度(du)就(jiu)輸入(ru)熱(re)量，降低溫度(du)就(jiu)輸出(chu)熱(re)量，要保持(chi)溫度(du)不(bu)變需要*絕熱(re)或者使輸入(ru)和(he)輸出(chu)的熱(re)量保持(chi)平衡(heng)。控制溫(wen)度(du)，實(shi)際(ji)上(shang)就(jiu)是(shi)選(xuan)擇壹(yi)種(zhong)可以控制的傳(chuan)熱(re)渠(qu)道(dao)，使被控對(dui)象的輸入(ru)或(huo)輸出(chu)的熱(re)量與可控傳熱(re)渠(qu)道(dao)的輸出(chu)或(huo)輸入(ru)熱(re)量保持(chi)平衡(heng)。所以，控制溫(wen)度(du)實(shi)質(zhi)上(shang)就(jiu)是(shi)控制可控傳熱(re)渠(qu)道(dao)的熱(re)交(jiao)換量。所謂(wei)可控傳熱(re)渠(qu)道(dao)就是(shi)日(ri)常所(suo)說的換熱器、加熱器、致(zhi)冷器等，發酵(jiao)罐外壁上(shang)的冷卻(que)夾(jia)套(tao)即冷帶就(jiu)是(shi)壹(yi)種(zhong)換熱器。發酵(jiao)罐外壁上(shang)安(an)裝的溫(wen)度(du)計(ji)是(shi)用(yong)來(lai)控制冷卻(que)夾(jia)套(tao)內致(zhi)冷介質(zhi)帶走的熱(re)量，它顯(xian)示的是(shi)測(ce)量點處(chu)發酵(jiao)液(ye)的溫(wen)度(du)，整個(ge)罐內的溫(wen)度(du)分(fen)布(bu)與許多因(yin)素(su)有(you)關(guan)，在(zai)整個(ge)發酵(jiao)工(gong)藝(yi)流程(cheng)中(zhong)的不(bu)同(tong)階段(duan)也不壹(yi)樣，下面我們(men)將會(hui)專門(men)來(lai)討論(lun)這(zhe)個(ge)問(wen)題。
三(san)，評(ping)價溫度(du)控制系(xi)統(tong)的幾(ji)點看法
溫(wen)度(du)控制系(xi)統(tong)壹般都采(cai)用(yong)閉(bi)環(huan)控制，即由(you)傳感(gan)部分(fen)從(cong)控制對(dui)象采(cai)集被控參(can)數信號，傳(chuan)至(zhi)調節器(qi)與(yu)設定值比較(jiao)，根據(ju)比(bi)較(jiao)結(jie)果(guo)調(tiao)節器(qi)輸出(chu)控制信號給(gei)執行機(ji)構，調(tiao)節控制對(dui)象的被控參(can)數。控制對(dui)象是(shi)閉(bi)環(huan)中(zhong)很(hen)重(zhong)要的壹(yi)環(huan)，以上(shang)討論(lun)的問(wen)題大部分(fen)都與此(ci)有(you)關(guan)，不(bu)要以為我們(men)有(you)了溫(wen)度(du)計(ji)、調節器(qi)和(he)執行機(ji)構，就(jiu)能(neng)使(shi)溫(wen)度(du)控制穩定且均(jun)勻。首(shou)先(xian)必(bi)須對(dui)控制對(dui)象的熱(re)結(jie)構有(you)壹科學的分(fen)析，正(zheng)確(que)地(di)選(xuan)用溫(wen)度(du)計(ji)並確(que)定其(qi)安(an)裝(zhuang)位置，否(fou)則(ze)就可能產(chan)生溫(wen)度(du)來(lai)回波(bo)動(dong)和(he)較(jiao)大的溫(wen)度(du)梯度(du)。因(yin)此，在評(ping)價壹溫度(du)控制系(xi)統(tong)時，首(shou)先(xian)要看控制方案中(zhong)的熱(re)結(jie)構分(fen)析，這是(shi)前(qian)提和(he)基(ji)礎(chu)。
其(qi)次(ci),在(zai)工(gong)業生(sheng)產(chan)中, 可靠性(xing)始(shi)終是(shi)放在(zai)*位的，無(wu)論是(shi)機(ji)械的還是(shi)電(dian)子的，在(zai)滿足(zu)功(gong)能的情(qing)況下，越簡(jian)單，中(zhong)間(jian)環(huan)節越(yue)少(shao)可靠性(xing)就(jiu)越高。就(jiu)整個(ge)溫度(du)控制系(xi)統(tong)而言(yan)，重(zhong)要的是(shi)傳(chuan)感(gan)部分(fen)和(he)執行機(ji)構，這(zhe)兩(liang)部分(fen)的故(gu)障(zhang)率據(ju)美(mei)國的霍(huo)尼(ni)威(wei)爾(er)公司統(tong)計：傳(chuan)統(tong)的控制系(xi)統(tong)有(you)近(jin)80％的故(gu)障(zhang)是(shi)由(you)傳感(gan)部分(fen)和(he)執行機(ji)構的故(gu)障(zhang)而產(chan)生，而(er)其(qi)中(zhong)傳(chuan)感(gan)部分(fen)占(zhan)45％。因(yin)此(ci)，提高可靠性(xing)的重(zhong)點是(shi)傳(chuan)感(gan)和(he)執行兩(liang)部分(fen)，而不(bu)是(shi)其(qi)他(ta)。這(zhe)—奌(奌)往(wang)往容易被忽視，尤(you)其(qi)是(shi)對(dui)從(cong)事(shi)計(ji)算(suan)機(ji)工(gong)作(zuo)的人(ren)員(yuan)，他(ta)們(men)的註(zhu)意(yi)力(li)往往放在(zai)計算(suan)機(ji)的軟(ruan)硬(ying)件上(shang)，而(er)忽視了(le)其(qi)他(ta)控制環(huan)節。在(zai)我國(guo)剛(gang)推廣使(shi)用計(ji)算(suan)機(ji)控溫時，經(jing)常出(chu)故(gu)障(zhang)，有(you)人(ren)就(jiu)認(ren)為(wei)用計算(suan)機(ji)控溫不(bu)行，實(shi)際(ji)上(shang)不(bu)是(shi)計(ji)算(suan)機(ji)的問(wen)題，而是(shi)其(qi)他(ta)環(huan)節的問(wen)題。
再談壹(yi)下“性”問(wen)題，在市(shi)場(chang)經(jing)濟(ji)情(qing)況下，只(zhi)有(you)有(you)經濟(ji)回報或稱(cheng)為(wei)有(you)價值回報的“性(xing)”，那(na)種無(wu)價值回報的所(suo)謂(wei)“性”毫無(wu)意(yi)義。壹個(ge)系統(tong)並不是(shi)因(yin)為(wei)妳(ni)采(cai)用(yong)了某項(xiang)新(xin)技術或新(xin)組(zu)件，整個(ge)控制系(xi)統(tong)就。整個(ge)系統(tong)的性(xing)，應(ying)當從(cong)整個(ge)控制環(huan)節來(lai)全(quan)面評(ping)價，且並非壹(yi)成不變，應該根據實(shi)際(ji)情(qing)況而改(gai)變。何況(kuang)到底(di)是(shi)否(fou)應(ying)由(you)用戶(hu)，用實(shi)際(ji)的經(jing)濟(ji)指(zhi)標來(lai)說話(hua)。