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文档简介
1、信号与测试技术课程大作业题目:带搅拌器聚合釜的参数测量控制制作人:340302 班Victory小组时间: 年 月目录第一章系统功能描述及设计要求第二章系统传感器选择、原理、测量电路及安装第三章系统控制框图第四章系统特点及应用第一章系统功能描述及设计要求被控对象为过程化工工业常见的带搅拌釜式反应器系统。其工艺流程图如图所示:冷却水主要设备:带搅拌器的釜式反应器,管道、阀门若干,冷却水管道,各类传感器。工业过程描述:1、两种物料分别通过、二管通入反应器发生聚合反应产生,并从管道输出。2、反应为放热反应,在进入稳定反应阶段之后应通冷却水使其保持最佳反应温度。但反应温度上升过快会造成大量有害副产品。
2、3、三种物质常温下均为液体,且在正常反应温度下气化量很小。4、由于物质密度较大,反应器内有特殊结构保证产生的物质能实时地通过管引走,而只混入极少量的和物质。5、在理论计算的、流量的前提下,反应釜内的液面始终不会超过安全液面。搅拌器控制参数要求:1、为保证反应的产率最高,要求、管道的流量分别为4t / h 和2.5t / h 。2、温度上升控制在8 10 C / min 范围内,最后稳定在150 C 0.5 C3、温度最高过165 C ,否则发出警报,同时加大冷却水流量,关断 A、B 物料阀门,停止搅拌。4、压力上限为 0.4MPa,当反应釜内压力偏小时,由加压充气管充入惰性气体进行加压;当压力
3、超过上限压力,泄压管道阀门打开,进行泄压。第二章系统传感器选择、原理、测量电路及安装由系统要求可知需要流量计、温度传感器、压力传感器。(一)流量计一、化工管道流量计要求1、最好是质量流量计;2、必须有良好的耐腐蚀性;3、输出数字信号便于采用计算机控制;4、实时性好;5、足够高的精度,保证反应率。二、谐振式奥利质量流量计特点1、可直接测量质量流量,受流体的黏度、密度、压力等的影响很小;2、结算是全数字性的,便于与计算机连接,3、性能稳定,精度高(可达 0.2%),实时性好;分布式计算机测控系统;4、测量元件不与被测液体直接接触,因而耐腐蚀性好。三、工作原理1、科氏效应: Fk 2m 2、质量流量
4、测量条件:转动、径向速度3、激励单元 E 使一对平行的 U 型管做一阶弯曲主振动,建立传感器的主工作点。如图 2-1,进入传感器的过程流体被分成两部分,通过每一根敏感管。工作时,两根敏感管上下相对振动。图 2-1图 2-24、如图 2-2,当管内流过质量流量时,由于“科氏效应”,U 型管产生关于中心对称轴 DD的一阶扭转“副振动”。四、测量电路1、测量原理用相位差测量时会带来一定的误差,同时实时性不理想,故采用幅值比检测法:设谐振子 B、B的振动方程分别为SB 和SB 。SB SB = 2B1(LB)Qm cos(t )SB + SB = 2 A(LB) sin t设 Ra 为SB SB 和S
5、B + SB 的幅值比,则Qm RaA(LB)B1(LB)基于 B,B两点信号“差”与“和”的幅值比 Ra 直接结算Qm 。2、测量电路ui1ui2五、安装方式接入 A、B、C 管道即可,见图 2-1,三个管道各有一个。(二)温度传感器一、温度传感器的选择1、考虑到反应条件是高温腐蚀的化学反应,因此选用热电偶温度计。热电偶通常由热电极,绝缘材料,接线盒和保护套组成,按结构可分为五种:普通热电偶,铠装热电偶,薄膜热电偶,并联热电偶,串联热电偶。2、分析各自特点,最终选用铠装热电偶,其特点是测量结热容量小,热惯性小,动态响应快,挠性好,强度高,抗震性好,适于狭小空间和点温度测量。二、热电偶式传感器
6、的工作原理1、两种不同材料的导体(称为热电偶丝或热电极)两端接回路,当接合点的温度不同时,在回路中就会产生电动势,这种现象称为热电效应,而这种电动势称为热电势。热电偶就是利用这种原理进行温度测量的。具体形式为:(1)一端作为工作端(也称为测量端),直接用作测量介质温度,另一端作为冷端(也称为补偿端);(2)冷端与显示仪表或配套仪表连接,显示仪表会电势。热电偶所产生的热2、热电偶实际上是一种能量转换器,它将热能转换为电能,用所产生的热电势测量温度,对于热电偶的热电势,应注意如下几个问题:热电偶的热电势是热电偶两端温度函数的差,而不是热电偶两端温度差的函数;热电偶必须采用两种不同材料作为热电极,热
7、端和冷端两个结点必须具有不同的温度;热电偶所产生的热电势的大小,当热电偶的材料是均匀时,与热电偶的长度和直径无关,只与热电偶材料的成分和两端的温差有关;(4)当热电偶的两个热电偶丝材料成分确定后,热电偶热电势的大小,只与热电偶的温度差有关;若热电偶冷端的温度保持一定,则热电势仅是工作端温度的单值函数。三、冷端补偿测量电路为获得热端感应点的绝对温度,输出,这种技术称为冷端补偿。还必须测量冷端温度,并调节热电偶的在热电偶信号处理模块输入端的冷端,通过一小片具有高导热系数的金属材料保持恒温。导热系数为 381 瓦特每米(W/mK)的铜是理想的导热材料。对这个金属片来说,输入端连接必须是电绝缘但导热的
8、。热电偶的信号处理模块对电磁干扰(EMI)很敏感,并且热电偶电缆经常会暴露在 EMI 中。EMI 将增加接受信号的不确定性,并降低所获温度数据的精度。另一方面,专门用于这种连接的热电偶电缆非常昂贵,如果不用其它电缆代替,将很难对测量结果进行。如图,将热电偶感应端附近的温度输出进行数字化的电路,它由电缆提供电源,能降低 EMI 的影响。四、安装方式正确地安装热电偶传感器是保证其测量精度和使用的重要。(1)(2)(3)热电偶的安装应尽可能保持垂直,以防止保护套管在高温下产生变形;热电偶应尽量安装在有保护层的管道内,以防止热量散失;热电偶传感器的接线盒面盖应向上,入线口应向下,以避免水或灰尘进入接线
9、盒,而损坏热电偶和热电阻接线盒内的接线影响其测量精度;应经常检查热电偶温度计各处的接线情况,由于其补偿导线的材料硬度较高,非常容易从接线柱脱离造成断路故障,因此要接线良好不要过多碰动温度计的接线并经常检查,以获得正确的测量温度。(4)(5)多点安装,采用螺母固定。本系统采用 10 到 15 个热电偶式传感器。(三)压力传感器一、要求1 本传感器用于高压化学反应过程中的压力测量(反应器量),要求其抗腐蚀,耐高温,耐高压气体压力测精确度较高,动态性能好输出数字信号便于应用于控制系统不与反应釜内化学物质发生反应良好的实时性。二、圆柱形应变筒式压力传感器特点:1、承载能力大,主要用于中等载荷和大载荷。
10、2、结构简单、体积小、重量轻、使用长,线形度好。3、经测量电路后输出电压信号,易于计算机4、具有温度补偿功能,受温度影响较小。5、价格便宜,性能稳定。、处理。三、应变式压力传感器原理:通过应变片将金属受应力后产生的应变转化为电信号。应变片电阻相对变化与应变片受到的轴向应变的关系R KK:电阻应变片的灵敏系数,又称标称灵敏系数xR考虑横向效应后的计算公式R K R( Ky ) K ( C )xxyxxyKxKC=yKxC:应变片横向灵敏度筒壁切向应变计算公式:(1 ) 2Eh2D:圆柱形应变圆筒的内径 h:圆柱形应变圆筒的壁厚温度补偿方法:线路补偿法用温度补偿片来抵消温度对金属材料的影响四、测量
11、电路(电桥接法)电桥输出电压计算公式:3Uoutin R )(R R )in234选用金属箔式应变片,原因如下:制造工艺成熟,尺寸小,尺寸准确横向效应小允许电流大,从而可提高灵敏度4 疲劳长,蠕变小,机械滞后小5 生产效率高,成本低五、安装方法1、安装于反应釜顶部,可防止反应液浸入,同时凝结水汽可通过重力自然排出。2、安装位置应尽量远离入料口,防止液流对空气的扰动造成干扰。为安装方便,便于维修,延长,从反应器内引出测量管道进量。3、本系统采用 3 个压力传感器,均布在反应器顶部。第三章系统控制框图第四章系统特点及应用1、本系统采用计算机作为控制部分,实现了工业过程的自动控制。2、运用了谐振式流量计、热电偶式温度计、圆筒式应变压力计三种传感器,能够进行精确的、实时的测量。3、由于该系统既可加热又可降温,既可加压又可泄压,同时能够实时控制流量,因此能够满足各种不同的反应条件,应用于各种类型的化学反应。4、该系统还能根据参数作适当调整,应用于化工产业的各个领域,无机化工、原油化工等领域。5、以此系统为样板,将某些部分稍作改动,还可应用于设计大型的如城市热电机化工、供暖系统以及小型的如工厂等方面。340302 班 Victory 小组成员及分工项目:徐远志 340302163403022034030211:徐远志 34030216PPT:34
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