基于温度、流量系统的控制设计

1、西南科技大学城市学院机电工程系西南XX大学XX学院City College of XX University Of XX and XX设计题目：基于温度、流量系统的控制题目类别：实训报告指导教师：XX专业班级：自动化XX组员姓名：XX日 期：2014年6月XX系 制前 言过程控制是指在生产过程中，运用合适的控制策略，采用自动化仪表及系统来代替操作人员的部分或全部直接劳动，使生产过程在不同程度上自动地运行，所以过程控制又被称为生产过程自动化，广泛应用于石油、化工、冶金、机械、电力、轻工、纺织、建材、原子能等领域。过程控制系统是指自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度、湿度以及P

2、H值等这样一些过程变量的控制系统。过程控制是提高社会生产力的有力工具之一。它在确保生产正常运行，提高产品质量，降低能耗，降低生产成本，改善劳动条件，减轻劳动强度等方面具有巨大的作用。温度和流量控制系统是过程控制中结构最简单、最基本、应用最广泛的一种形式，它解决了工业生产过程中大量的参数定值控制问题。但是，随着现代工业生产过程向着大型、连续、和强化方向发展，对操作条件、控制精度、经济效益、安全运行、环境保护等提出了更高的要求。此时，温度和流量控制系统往往难以满足这些要求。为了提高控制品质，需要在其基础上，采取其它措施，组成复杂控制系统。而变频器控制就是其中一种提高控制品质的有效方案。 本课程设计

3、课题针对液位对象浅述了温度和流量控制系统的主要设计方法和步骤，虽然只是控制系统的一个简单的应用例子，但也初步综合了自动控制原理、过程控制和检测与转换技术等自动控制专业的知识，对于提高对专业知识的认识水平、培养实践动手能力有重要意义。本课程设计共分为五章：第一章为概述，第二章为课程设计总体方案的设计，第三章叙述了西门在MM420变频器的介绍，第四章简述磁力泵，第五章是传感器的介绍，最后为论文的结论、讨论和建议。本课题的设计的编写得到了XX老师的指导，在此表示衷心的感谢。摘 要过程控制课程设计是过程控制课程的一个重要组成部分。通过实际题目、控制方案的选择、工程图纸的绘制等基础设计和设计的学习，培养

4、学生理论与实践相结合能力、工程设计能力、创新能力，完成工程师基本技能训练。随着现代工业生产过程向着大型、连续和强化方向发展，对控制系统的控制品质提出了日益增长的要求。在这种情况下，简单的单回路控制已经难以满足一些复杂的控制要求。该系统是过程控制中的一种多回路控制系统，是为了提高单回路控制系统的控制效果而提出来的一种控制方案。串级控制系统把两个单回路控制系统以一定的结构形式串联在一起，它不仅具有单回路控制系统的全部功能，而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。串级控制系统采用了两个调节器，因此它的调节器的参数整定更复杂一些。本课程设计论述了一个液位流量、温度控制系统的设计方法和步骤，介绍了它的

5、参数整定方法。在此过程中，介绍了对液位和流量和温度进行检测和转换的常用元件，应用阶跃响应曲线推导了广义对象的传递函数，简单地论述了支路控制系统的优点，讨论了它对控制效果的改善作用，并使用相关的仪器仪表对该系统进行了控制和功能的实现。关键词：过程控制，液位，流量，温度，传感器 目录前 言2摘 要2一、过程控制自动化基本概述21.1 本课程设计课题研究的意义2二、课程设计总体方案的设计22.1 课程设计目的22.2 课程设计内容22.2.1 设计题目22.2.2设计原理22.2.3 相关实验设备22.2.4 设计系统流程图22.2.5 设计步骤22.3控制系统设计方案在实际应用中的重要意义2三、关

6、于西门子MM420变频器23.1西门子MM420变频器简介23.2 MM420变频器的BOP操作面板23.3 MM420变频器的参数设置2四、磁力泵的工作原理、结构特点及使用24.1 磁力泵简介24.2 磁力泵工作原理24.3 结构特点24.3 磁力泵的优点24.4 运行注意事项2五、传感器部分25.1 液位传感器25.1.1 传感器原理25.1.2 传感器的组成25.1.3 测量原理25.1.4 将电容转化成电信号25.1.5 电信号放大电路25.1.6 A/D转换器25.2 温度传感器25.2.1 温度传感器PT100简介25.2.2 组成部分25.2.3 工作原理2课程设计总结2参考文献

7、2一、过程控制自动化基本概述1.1 本课程设计课题研究的意义随着现代工业生产过程向着大型、连续和强化方向发展，对控制系统的控制品质提出了日益增长的要求。在这种情况下，简单的温度、流量控制已经难以满足一些复杂的控制要求。在温度和流量控制方案基础上提出的变频器控制方案，则对提高过程控制的品质有极为明显的效果。变频器控制系统具有基本控制系统的全部功能，而且还具有许多控制系统所没有的优点。因此，变频器控制系统的控制质量一般都比基本控制系统好，而且变频器系统利用一般常规仪表就能够实现，所以，变频器控制是一种易于实现且效果又较好的控制方法。本课程设计课题讨论了一个简单的液位变频器流量控制系统和温度控制系统

8、的设计方法及步骤。温度、液位和流量是工业生产过程中最常用的三个测控参数，因此本课程设计课题具有较大的现实意义。二、课程设计总体方案的设计2.1 课程设计目的通过课程设计，加深对所学传感器技术、转换技术、电子技术、自动控制原理以及过程控制的基本原理、基本知识的理解和应用，了解简单流量过程控制系统构成和涡轮流量计的特性以及掌握流量控制方法和学习控制原理及仪表应用。掌握变频器控制系统的设计步骤和方法，掌握工程整定参数方法，培养创新意识，增强动手能力，为今后工作打下一定的理论和实践基础。2.2 课程设计内容2.2.1 设计题目变频器支路流量、温度控制系统2.2.2设计原理根据设定的流量输给计算机，用智

9、能仪表的输出来控制变频器，用流量计测出流量信号反馈给计算机，由仪表进行比较和运算输出给变频器，从而最终达到管内流量的平衡。 本实验采用智能仪表控制,将加热器水的温度控制在设定温度。根据加热器温度变送输出给仪表，仪表根据PID运算，然后控制输出信号。通过调压模块，调整电加热器的功率，使的加热器里水的温度控制在设定的温度。也可控制加热器溢流水的流量（温度），控制热水器里的温度。 流量控制系统原理方块如图2.1所示。图2.1温度控制原理方块图如图2.2所示。图2.22.2.3 相关实验设备1、 PCS过程控制实验装置（其中使用仪表控制单元、变频器、水泵2、涡轮流量计、加热器、仪表控制单元、Pt100

10、及变送器等）。2、变频器使用手册，AI-808使用说明书和液位变送器的调试（一般出厂之前已调试好）方法，涡轮流量计使用说明书应用资料。2.2.4 设计系统流程图图2.32.2.5 设计步骤1 变频器支路流量控制系统 1、按附图将流量控制实验接线图接好实验导线和通讯线。图2.4 变频器支路流量控制系统接线图 2、将手动阀门2V1、2V10、V4、V6打开，其余阀门全部关闭。3、先打开实验对象的系统电源，然后打开控制台上的总电源，再打开仪表控制单元电源。4、在控制板上打开水泵2。5、在信号板上打开变频器输入信号、流量输出信号。6、 打开计算机上PCS-E-仪表的 MCGS运行环境，选择系统管理菜单

11、中的用户登录，登录用户。7、选择单回路控制实验的变频器支路流量控制实验。8、整定参数值的计算设定适当的控制参数使过渡过程的衰减比为4：1，整定参数值可按下列“阶跃反应曲线整定参数表”。 表2.1 阶跃反应曲线整定参数表控制规则 控制器参数 TI TD P s PI 1.2s 0.5Ts PID 0.8s 0.3Ts 0.1Ts9、设置参数 SV=400 （参考值） dF=3 （参考值） CtrL=1 P=800 （参考值） I=10 （参考值） d=5 （参考值） Sn=33 Dip=1 （参考值） dIL=0 dIH=800 OP1=4 OPL=0 OPH=100 CF=0 Addr=1dl

12、=20 run=110、选择仪表控制方式。11、在变频器单元上按下键，启动变频器。12、观察计算机上的实时曲线和历史曲线。13、待系统稳定后，给定加个阶跃信号，观察其液位变化曲线。14、再等系统稳定后，给系统加个干扰信号，观察液位变化曲线。15、曲线的分析处理，对实验的记录曲线分别进行分析和处理，处理结果记录于表中。 表2.2 阶跃响应曲线数据处理记录表 参数值测量情况 流量1 流量2 K1 T1 1 K2 T22 阶跃1 阶跃2 平均值按常规内容编写实验报告，并根据K、T、平均值写出广义的传递函数。 2温度控制系统1、按附图温度控制实验接线图接好实验导线和通讯线。图2.5 温度控制系统接线图

13、2、将手动阀门1V3、1V10、V6打开，其余阀门全部关闭。3、先打开实验对象的系统电源，然后打开控制台上的总电源，再打开仪表控制单元电源。4、在控制板上打开水泵1、加热器。5、在信号板上打开温度输入信号、温度输出信号。6、 打开计算机上PCS-E-仪表的 MCGS运行环境，选择系统管理菜单中的用户登录，登录用户。7、选择单回路控制实验的温度控制实验。8、整定参数值的计算设定适当的控制参数使过渡过程的衰减比为4：1，整定参数值可按下列“阶跃反应曲线整定参数表”。 表2.3 阶跃反应曲线整定参数表控制规则 控制器参数 TI TD P s PI 1.2s 0.5Ts PID 0.8s 0.3Ts

14、0.1Ts9、设置参数 SV=40 （参考值） dF=0.3 （参考值） CtrL=1 P=10 （参考值） I=30 （参考值） d=2 （参考值） Sn=33 Dip=2 （参考值） dIL=0 dIH=100 OP1=4 OPL=0 OPH=100 CF=0 Addr=1 run=110、选择仪表控制方式。11、在变频器单元上按下键，启动变频器。12、观察计算机上的实时曲线和历史曲线。13、待系统稳定后，给定加个阶跃信号，观察其温度变化曲线。14、再等系统稳定后，给系统加个干扰信号，观察温度变化曲线。15、曲线的分析处理，对实验的记录曲线分别进行分析和处理，处理结果记录于表2中。 表2.

15、4 阶跃响应曲线数据处理记录表 参数值测量情况 温度1 温度2 K1 T1 1 K2 T22 阶跃1 阶跃2 平均值按常规内容编写实验报告，并根据K、T、平均值写出广义的传递函数。2.3控制系统设计方案在实际应用中的重要意义变频器控制系统是过程控制中结构最简单的一种形式，它只用一个调节器，调节器也只有一个输入信号，从系统方框图看，只有一个闭环。在大多数情况下，这种简单系统已经能够满足工艺生产的要求。但有些调节对象的动态特性虽然并不复杂，但控制的任务却比较特殊，则单回路控制系统就无能为力了。另外，随着生产过程向着大型、连续和强化方向发展，对操作条件要求更加严格，参数间相互关系更加复杂，对控制系统

16、的精度和功能提出许多新的要求，对能源消耗和环境污染也有明确的限制。为此，需要在单回路的基础上，采取其它措施，组成复杂控制系统，而串级控制系统就是其中一种改善和提高控制品质的极为有效的控制系统。液位和流量是工业生产过程中最常用的两个参数，对液位和流量进行控制的装置在工业生产中应用的十分普遍。液位的时间常数T一般很大，因此有很大的容积迟延，如果用单回路控制系统来控制，可能无法达到较好的控制质量。而串级控制系统可以用一般常规仪表来实现，成本增加也不大，却可以起到十分明显的提高控制质量的效果，因此往往采用串级控制系统对液位进行控制。一般情况下，流量是影响液位的主要因素，其时间常数较小，将它纳入副回路进

17、行控制，不仅有效地克服了流量对液位造成的干扰，而且使系统工作频率提高，能够对液位实行较快的控制。三、关于西门子MM420变频器3.1西门子MM420变频器简介西门子MM420 是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列。该系列有多种型号，从单相电源电压，额定功率120W 到三相电源电压，额定功率11KW 可供用户选用。SRS-ME05选用的MM420订货号为6SE6420-2UC17-5AA0，额定参数为：电源电压：220V230V，单相交流额定输出功率：0.75KW额定输入电流：9.9A额定输出电流：3.9A外形尺寸：A型操作面板：基本操作板（BOP）MM420变频器电路方框图如图6-13所示

18、。进行主电路接线时，变频器模块面板上的L1、L2插孔接单相电源，接地插孔接保护地线；三个电动机插孔U、V、W连接到三相电动机（千万不能接错电源，否则会损坏变频器）。MM420变频器模块面板上引出了MM420的数字输入点：DIN1（端子）；DIN2（端子）；DIN3（端子）；内部电源+24V（端子）；内部电源0V（端子）。数字输入量端子可连接到PLC的输出点（端子接一个输出公共端，例如2L）。当变频器命令参数P0700=2（外部端子控制）时，可由PLC控制变频器的启动/停止以及变速运行等。图3.1 变频器实物图3.2 MM420变频器方框图3.2 MM420变频器的BOP操作面板1、基本操作面板

19、（BOP）的功能概述图3.3 操作面板图6-14是基本操作面板（BOP）的外形。利用BOP可以改变变频器的各个参数。BOP 具有7 段显示的五位数字，可以显示参数的序号和数值，报警和故障信息，以及设定值和实际值。参数的信息不能用BOP 存储。基本操作面板（BOP）上的按钮及其功能如图6-15所示： 显示/按钮功能功能的说明状态显示LCD显示变频器当前的设定值启动变频器按此键起动变频器。缺省值运行时此键是被封锁的。为了使此键的操作有效，应设定P0700 = 1停止变频器OFF1：按此键，变频器将按选定的斜坡下降速率减速停车，缺省值运行时此键被封锁；为了允许此键操作，应设定P0700 = 1。OF

20、F2：按此键两次（或一次，但时间较长）电动机将在惯性作用下自由停车。此功能总是“使能”的。改变电动机的转动方向按此键可以改变电动机的转动方向，电动机的反向时，用负号表示或用闪烁的小数点表示。缺省值运行时此键是被封锁的，为了使此键的操作有效应设定 P0700 = 1电动机点动在变频器无输出的情况下按此键，将使电动机起动，并按预设定的点动频率运行。释放此键时，变频器停车。如果变频器/电动机正在运行，按此键将不起作用。功能此键用于浏览辅助信息。变频器运行过程中，在显示任何一个参数时按下此键并保持不动2秒钟，将显示以下参数值（在变频器运行中从任何一个参数开始）：1. 直流回路电压（用d表示单位：V）2

21、. 输出电流A3. 输出频率（Hz）4. 输出电压（用o表示单位V）5. 由P0005选定的数值（如果P0005选择显示上述参数中的任何一个（3，4或5），这里将不再显示）。连续多次按下此键将轮流显示以上参数。跳转功能在显示任何一个参数（rXXXX或PXXXX）时短时间按下此键，将立即跳转到r0000,如果需要的话，您可以接着修改其它的参数。跳转到r0000后，按此键将返回原来的显示点。访问参数按此键即可访问参数。增加数值按此键即可增加面板上显示的参数数值。减少数值按此键即可减少面板上显示的参数数值。表3.1 BOP上的按钮及其功能3.3 MM420变频器的参数设置1、参数号和参数名称参数号是

22、指该参数的编号。参数号用0000 到9999 的4 位数字表示。在参数号的前面冠以一个小写字母“r”时，表示该参数是“只读”的参数。其它所有参数号的前面都冠以一个大写字母“P”。这些参数的设定值可以直接在标题栏的“最小值”和“最大值”范围内进行修改。下标 表示该参数是一个带下标的参数，并且指定了下标的有效序号。2、更改参数的数值的例子用BOP 可以修改和设定系统参数，使变频器具有期望的特性，例如，斜坡时间，最小和最大频率等。选择的参数号和设定的参数值在五位数字的LCD上显示。更改参数的数值的步骤可大致归纳为查找所选定的参数号；进入参数值访问级，修改参数值；确认并存储修改好的参数值。图6-16说

23、明如何改变参数P0004 的数值。按照图中说明的类似方法，可以用BOP设定常用的参数。参数P0004（参数过滤器）的作用是根据所选定的一组功能，对参数进行过滤（或筛选），并集中对过滤出的一组参数进行访问，从而可以更方便地进行调试。P0004可能的设定值如表6-1所示，缺省的设定值=0。表3.2 参数P0004的设定值设定值所指定参数组意义设定值所指定参数组意义0全部参数12驱动装置的特征2变频器参数13电动机的控制3电动机参数20通讯7命令，二进制 I/O21报警 / 警告 / 监控8模-数转换和数-模转换22工艺参量控制器（例如PID）10设定值通道/ RFG（斜坡函数发生器）假设参数P00

24、04设定值=0，需要把设定值改变为7。改变设定数值的步骤如下：图3.4 改变参数P0004数值的步骤1、 常用参数的设置表6-2给出了SRS-ME05上常用到的变频器参数设置值，如果希望设置更多的参数，请参考MM420用户手册。表3.3 SRS-ME05上常用参数设置值序号参数号设置值说明1P0010302P09701恢复出厂值3P000334P000475P00101快速调试6P0304230电动机的额定电压7P03050.22电动机的额定电流8P03070.11电动机的额定功率9P031050电动机的额定频率10P03111500电动机的额定速度11P10003选择频率设定值12P1080

25、0电动机最小频率13P108250.00电动机最大频率14P11202斜坡上升时间15P11212斜坡下降时间16P39001结束快速调试17P000332、部分常用参数设置说明（更详细的参数设置说明请参考MM420用户手册） 参数P0003用于定义用户访问参数组的等级，设置范围为04，其中：1 标准级：可以访问最经常使用的参数。2 扩展级：允许扩展访问参数的范围，例如变频器的I/O功能。3 专家级：只供专家使用。4 维修级：只供授权的维修人员使用具有密码保护。该参数缺省设置为等级1（标准级），SRS-ME05装备中预设置为等级3（专家级），目的是允许用户可访问1、2级的参数及参数范围和定义用

26、户参数，并对复杂的功能进行编程。用户可以修改设置值，但建议不要设置为等级4（维修级）。 参数P0010是调试参数过滤器，对与调试相关的参数进行过滤，只筛选出那些与特定功能组有关的参数。P0010的可能设定值为：0（准备），1（快速调试），2（变频器），29（下载），30（工厂的缺省设定值）；缺省设定值为0。当选择P0010=1时，进行快速调试；若选择P0010=30，则进行把所有参数复位为工厂的缺省设定值的操作。应注意的是，在变频器投入运行之前应将本参数复位为 0。 将变频器复位为工厂的缺省设定值的步骤：为了把变频器的全部参数复位为工厂的缺省设定值，应按照下面的数值设定参数： 设定P0010

27、= 30， 设定P0970 = 1。这时便开始参数的复位。变频器将自动地把它的所有参数都复位为它们各自的缺省设置值。如果用户在参数调试过程中遇到问题，并且希望重新开始调试，实践证明这种复位操作方法是非常有用的。复位为工厂缺省设置值的时间大约要60 秒钟。3、现有的“运动控制卡”I/O扩展板的输出端子接线中，分配D37给变频器的5号控制端子。若要求电动机转速可分级调整，则应调整变频器的P701参数，而参数P1001则按转速要求设定固有频率值。与此同时，应编制相应的运动控制卡的输出点。例：要求电动机能实现高、中、低三种转速的调整，高速时运行频率为40Hz, 中速时运行频率为25Hz, 低速时运行频

28、率为15Hz。则步骤如下： 调整变频器参数 在BOP操作板上修改P0004，使P0004=7,选择命令组。 修改P0701（数字输入1的功能），使P0701=16，设定为固定频率设定值（直接选择+ON）。 再修改P0004，使P0004=10,选择设定值通道。 修改P1001（固定频率1），使P1001=15/25/40。 控制相应的运动控制卡的输出点。图3.5 西门子MM420结构原理图四、磁力泵的工作原理、结构特点及使用4.1 磁力泵简介MP微型磁力泵是由泵、磁力传动器、电动机三部分组成。关键部件磁力传动器由外磁转子、内磁转子及不导磁的隔离套组成。当电动机带动外磁转子旋转时，磁场能穿透空气

29、隙和非磁性物质，带动与叶轮相连的内磁转子作同步旋转，实现动力的无接触传递，将动密封转化为静密封。由于泵轴、内磁转子被泵体、隔离套完全封闭，从而彻底解决了“跑、冒、滴、漏”问题，消除了炼油化工行业易燃、易爆、有毒、有害介质通过泵密封泄漏的安全隐患，有力地保证了职工的身心健康和安全生产。表4.1 磁力泵内部结构4.2 磁力泵工作原理 将n对磁体（n为偶数）按规律排列组装在磁力传动器的内、外磁转子上，使磁体部分相互组成完整藕合的磁力系统。当内、外两磁极处于异极相对，即两个磁极间的位移角0，此时磁系统的磁能最低；当磁极转动到同极相对，即两个磁极间的位移角2/n，此时磁系统的磁能最大。去掉外力后，由于磁

30、系统的磁极相互排斥，磁力将使磁体恢复到磁能最低的状态。于是磁体产生运动，带动磁转子旋转。4.3 结构特点1.永磁体 由稀土永磁材料制成的永磁体工作温度范围广(-45400)，矫顽力高，磁场方向具有很好的各向异性，在同极相接近时也不会发生退磁现象，是一种很好的磁场源。 2.隔离套 在采用金属隔离套时，隔离套处于一个正弦交变的磁场中，在垂直于磁力线方向的截面上感应出涡电流并转化成热量。表达式中Pe涡流；K常数；n泵的额定转速；T磁传动力矩；F隔套内的压力；D隔套内径；材料的电阻率；材料的抗拉强度。当泵设计好后，n、T是工况给定的，要降低涡流只能从F、D等方面考虑。选用高电阻率、高强度的非金属材料制

31、作隔离套，在降低涡流方面效果十分明显。 3冷却润滑液流量的控制 泵运转时，必须用少量的液体对内磁转子与隔离套之间的环隙区域和滑动轴承的摩擦副进行冲洗冷却。冷却液的流量通常为泵设计流量的2%-3%，内磁转子与隔离套之间的环隙区域由于涡流而产生高热量。当冷却润滑液不够或冲洗孔不畅、堵塞时，将导致介质温度高于永磁体的工作温度，使内磁转子逐步失去磁性，使磁力传动器失效。当介质为水或水基液时，可使环隙区域的温升维持在3-5；当介质为烃或油时，可使环隙区域的温升维持在5-8。 4滑动轴承 磁力泵滑动轴承的材料有浸渍石墨、填充聚四氟乙烯、工程陶瓷等。由于工程陶瓷具有很好的耐热、耐腐蚀、耐摩擦性能，所以磁力泵

32、的滑动轴承多采用工程陶瓷制作。由于工程陶瓷很脆且膨胀系数小，所以轴承间隙不得过小，以免发生抱轴事故。 由于磁力泵的滑动轴承以所输送的介质进行润滑，所以应根据不同的介质及使用工况，选用不同的材质制作轴承。 5保护措施当磁力传动器的从动部件在过载情况下运行或转子卡死时，磁力传动器的主、从动部件会自动滑脱，保护机泵。此时磁力传动器上的永磁体在主动转子交变磁场的作用下，将产生涡损、磁损，造成永磁体温度升高，磁力传动器滑脱失效。4.3 磁力泵的优点同使用机械密封或填料密封的离心泵相比较，磁力泵具有以下优点： 1泵轴由动密封变成封闭式静密封，彻底避免了介质泄漏。 2无需独立润滑和冷却水，降低了能耗。 3由

33、联轴器传动变成同步拖动，不存在接触和摩擦。功耗小、效率高，且具有阻尼减振作用，减少了电动机振动对泵的影响和泵发生气蚀振动时对电动机的影响。 4过载时，内磁转子与外磁转子相对滑脱，对电机和泵有保护作用。4.4 运行注意事项 1防止颗粒进入 (1)不允许有铁磁杂质、颗粒进入磁力传动器和轴承摩擦副。(2)输送易结晶或沉淀的介质后要及时冲洗（停泵后向泵腔内灌注清水，运转1min后排放干净），以保障滑动轴承的使用寿命。(3)输送含有固体颗粒的介质时，应在泵流管入口处过滤。 2防止退磁 (1)磁力矩不可设计得过小。(2)应在规定温度条件下运行，严禁介质温度超标。可在磁力泵隔离套外表面装设铂电阻温度传感器检

34、测环隙区域的温升，以便温度超限时报警或停机。 3防止干摩擦 (1）严禁空转。(2）严禁介质抽空。(3)在出口阀关闭的情况下，泵连续运转时间不得超过2min，以防磁力传动器过热而失效。 磁力泵在独山子石化分公司炼油厂、乙烯厂多套装置的重点危险区域使用，效果良好。但由于价格相对较高，所以目前大量采用此泵有一定的困难。图4.1 磁力泵示意图五、传感器部分5.1 液位传感器5.1.1 传感器原理电容式液位传感器系统; 它利用被测体的导电率, 通过传感器测量电路将液位高度变化转换成相应的电压脉冲宽度变化, 再由单片机进行测量并转换成相应的液位高度进行显示,该系统对液位深度具有测量、显示与设定功能, 并具

35、有结构简单、成本低廉、性能稳定等优点。5.1.2 传感器的组成图5.1为传感器部分的结构原理图。它主要是由细长的不锈钢管(半径为R1 ) 、同轴绝缘导线(半径为R0 ) 以及其被测液体共同构成的金属圆柱形电容器构成。该传感器主要利用其两电极的覆盖面积随被测液体液位的变化而变化, 从而引起对应电容量变化的关系进行液位测量。图5.1 传感器原理图5.1.3 测量原理由图1 可知, 当可测量液位H = 0 时, 不锈钢管与同轴绝缘导线构成的金属圆柱形电容器之间存在电容C0 , 根据文献得到电容量为: （1）式中, C0 为电容量, 单位为F ; 0 为容器内气体的等效介电常数,单位为F/ m; L

36、为液位最大高度; R1 为不锈钢管半径;R0 为绝缘导线半径, 单位为m。当可测量液位）为H 时, 不锈钢管与同轴绝缘电线之间存在电容CH : （2）式中, 为容器内气体的等效介电常数, 单位为F/ m。因此, 当传感器内液位由零增加到H 时, 其电容的变化量C 可由式(1) 和式(2) 得 （3）由式可知, 参数0 , , R1 , R0 都是定值。所以电容的变化量C 与液位变化量H 呈近似线性关系。因为参数0 , , R1 , R0 , L 都是定值, 由式(2) 变形可得:CH = a0 + b0 H ( a0 和b0 为常数) (4)。可见, 传感器的电容量值CH 的大小与电容器浸入液

37、体的深度H 成线性关系。由此, 只要测出电容值便能计算出水位。5.1.4 将电容转化成电信号 采用运算法测量电路来转化。该电路由传感器和固定的标准电容以及运算放大器A组成，如图3-2所示。 图5.2 运算放大器测量电路原理图5.1.5 电信号放大电路由于从传感器得出的电压一般在030mv之间，太小不易测量，所以要通过放大电路进行放大，如图3-3所示，采用最基本的比例运算反放大电路. 图5.3 比例放大电路要将30mV电压放大成5V，根据公式U=-（R1/R2）Uo,所以选择R1=500K,R2=3K，R4=R1/R2,后边的是一个反相器，把第一个运放得到的电压反相成正的，其中R3=R5=1K,

38、R6=R3/R5。5.1.6 A/D转换器本设计采用A/D转换器ADC0809。ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式AD转换器，由于输出级有8位三态输出锁存器，因而0809的数据输出端可以直接与单片机的数据总线连接。ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果

39、的数字量输出到数据总线上.ADC0809转换是采用逐次比较的方法完成A/D转换的，由单一的+5V供电，片内带有锁存功能的8路选一的模拟开关，由A，B，C引脚的编码来确定所选通道。0809完成一次转换需要100us左右，输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接连到MCS-51的数据总线上，通过适当的外接电路，0809可对0-5V的模拟信号进行转换。5.2 温度传感器5.2.1 温度传感器PT100简介PT100是一个温度传感器,是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热电阻传感器,可以工作在 -200 至 650 的范围.电阻式温度检测器(RTD，Resistance Temperature Detector)是一种物质材料作成的电阻,它会随温度的上升而改变电阻值,如果它随温度的上升而电阻值也跟著上升就称为正电阻係数,如果它随温度的上升而电阻值反而下降就称为负电阻系数。大部分电阻式温度检测器是以金属做成的,其中以白金(Pt)做成的电阻式温度检测器,最为稳定耐酸碱、不会变质、相当线性,颇受工业界采用。PT100温度感测器是一种以白金(Pt)做成的电阻式温度检测器,属于正电阻系数,其电阻和温度变化的关系式如下：R=Ro(1