压力检测与控制试验系统设计

XXXX大学XXX学院检测技术与控制仪表课程设计报告题目压力检测与控制试验系统设计专业班级 姓名学号指导教师年月日压力检测与控制试验系统设计设计任务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%）总成绩摘要压力传感器是现代工业社会最常用的传感器之一，被广泛的应用于航空航天、石油化工，汽车制造等领域。随着现代工业的发展，对于压力传感器的需求量越来越大，要求也越来越高，传统的传感器生产及性能已逐渐不能满足需求，各个传感器生产厂商开始研制生产新型传感器，并增加自动化生产线，提高生产效率，减少成本，以提高市场竞争力和适应现代工业的应用。传统的传感器的测量方法大都采用手工操作，特别是压力传感器，基本上都是采用手动油压或气压标定。尽管近几年也从国外引进了部分标定设备，但价格昂贵，不易推广。本系统应设计出的智能压力检测系统，成本低廉，使用方便，精度也比较高。系统硬件设计有压力传感器测量压力，并将测量的信号输入放大器，然后送至A／D转换器，A／D转换器将输入的模拟信号转换为数宇信号送至单片机。单片机根据已编制好的程序，对压阻元件非线性测量误差进行修正并对修正后的数据进行处理。同时该系统兼具有键盘输入，LED显示与超限报警功能。关键词：压力传感器，新型，现代工业ABSTRACTPressuresensorisoneofthemostcommonlyusedsensorsinmodernindustrialsociety,iswidelyusedinaerospace,petrochemical,automobilemanufacturingandotherfields.Withthedevelopmentofmodernindustry,thegrowingdemandforpressuresensor,alsomoreandmoredemanding,traditionalsensorproductionandperformancehasbeengraduallycannotmeetthedemand,eachsensormanufacturersbegantoproducenewtypeofsensor,andincreasetheautomationproductionline,improvetheproductionefficiency,reducecosts,inordertoimprovethemarketcompetitivenessandadapttothemodernindustrialapplications.TraditionalsensormeasurementsaremostlyUSESthemanualoperation,especiallythepressuresensor,basicallyistousemanualhydraulicorairpressurecalibration.Althoughalsointroducedpartofthecalibrationequipmentfromabroadinrecentyears,butthepriceisexpensive,noteasytopromote.Thesystemshallbedesignedtheintelligentpressuredetectionsystem,lowcost,easytouse,hasahighaccuracy.Thehardwareofthesystemisdesignedtomeasurethepressureofthepressuresensor,andthemeasuredsignalisinputtotheamplifier,andthensenttotheA/Dconverter,theA/Dconverterconvertstheinputanalogsignaltoadigitalsignaltothemicrocontroller.Accordingtotheprogramwhichhasbeencompiled,thesinglechipmicrocomputerisusedtocorrectthenonlinearmeasurementerrorofthepiezoresistiveelementandprocessthecorrecteddata.Atthesametime,thesystemalsohasakeyboardinput,LEDdisplayandoverrunalarmfunction.KEYWORDS：pressuresensor，newtype，modernindustrial目录TOC\o"1-3"\h\u16164第一章压力传感器 压力传感器1.1压力检测与控制试验系统的结构图：图1.11.2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完整的压力检测系统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)设备设备取压口压力仪表引压管路图1.2第二章变频器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＝60f(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：图2.1第三章水泵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图3.1第四章变压式传感器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。压力传感器的型号：图4.4第五章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。DDZ-III型调节器电路结构图：图5.1基型调节器PD控制规律图：图5.2第六章控制阀又称控制阀(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。调节阀型号：图6.1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。设计的控制系统回路：图6.1课程设计总结(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]张毅《自动检测技术及仪表控制系统（第三版）》化学工业出版社[2]强锡富《传感器》机械工业出版社[3]严钟豪《非电量电测技术》机械工业出版社[4]袁希光《传感器技术手册》国防工业出版社基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现变频调速液压电梯单片机控制器的研究基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现单片机嵌入式以太网防盗报警系统基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现单片机监测系统在挤压机上的应用MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用单片机在高楼恒压供水系统中的应用基于ATmega16单片机的流量控制器的开发基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发HYPERLINK"/detail.ht