液位检测与控制实验 浙江大学 过程控制基础及实验

液位检测与控制实验一、实验目的通过实验了解液位测量的基本方法、工作原理及使用与校验方法仪表误差分析方法了解差压变送器ST3000的工作原理及使用方法了解零点迁移、满度调校等基本概念了解工业触摸屏的工作原理熟悉一阶对象的数学模型及其阶跃响应曲线根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定模型参数二、实验器材CS1000液位检测实验装置、差压变送器ST3000、AI808智能调节仪、工业触摸屏三、实验原理CS1000型液位检测实验装置对象系统包含有：有机玻璃上水箱、不锈钢储水箱。系统动力支路：由循环水泵、电动调节阀组成；装置检测变送和执行元件有：差压变送器ST3000、Y-100压力表、电动调节阀等。本次实验使用ST3000差压变送器来检测液位高度，并与实际液位标尺值进行比较，求出ST3000差压变送器的测量精度等性能指标。差压变送器的工作原理：当被测介质（液体）的压力作用于传感器时，压力传感器将压力信号转换成电信号，经归一化差分放大和输V/A电压、电流转换器，转换成与被测介质（液体）的液位压力成线性对应关系的4~20mA标准电流输出信号。接线如图1所示。图1差压变送器接线图CS1000装置的控制系统采用的是具有人工智能算法及通讯接口的AI808智能调节仪，上位机选择的是MCGS触摸屏。上位机MCGS触摸屏通过RS232/485转换装置同AI808仪表侧部的RS485串行接口进行通讯。学生可以直接通过AI808控制器面板上的操作按钮直接设定SV、PID等调节参数，也可以通过上位机MCGS触摸屏远程控制AI808控制器，修改AI808控制器的控制参数。通过运行触摸屏组态文件还可以观察被控参数的实时曲线、历史曲线，SV设定值、PV测量值、OP输出值、各实验都设有动态流程图、及被测参数动态显示及变化棒图显示系统流程图。触摸屏的组态文件可以根据实际需要自行编辑、下载，非常方便。单容水箱系统如图2所示

图2单容水箱系统示意图阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号），同时记录对象的输出数据或阶跃响应曲线。然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。四、实验内容和步骤将储水箱加满水，打开储水箱与水泵之间的手柄阀，关闭通往水箱的回水手阀和调节阀旁路阀门，保持储水箱至液位水箱管路畅通。观察装置，记录ST3000的竖直位置。打开控制箱“总电源”、“仪表”、“触摸屏”电源开关。4•点击MCGS触摸屏上“液位特性实验”进入实验画面，如下图:MCGS触摸屏和AI808仪表通讯状态为“0”表示通讯成功，将“手自动切换”状态改为手动状态。调节液位进出水阀门开度，升高液柱，在全量程范围内均匀选取10个校验点，记录标尺值和液位显示值。调节电子阀门开度，使得液位从一个稳态到达另一个稳态值，记录液位随时间的变化五、实验数据记录

表1液位检测实验数据记录表液位变送器读数/cm液位标尺读数/cm误差/cm相对误差/%-0.60-0.6—2.95.5-2.647.2%7.610.1-2.524.8%12.415.0-2.617.3%17.620.1-2.512.4%22.625.1-2.510.0%27.730.2-2.58.3%32.535.0-2.57.1%37.540.1-2.66.5%42.845.2-2.45.3%47.750-2.34.6%55_5—123456789 10 11图4标尺读数与变送器读数当液位大于零时，标尺读数与显示仪器读数误差基本稳定在2.5cm左右，相对误差逐步增大。实验误差可能来自于偶然误差，例如读数误差，可通过多次重复测量取平均值的方式减小误差。液位动态特性测试实验：根据时间常数T为曲线上升至稳态值的63%所需时间，读图可得T约为60s左右六、思考题1.ST3000的引压点对测量的结果有无影响？什么是正迁移和负迁移？如何确定引压点的位置？有影响。在实际中安装压力检测仪表时，取压口与压力检测仪表的水平高度并不一致，会导致测量时产生附加静压。需要对压力变送器的零点进行调整，使得当液位为零的同时检测仪表输出也为零，称为量程迁移。不同的引压点会对应不同的量程迁移。当零液位时，差压传感器若感受到负压则称此时的量程迁移为负迁移，反之则称之为正迁移。应取使得液位为零时恰好测量值也为零的位置作为引压点。与敞开容器相比密闭容器在测液位时需注意什么问题？使用敞开容器进行静压式液位测量时，需要考虑水面上方气压的变化。在做本实验时，为什么不能任意变化上水箱进出水阀的开度大小？实验中需要两次达到稳态值来观察跃迁曲线，为了避免液位达到上限或为0，应小心控制水阀开度。用两点法和用切线对同一对象