压力检测与控制试验系统设计讲解

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1、XXXX大学XXX学院检测技术与控制仪表课程设计报告题目压力检测与控制试验系统设计专业班级姓名学号指导教师年 月 日压力检测与控制试验系统设计设计任务1、设计参数上位水箱尺寸：800 X 500 X 600mm,上位水箱离地200mm安装，通过直径 为20mm的PVC管道与其他设备相连，设备离地30mm，要求测量设备入口处 的压力。测量误差不超过压力示值的土 1%。2、设计要求(1) 上位水箱通过水泵供水，通过变频器控制水泵的转速；(2) 通过查阅相关设备手册或上网查询，选择压力传感器、调节器、调节阀、 变频器、水泵等设备(包括设备名称、型号、性能指标等)；(3) 设备选型要有一定的理论计算；

2、(4) 用所选设备构成实验系统，画出系统结构图；(5) 列出所能开设的实验，并写出实验目的、步骤、要求等。课程设计评语设计报告成绩(30%)设计过程成绩(30%)答辩成绩(40%)总成绩压力传感器是现代工业社会最常用的传感器之一，被广泛的应用于航空航 天、石油化工，汽车制造等领域。随着现代工业的发展，对于压力传感器的需求 量越来越大，要求也越来越高，传统的传感器生产及性能已逐渐不能满足需求， 各个传感器生产厂商开始研制生产新型传感器，并增加自动化生产线，提高生产 效率，减少成本，以提高市场竞争力和适应现代工业的应用。传统的传感器的测 量方法大都采用手工操作，特别是压力传感器，基本上都是采用手动

3、油压或气压 标定。尽管近几年也从国外引进了部分标定设备，但价格昂贵，不易推广。本系 统应设计出的智能压力检测系统，成本低廉，使用方便，精度也比较高。系统硬件设计有压力传感器测量压力，并将测量的信号输入放大器，然后送 至A/D转换器，A/D转换器将输入的模拟信号转换为数宇信号送至单片机。单片 机根据已编制好的程序，对压阻元件非线性测量误差进行修正并对修正后的数据 进行处理。同时该系统兼具有键盘输入，LED显示与超限报警功能。关键词：压力传感器，新型，现代工业ABSTRACTPressure sensor is one of the most commonly used sensors in mo

4、d ern industrial society, is widely used in aerospace, petrochemical, automo bile manufacturing and other fields. With the development of modern ind ustry, the growing demand for pressure sensor, also more and more de manding, traditional sensor production and performance has been gradual ly cannot

5、meet the demand, each sensor manufacturers began to produc e new type of sensor, and increase the automation production line, impr ove the production efficiency, reduce costs, in order to improve the mark et competitiveness and adapt to the modern industrial applications.Traditi onal sensor measurem

6、ents are mostly USES the manual operation, espe cially the pressure sensor, basically is to use manual hydraulic or air pre ssure calibration. Although also introduced part of the calibration equipme nt from abroad in recent years, but the price is expensive, not easy to p romote. The system shall b

7、e designed the intelligent pressure detection s ystem, low cost, easy to use, has a high accuracy.The hardware of the system is designed to measure the pressure of the pressure sensor, and the measured signal is input to the amplifier, and then sent to the A / D converter, the A / D converter conver

8、ts the i nput analog signal to a digital signal to the microcontroller. According to the program which has been compiled, the single chip microcomputer is used to correct the nonlinear measurement error of the piezoresistive ele ment and process the corrected data. At the same time, the system also

9、has a keyboard input, LED display and overrun alarm function.KEY WORDS： pressure sensor, new type, modern industrial目录第一章压力传感器11.1压力检测与控制试验系统的结构图11.2总体结构设计的思路11.3完整的压力检测系统1第二章变频器22.1变频器的工作原理22.2变频器选型32.3变频器所选型号4第三章水泵53.1水泵选型的步骤53.1.1选泵列出基本数据53.1.2选泵确定流量、扬程流量:53.2水泵的型号6第四章变压式传感器 7第五章调节器8第六章控制阀9课程设计总结

10、10参考文献11第一章压力传感器1.1压力检测与控制试验系统的结构图:压力检测控制/统结构图图1.11.2总体结构设计的思路:第一步：根据课设要求选取合适的器件，并通过相应的理论计算进行选取 第二步：进行控制系统回路的连接第三步：在连接好相应地回路后，根据给定的数值进行理论计算，用压力传感器 对设备入口处压力进行测量，通过调节器使测得的值和给定值进行比较，若测得 的值使测量误差超过压力示值的土 1%，则需对产生的偏差进行比例、积分或微分 处理后，输出调节信号控制执行器的动作，改变调节阀阀芯和阀座间的流通面积， 同时控制变频器对水泵的控制，调节水泵的转速以达到适当的进水速度，从而使 测量误差不超

11、过压力示值的土 1%。1.3完整的压力检测系统一个完整的压力检测系统包括：取压口；引压管路和压力检测仪表 一个简单的压力检测系统示意图（下图）第二章变频器变频器是把工频电源(50Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速 运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流 电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交 流电。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制 4个部分组成。 整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为 IGBT三相桥式逆变器，且 输出为PWM波形，中间直流

12、环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。2.1变频器的工作原理我们知道，交流电动机的同步转速表达式位：n = 60 f(1 s)/p 式中n异步电动机的转速；f异步电动机的频率；s电动机转差率；p电动机极对数。由上式可知，转速n与频率f成正比，只要改变频率f即可改变电动机的转速， 当频率f在050Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是 通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速 手段。2.2变频器选型变频器选型时要确定以下几点：1）采用变频的目的；恒压控制或恒流控制等。2）变频器的负载类型；如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲 线，性能曲线决定了应

13、用时的方式方法。3）变频器与负载的匹配问题；I. 电压匹配；变频器的额定电压与负载的额定电压相符。II. 电流匹配；普通的离心泵，变频器的额定电流与电机的额定电流 相符。对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数，以最大电流 确定变频器电流和过载能力。III. 转矩匹配；这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。4）在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波 增加导致输出电流值增大。因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要 稍大于普通电机的选型。5）变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地耦合 电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这样情况下，变频器容量要

14、放 大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。6）对于一些特殊的应用场合，如高温，高海拔，此时会引起变频器的 降容，变频器容量要放大一挡。2.3变频器所选型号:G11系列低噪声高性能多功能变频器简单介铝特点采用富士电机独自开发的动态转矩矢星控制方式，在。.5Hm时的起动转矩可达到2加物。-具有包括自整定功能在内的许多方便功能。小型、全封闭防护结构(22KW),容星范围0.2-400KW,机种规格齐全。电源与机型额定输入壹蒲电压输入电压 等缀容星输入壹流电压三相叫UV瞿kW以 下200V-230V 50/60HZ30kWlil上SOOV-SLIVOHe 云ivqmuv 住ihe WIWV23ID

15、V 箔IHZ；三相40CIV22kW 以 下3：如江IV50/60HZ3 口 k何以 上SgOV-ZiV/JOHESSLIV-SLIVOHe输入电源容许波动电压：+1啾-15%频率：+泓 -5%电压不平衡率：孩以内(IEC61S00-3(5.2.3)标准)容量范围三相2DCIV : 0.290kW三相: 0.4400kW图2.1第三章水泵水泵是一种面大量广的通用型机械设备，它广泛地应用于石油、化工、电力 冶金、矿山、选船、轻工、农业、民用和国防各部门，在国民经济中占有重要的 地位。据统计，我国泵产量达525.6万台。泵的电能消耗占全国电能消耗的21% 以上。因此大力降低泵有能源消耗，对节约能源

16、具用十分重大的意义。近年来， 我们泵行业设计研制了许多高效节能产品，如IHF、CQB、FSB、UHB等型号的泵 类产品，对降低泵的能源消耗起了积极作用。3.1水泵选型的步骤3.1.1选泵列出基本数据：(1) .介质的特性：介质名称、比重、粘度、腐蚀性、毒性等。(2) .介质中所含因体的颗粒直径、含量多少。(3) .介质温度：(C)(4) .所需要的流量一般工业用泵在工艺流程中可以忽略管道系统中的泄漏量，但 必须考虑工艺变化时对流量的影响。农业用泵如果是采用明渠输水，还必须考虑渗漏及蒸发量。(5) .压力：吸水池压力，排水池压力，管道系统中的压力降(扬程损失)。(6) .管道系统数据(管径、长度

17、、管道附件种类及数目，吸水池至压水池的几何 标高等)。3.1.2选泵确定流量、扬程流量：(1) .如果生产工艺中已给出最小、正常、最大流量，应按最大流量考虑。(2) .如果生产工艺中只给出正常流量，应考虑留有一定的余量。对于ns100的 大流量低其不意扬程泵，流量余量取5%，对ns50的小流量高扬和泵，流量余 量取10%，50WnsW100的泵，流量余量也取5%，对质量低劣和运行条件恶劣的 泵，流量余量应取10%。(3) .如果基本数据只给重量流量，应换算成体积流量。3.2水泵的型号离心泵:D型系列多级离心泵D型系列多级离心泵系单吸多级分段式离心泵，供输送请水及物理化学性质类似于水的液体之用。

18、 本泵扬程为H23至153.6米，流量为12.6-39.6m3/ho液体的最高 温度不得超过80C.D型系列多级离心泵适用范围：适用于工业和城市给排水、高层建筑增压供水，园林喷灌、消防增压、远距离送水、采暖、浴室 等冷暖水循环增压及设备配套等，尤其适用于小型锅炉给水技术参数：流量：6.3-300m3/h；扬程：13-650m；功率：2.2-400KW；转速：1450-2950r/min；口径：Q 50W 200；温度范围：W105C；工作压力：W3.0Mpa。单吸分段式离心泵型号意义第四章变压式传感器应变式压力传感器是由弹性元件、应变片以及相应的测量电路组成。非粘性应变式压力传感器是直接使用电

19、阻丝（应变元件）在弹性元件上，且构 成一个简单桥路。粘贴式应变式压力传感器是将电阻丝或片粘贴在压力敏感元件上，当敏感元 件经受压力作用而产生应变，使得粘贴在其上的电阻丝或片的电阻值发生相应的 变化。压力传感器的型号：BPR-40电阻应麦式压力佳感器的详细介铝特点采用圆膜式弹性体结构，具有较高的抗振及抗冲击特性，便用寿命长口良好的静/动态特性。BPR- 39采用铝合金材料制作。BPR4口采用不锈钢材料制作，抗腐蚀性强主要技术指标灵敏度：1 -1.5mV/V非线性： 0.5定值滞后误差： 口 5%额定值重复性误差： 0.5%额定值工作温度：一 1口+ 601C温度零点变化： 0.5%/iC温度输出

20、灵逾度变化： 0.5%/iC电桥初始不平衡性：+列C时，不大于5%祯定输出值桥路电阻：350Q允许过载能力:5口额定值激励电压：最大值1SU , AC/DC推荐值1DV，AC/DC产品名称：BPR-40电阻应夜式压力佳感器图4.4产品型号：BPR-40第五章调节器在实际工业生产应用中，调节器是构成自动控制系统的核心仪表，它的基本 功能是将来自变送器的测量信号与给定信号相比较，并对由此产生的片产进行比 例、积分或微分处理后，输出调节信号控制执行器的动作，以实现对不同被测或 被控参数压力的自动调节作用。DDZ-III型调节器电路结构图：图5.1基型调节器PD控制规律图:R53DJ7GiSHR8第六

21、章控制阀又称控制阀（或调节阀），是一个局部阻力可变的节流元件。阀芯移动改变 了阀芯与阀座间的流通面积，即改变了阀的阻力系数，使被控介质流量相应改变。调节阀结构由上阀盖、下阀盖、阀体、阀座、阀芯、阀杆、填料和压板等 构成。为适应多种使用要求，阀芯和阀体有不同的结构，使用的材料也各不相同。调节阀型号：产品名称:EJHM藉小型气动套苜调节阙产品型号:ZJHM图6.1调节阀又称控制阀，是通用的末端执行机构，通过接受调节控制单元输出 的控制信号，借助动力操作去改变流体流量。调节阀一般由执行机构和阀门组成。 如果按其所配执行机构使用的动力，调节阀可以分为电动、气动、液动三种，即 以电为动力源的电动调节阀，

22、以压缩空气为动力源的气动调节阀，以液体介质（如 油等）压力为动力的电液动调节阀。竺奥公司生产的电动调节阀阀体可任意与竺 奥公司生产的电动执行器匹配，组合为电动调节阀。同时亦可与各种电动直行程 及气动薄膜执行器联接匹配，并可根据各品牌执行器定做接口。设计的控制系统回路：课程设计总结(1) .能够根据所学知识进行分析设计(2) .掌握压力课程设计的原理和方法(3) .对所学的压力知识能够很好的进行应用(4) .提高独立分析问题、解决问题的能力(5) .锻炼实际问题实际操作和设计的实践力(6) .对本学期所学知识有一个很好的总结和应用(7) .能够通过课程设计的要求，合理选取器件，并且能够根据本课程设计，通过 对压力进行测量控制，若示数在误差范围外，能够根据自己设计的控制系统进行 调节、反馈，从而达到要求的示值参考文献1 张毅自动检测技术及仪表控制系统（第三版）化学工业出版社2 强锡富传感器机械工业出版社3 严钟豪非电量电测技术机械工业出版社4 袁希光传感器技术手册国防工业出版社