检测与仪表课程设计.docx

自动化工程学院自动检测技术及仪表控制系统课程设计
自动检测技术及仪表控制系统课程设计报告

题目名称：压力检测与控制试验系统设计

专业： 班级：

姓名： 学号：

时间___2015____年___12____月____28_____日

指导教师______________

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：800×500×600mm，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±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；
（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

摘要
在工业生产中,压力的测量和控制是一个十分重要的环节,很多情况下除需要随时了解生产过程中介质压力的变化外,还需要将压力自动保持在一定的范围内。下面介绍的压力测量和控制装置可满足上述要求,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的范围内。

关键词：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 序言 1
2 变频器选型 2
3 水泵的选型 5
4 压力传感器的选型 8
5 调节器 9
6 调节阀 10
7 设计的系统回路 11
8 开设的实验项目 12
总结 13
参考文献 14

第一章 前言

水箱控制系统已不仅仅局限于大型的电厂、煤炭、钢铁等大型企业领域，它以自身的自动化控制系统的安全优势，已经慢慢深入到一些民用水箱产品。但是目前阶段，它的成本还很高。通过水箱动态压力计量测试在电力系统中的应用分析,对动态压力计量测试在电力工业的发展和前景作了展望，水箱压力测量有大规模推广的前景。我国仍然处于生产型发展中国家，所有几乎在能源相关的所有领域中，通过水箱压力的测量是必不可少的，即使是发达国家也不例外。它性能的优良与否关系直接关系到企业的生产安全和效益。同时对提高我国电站辅机设备的设计水平和运行可靠性都具有较大的意义.
压力试验的重要性是不言而喻的，因此在压力容器设计、制造和压力试验过程中都有许多值得注意的问题。

第二章 系统总体设计

1 序言
1.1压力检测与控制试验系统的结构图：

1.2 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±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过压力示值的±1%。

1.3一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)

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0～50Hz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：

3水泵的选型
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：（℃）
(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、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ns>100的大流量低其不意扬程泵，流量余量取5%，对ns<50的小流量高扬和泵，流量余量取10%，50≤ns≤100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

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。本泵扬程为H23至153.6米，流量为12.6--39.6m3/h。液体的最高 温度不得超过80℃.
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：φ50-φ200；
温度范围：≤105℃；
工作压力：≤3.0Mpa。
单吸分段式离心泵型号意义

4 压力传感器的选型
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
4.1 压力传感器的型号

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。
5.1 DDZ-III型调节器电路结构图：

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。
6.1 调节阀型号

6.2 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，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，

7 设计的控制系统回路

8 开设的试验项目

应变式压力传感器特性实验
一、实验目的:     
    1、了解金属箔式应变片的应变效应和性能。
    2、掌握使用YJ-SL-I型实验仪设计电子秤的方法。
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。按顺序增加砝码数量，每次200g，记录每次加载后的输出电压值U。再以相反的次序将砝码逐一取下，记录输出电压。利用逐差法求出传感器的灵敏度。即，S=。
    2、利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的输出与差动放大器的输入相连，差动模快的输出与YJ-SL-I实验仪的“测量”相连。当秤盘当秤盘中无任何重物时，调节调整旋钮使电压表的读数为零。秤盘上加1000g的砝码，调节差动放大器的放大倍数旋钮，使电压表的读数为1.000V。重复以上步骤，直至电压表的读数与秤盘上的砝码质量一致。
 四、注意事项:     
    1、必须在连接完实验装置后，才能打开电源开关。
    2、加放砝码注意要放在盘中部，勿使盘边缘被压斜到一边。
    3、实验完毕后，关闭电源，依次拆卸电路。
总结:
(1).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】 《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

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