检测与仪表专业课程设计.doc

自动检测技术及仪表控制系统课程设计报告

题目名称：压力检测与控制实验系统设计

专业： 班级：

姓名： 学号：

时间_______年___12____月____28_____日

指引教师______________

压力检测与控制实验系统设计
设 计 任 务

1、 设计参数

上位水箱尺寸：800×500×600mm，上位水箱离地200mm安装，通过直径为20mmPVC管道与其她设备相连，设备离地30mm，规定测量设备入口处压力。测量误差不超过压力示值±1%。

2、设计规定

（1）上位水箱通过水泵供水，通过变频器控制水泵转速；
（2） 通过查阅有关设备手册或上网查询，选取压力传感器、调节器、调节阀、变频器、水泵等设备（涉及设备名称、型号、性能指标等）；
（3）设备选型要有一定理论计算；
（4）用所选设备构成实验系统，画出系统构造图；
（5）列出所能开设实验，并写出实验目、环节、规定等。

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

摘要
在工业生产中,压力测量和控制是一种十分重要环节,诸多状况下除需要随时理解生产过程中介质压力变化外,还需要将压力自动保持在一定范畴内。下面简介压力测量和控制装置可满足上述规定,当被控压力下降到(或低于)下限压力值时,控制电机启动,进行压力调节,而当压力升高到上限压力值时,电机则自动停止工作,这就将压力自动限制在一定范畴内。

核心词：压力测量 压力控制

第一章 前言 1
第二章 系统总体设计 1
1 前言 1
2 变频器选型 2
3 水泵选型 5
4 压力传感器选型 8
5 调节器 9
6 调节阀 10
7 设计系统回路 11
8 开设实验项目 12
总结 13
参照文献 14

第一章 前言

水箱控制系统已不但仅局限于大型电厂、煤炭、钢铁等大型公司领域，它以自身自动化控制系统安全优势，已经慢慢进一步到某些民用水箱产品。但是当前阶段，它成本还很高。通过水箱动态压力计量测试在电力系统中应用分析,对动态压力计量测试在电力工业发展和前景作了展望，水箱压力测量有大规模推广前景。国内依然处在生产型发展中华人民共和国家，所有几乎在能源有关所有领域中，通过水箱压力测量是必不可少，虽然是发达国家也不例外。它性能优良与否关系直接关系到公司生产安全和效益。同步对提高国内电站辅机设备设计水平和运营可靠性都具备较大意义.
压力实验重要性是不言而喻，因而在压力容器设计、制造和压力实验过程中均有许多值得注意问题。

第二章 系统总体设计

1 前言
1.1压力检测与控制实验系统构造图：

1.2 总体构造设计思路：
第一步：依照课设规定选用适当器件，并通过相应理论计算进行选用
第二步：进行控制系统回路连接
第三步：在连接好相应地回路后，依照给定数值进行理论计算，用压力传感器对设备入口处压力进行测量，通过调节器使测得值和给定值进行比较，若测得值使测量误差超过压力示值±1%，则需对产生偏差进行比例、积分或微分解决后，输出调节信号控制执行器动作，变化调节阀阀芯和阀座间流通面积，同步控制变频器对水泵控制，调节水泵转速以达到恰当进水速度，从而使测量误差不超过压力示值±1%。

1.3一种完整压力检测系统涉及：取压口；引压管路和压力检测仪表
一种简朴压力检测系统示意图(下图)

设备
取压口
压力仪表
引压管路

2 变频器选型
变频器是把工频电源(50Hz)变换成各种频率交流电源，以实现电机变速运营设备，其中控制电路完毕对主电路控制，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。变频调速是通过变化电机定子绕组供电频率来达到调速目。
变频器电路普通由整流、中间直流环节、逆变和控制4个某些构成。整流某些为三相桥式不可控整流器，逆变某些为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。
2.1变频器工作原理
咱们懂得，交流电动机同步转速表达式位：
n＝60 f(1－s)/p
式中　
n——异步电动机转速；
f——异步电动机频率；
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，只要变化频率f即可变化电动机转速，当频率f在0～50Hz范畴内变化时，电动机转速调节范畴非常宽。变频器就是通过变化电动机电源频率实现速度调节，是一种抱负高效率、高性能调速手段。
2.2变频器选型时要拟定如下几点：
　　1) 采用变频目；恒压控制或恒流控制等。
　　2) 变频器负载类型；如叶片泵或容积泵等，特别注意负载性能曲线，性能曲线决定了应用时方式办法。
　　3) 变频器与负载匹配问题；
　　I.电压匹配；变频器额定电压与负载额定电压相符。
　　II. 电流匹配；普通离心泵，变频器额定电流与电机额定电流相符。对于特殊负载如深水泵等则需要参照电机性能参数，以最大电流拟定变频器电流和过载能力。
　　III.转矩匹配；这种状况在恒转矩负载或有减速装置时有也许发生。
　　4) 在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机电抗小，高次谐波增长导致输出电流值增大。因而用于高速电机变频器选型，其容量要稍不不大于普通电机选型。
　　5) 变频器如果要长电缆运营时，此时要采用办法抑制长电缆对地耦合电容影响，避免变频器出力局限性，因此在这样状况下，变频器容量要放大一档或者在变频器输出端安装输出电抗器。
6) 对于某些特殊应用场合，如高温，高海拔，此时会引起变频器降容，变频器容量要放大一挡。
2.3变频器所选型号：

3水泵选型
水泵是一种面大量广通用型机械设备，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地位。据记录，国内泵产量达525.6万台。泵电能消耗占全国电能消耗21%以上。因而大力减少泵有能源消耗，对节约能源具用十分重大意义。近年来，咱们泵行业设计研制了许多高效节能产品，如IHF、CQB、FSB、UHB等型号泵类产品，对减少泵能源消耗起了积极作用。
3.1水泵选型环节
3.1.1选泵列出基本数据：
  (1).介质特性：介质名称、比重、粘度、腐蚀性、毒性等。
  (2).介质中所含因体颗粒直径、含量多少。
  (3).介质温度：（℃）
(4).所需要流量普通工业用泵在工艺流程中可以忽视管道系统中泄漏量，但必要考虑工艺变化时对流量影响。农业用泵如果是采用明渠输水，还必要考虑渗漏及蒸发量。
(5).压力：吸水池压力，排水池压力，管道系统中压力降（扬程损失）。
(6).管道系统数据（管径、长度、管道附件种类及数目，吸水池至压水池几何标高等）。
3.1.2选泵拟定流量、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，应考虑留有一定余量。对于ns>100大流量低其不意扬程泵，流量余量取5%，对ns<50小流量高扬和泵，流量余量取10%，50≤ns≤100泵，流量余量也取5%，对质量低劣和运营条件恶劣泵，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 水泵型号

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 液体之用。本泵扬程为H23至153.6米，流量为12.6--39.6m3/h。液体最高 温度不得超过80℃.
D型系列多级离心泵合用范畴：
合用于工业和都市给排水、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，特别合用于小型锅炉给水
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：φ50-φ200；
温度范畴：≤105℃；
工作压力：≤3.0Mpa。
单吸分段式离心泵型号意义

4 压力传感器选型
应变式压力传感器是由弹性元件、应变片以及相应测量电路构成
非粘性应变式压力传感器是直接使用电阻丝(应变元件)在弹性元件上，且构成一种简朴桥路
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，使得粘贴在其上电阻丝或片电阻值发生相应变化
4.1 压力传感器型号

5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核心仪表，它基本功能是将来自变送器测量信号与给定信号相比较，并对由此产生片产进行比例、积分或微分解决后，输出调节信号控制执行器动作，以实现对不同被测或被控参数压力自动调节作用。
5.1 DDZ-III型调节器电路构造图：

5.2 基型调节器PD控制规律图：

6 调节阀
又称控制阀(或调节阀)，是一种局部阻力可变节流元件。阀芯移动变化了阀芯与阀座间流通面积，即变化了阀阻力系数，使被控介质流量相应变化。
调节阀构造由上阀盖、下阀盖、阀体、阀座、阀芯、阀杆、填料和压板等构成。为适应各种使用规定，阀芯和阀体有不同构造，使用材料也各不相似。
6.1 调节阀型号

6.2 调节阀又称控制阀，是通用末端执行机构，通过接受调节控制单元输出控制信号，借助动力操作去变化流体流量。调节阀普通由执行机构和阀门构成。如果按其所配执行机构使用动力，调节阀可以分为电动、气动、液动三种，即以电为动力源电动调节阀，以压缩空气为动力源气动调节阀，以液体介质(如油等)压力为动力电液动调节阀。竺奥公司生产电动调节阀阀体可任意与竺奥公司生产电动执行器匹配，组合为电动调节阀。同步亦可与各种电动直行程及气动薄膜执行器联接匹配，并可依照各品牌执行器定做接口，

7 设计控制系统回路

8 开设实验项目

应变式压力传感器特性实验
一、实验目：    
    1、理解金属箔式应变片应变效应和性能。
    2、掌握使用YJ-SL-I型实验仪设计电子秤办法。
二、实验仪器：    
    YJ-SL-I型实验仪、应变传感器实验模板（电桥、差动）、应变压力实验装置、连接线若干。
三、实验内容：    
    1、用导线将YJ-SL-I型实验仪和应变传感器实验电桥模板及实验装置连接起来。检查电路无误后，打开电源开关。调节RW1旋钮，使输出为零。按顺序增长砝码数量，每次200g，记录每次加载后输出电压值U。再以相反顺序将砝码逐个取下，记录输出电压。运用逐差法求出传感器敏捷度。即，S=。
    2、运用应变压力传感器制作电子秤。将压力传感器电桥实验模板输出与差动放大器输入相连，差动模快输出与YJ-SL-I实验仪“测量”相连。当秤盘当秤盘中无任何重物时，调节调节旋钮使电压表读数为零。秤盘上加1000g砝码，调节差动放大器放大倍数旋钮，使电压表读数为1.000V。重复以上环节，直至电压表读数与秤盘上砝码质量一致。
 四、注意事项：    
    1、必要在连接完实验装置后，才干打开电源开关。
    2、加放砝码注意要放在盘中部，勿使盘边沿被压斜到一边。
    3、实验完毕后，关闭电源，依次拆卸电路。
总结:
(1).可以依照所学知识进行分析设计
(2).掌握压力课程设计原理和办法
(3).对所学压力知识可以较好进行应用
(4).提高独立分析问题、解决问题能力
(5).锻炼实际问题实际操作和设计实践力
(6).对本学期所学知识有一种较好总结和应用
(7).可以通过课程设计规定，合理选用器件，并且可以依照本课程设计，通过对压力进行测量控制，若示数在误差范畴外，可以依照自己设计控制系统进行调节、反馈，从而达到规定示值

参照文献：
【1】 《自动检测技术及仪表控制系统》(第三版） 张宝芬，张毅，曹丽编著
【2】 《电力电子技术》（第五版） 王兆安，刘进军编著
【3】 《传感器与检测技术》 党安明，张钦军编著