應(yīng)用PLC的恒溫箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要應(yīng)用PLC的恒溫箱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要：PLC的恒溫箱控制系統(tǒng)應(yīng)用了溫度傳感器，流量傳感器，液位傳感器。通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)輸入設(shè)定溫度。設(shè)定溫度與所測(cè)溫度進(jìn)行比較，通過(guò)PLC的控制使恒溫箱溫度恒定。恒溫控制系統(tǒng)要求控制恒溫箱水溫在2080之間的某設(shè)定數(shù)值。當(dāng)水溫低于設(shè)定值時(shí)，采用電加熱升溫。當(dāng)水溫高于設(shè)定值時(shí)，放出部分熱水，啟動(dòng)冷卻風(fēng)扇使水流經(jīng)冷卻器向恒溫箱供水。本系統(tǒng)以PLC控制器為核心，設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的硬件電路和軟件程序，完成要求的控制任務(wù)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)還對(duì)PLC特殊功能擴(kuò)展模塊和BCD譯碼器做了簡(jiǎn)單介紹。關(guān)鍵詞：PLC；恒溫箱；傳感器畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要Using PLC

2、 thermostat control system designAbstract: The PLC thermostat control system has applied the temperature sensor, the flow sensor, the fluid position sensor. Through dials the code switching input hypothesis temperature. The hypothesis temperature with measured that the temperature carries on the com

3、parison,causes the thermostat temperature through the PLC control to be constant. Constant temperature control system request control thermostat water temperature in 20-80 between some hypothesis value. When the water temperature is lower than the setting value, uses the electric heating elevation o

4、f temperature. When the water temperature is higher than the setting value, emits the partial hot water, the start cooling fan causes the current of water after the chiller to the thermostat water supply. This system take the PLC controller as the core, designing control systems hardware circuit and

5、 the software routine, completes the request the control duty. This system design also has made the simple introduction to the PLC special function expansion module and the BCD decoder.Keywords: PLC；Thermostat；Sensor 目 錄1 緒論12 FX2N系列PLC33 FX2N-4AD模塊介紹43.1 通道選擇43.2 程序?qū)嵗?4 傳感器簡(jiǎn)介74.1 熱電偶傳感器應(yīng)用94.2 葉輪式流量

6、傳感器104.3 光電開(kāi)關(guān)115 BCD譯碼器156 攪拌部分166.1攪拌過(guò)程分類(lèi)166.2攪拌槳葉分類(lèi)176.3 流體攪拌基本原理及參數(shù)187 冷卻器簡(jiǎn)介188 程序設(shè)計(jì)198.1恒溫箱的工藝過(guò)程及控制要求198.2控制方案分析208.3系統(tǒng)的配置208.4主要控制程序說(shuō)明218.5 恒溫箱控制總梯形圖258.6 恒溫箱控制語(yǔ)句表32結(jié)論 38致謝 39參考文獻(xiàn)401 緒論可編程控制器簡(jiǎn)稱(chēng)PC（英文全稱(chēng)：Programmable Controller），它經(jīng)歷了可編程序矩陣控制器PMC、可編程序順序控制器PSC、可編程序邏輯控制器PLC（英文全稱(chēng)：Programmable Logic Co

7、ntroller）和可編程序控制器PC幾個(gè)不同時(shí)期。為與個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC）相區(qū)別，現(xiàn)在仍然沿用可編程邏輯控制器這個(gè)老名字。1987年國(guó)際電工委員會(huì)（International Electrical Committee）頒布的PLC標(biāo)準(zhǔn)草案中對(duì)PLC做了如下定義：“PLC是一種專(zhuān)門(mén)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計(jì)?！蹦壳?，P

8、LC在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車(chē)、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)，使用情況大致可歸納為如下幾類(lèi)。開(kāi)關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于單臺(tái)設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書(shū)機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。為了使可編程控制器處理模擬量，必須實(shí)現(xiàn)模擬量（Analog）和數(shù)字量（Digital）之間的A/D轉(zhuǎn)換及D/A轉(zhuǎn)換。PLC廠家都生產(chǎn)配套的

9、A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊，使可編程控制器用于模擬量控制。運(yùn)動(dòng)控制PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。從控制機(jī)構(gòu)配置來(lái)說(shuō)，早期直接用于開(kāi)關(guān)量I/O模塊連接位置傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在一般使用專(zhuān)用的運(yùn)動(dòng)控制模塊。如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊。世界上各主要PLC廠家的產(chǎn)品幾乎都有運(yùn)動(dòng)控制功能，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。過(guò)程控制過(guò)程控制是指對(duì)溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。作為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，PLC能編制各種各樣的控制算法程序，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的調(diào)節(jié)方法。大中型PLC都有PID模塊，目前許多小型PLC也具有此功能模塊。PI

10、D處理一般是運(yùn)行專(zhuān)用的PID子程序。過(guò)程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)處理現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。這些數(shù)據(jù)可以與存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的參考值比較，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能傳送到別的智能裝置，或?qū)⑺鼈兇蛴≈票?。?shù)據(jù)處理一般用于大型控制系統(tǒng)，如無(wú)人控制的柔性制造系統(tǒng)；也可用于過(guò)程控制系統(tǒng)，如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一些大型控制系統(tǒng)。通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信含PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展，工廠自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)發(fā)展得很快，各

11、PLC廠商都十分重視PLC的通信功能，紛紛推出各自的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。新近生產(chǎn)的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2 FX2N系列PLCFX2N系列是FX家族中功能最強(qiáng)、速度最高的微型PLC 。它的基本指令執(zhí)行時(shí)間高達(dá)0.08s。內(nèi)置的用戶存儲(chǔ)器為8K步，最大可以擴(kuò)展到256個(gè)I/O點(diǎn)，有多種特殊功能模塊和功能擴(kuò)展板，可以實(shí)現(xiàn)多軸定位控制。機(jī)內(nèi)有時(shí)鐘，PID指令用于模擬量閉環(huán)控制。有功能很強(qiáng)的數(shù)學(xué)指令集，例如浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、開(kāi)平方和三角函數(shù)等。每個(gè)FX2N基本單元可以擴(kuò)展8個(gè)特殊單元。FX2N系列PLC具有豐富的元件資源，有3072點(diǎn)輔助繼電器。提供了多種特殊功能模塊，可實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制位置控制。有多種RS

12、232C/RS422/RS485串行通信模塊或功能擴(kuò)展板支持網(wǎng)絡(luò)通信。基本單元是構(gòu)成PLC系統(tǒng)的核心部件，內(nèi)有CPU、存儲(chǔ)器、I/O模塊、通信接口和擴(kuò)展接口等。 FX2N基本單位有16/32/48/64/80/128點(diǎn)，六個(gè)基本FX2N單元中的每一個(gè)單元都可以通過(guò)I/O擴(kuò)展單元擴(kuò)充為256 I/O點(diǎn)，其基本單元如表所示。表2-1 FX2N基本單元（繼電器輸出）繼電器輸出輸入點(diǎn)數(shù)輸出點(diǎn) 數(shù)擴(kuò)展模塊可用點(diǎn)數(shù)FX2n-16MR-001882432FX2n-32MR-00116162432FX2n-48MR-00124244864FX2n-64MR-00132324864FX2n-80MR-00140

13、404864FX2n-128MR-00164644864表2-2 FX2N基本單元（ 可控硅輸出 ）可控硅輸出輸入點(diǎn)數(shù)輸出點(diǎn) 數(shù)擴(kuò)展模塊可用點(diǎn)數(shù)FX2n-16MS882432FX2n-32MS16162432FX2n-48MS24244864FX2n-64MS32324864FX2n-80MS40404864表2-3 FX2N基本單元（晶體管輸出）晶體管輸出輸入點(diǎn)數(shù)輸出點(diǎn) 數(shù)擴(kuò)展模塊可用點(diǎn)數(shù)FX2n-16MT882432FX2n-32MT16162432FX2n-48MT24244864FX2n-64MT32324864FX2n-80MT40404864FX2n-128MT64644864本設(shè)

14、計(jì)中用到的是FX2N-60MT PLC一臺(tái),配合FX2N-4AD一臺(tái)及FX2N-2DA一臺(tái)構(gòu)成控制系統(tǒng)。FX2N-60MTPLC中數(shù)字及字母的含義如下：60：60個(gè)輸入輸出觸點(diǎn)。M：?jiǎn)卧?lèi)型為基本單元。T：（輸出形式）晶體管輸出（無(wú)觸點(diǎn)直流負(fù)載用）。MT后面沒(méi)有符號(hào)表示電源和輸入輸出類(lèi)型等特性為AC100/200V電源，DC24V輸入（內(nèi)部供電）。3 FX2N-4AD模塊介紹本系統(tǒng)使用了FX2N-4AD和FX2N-2DA特殊功能模塊。這里只對(duì)FX2N-4AD模塊做主要介紹。FX2N-4AD是一種具有4輸入通道、接受模擬信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的（A/D）模塊，它可以接受的模擬量范圍為電壓DC -

15、10 - +10V（分辨率為5mV）、電流 +4 - +20mA、-20 - +20mA（分辨率為20A）。它占用FX2N擴(kuò)展總線的8個(gè)點(diǎn)，這8個(gè)點(diǎn)可以分配成輸入或輸出。它與主單元FX2N之間是通過(guò)緩沖存儲(chǔ)器交換數(shù)據(jù)的。FX2N-4AD共有32個(gè)緩沖存儲(chǔ)器，每個(gè)16位。3.1 通道的選擇FX2N-4AD要選擇通道，對(duì)通道進(jìn)行初始化。初始化由緩沖器BFM#0中4位十六進(jìn)制數(shù)字H控制，從右到左第1位字符控制通道1（CH1），而第4位字符控制通道4等。字符的意義如下：=0，預(yù)設(shè)電壓輸入（-10 - +10V）；=1，預(yù)設(shè)電流輸入（-20 - +20mA）；=2，預(yù)設(shè)電流輸入（+4 - +20mA）；

16、=3，通道關(guān)閉，OFF。例如H3310，其意義為選擇第一通道（CH1）做電壓輸入（-10 - +10V），選擇第2通道（CH2）為電流輸入（+4 - +20mA），選擇第3通道（CH3）及選擇第4通道（CH4）關(guān)閉。FX2N-4AD的輸入電流、電壓與輸出數(shù)字之間的關(guān)系如下圖所示。圖a對(duì)應(yīng)于電壓輸入（-10 - +10V），其數(shù)字輸出為（-2000 - +2000）；圖b對(duì)應(yīng)于電流輸入（-20 - +20mA），其數(shù)字輸出為（-1000 - +1000）；圖c對(duì)應(yīng)于電流輸入（+4 - +20mA），其數(shù)字輸出為（0 - +1000）。a)預(yù)設(shè)0（-10 - + 10V） b）預(yù)設(shè)1（+4 - +

17、20mA）c）預(yù)設(shè)2（-20 - +20mA）3.2 程序?qū)嵗鐚X2N-4AD模塊連接在特殊功能模塊的0號(hào)（K0）位置，編程如下圖3.2。圖中第1行是讀出FX2N-4AD的識(shí)別碼，它的識(shí)別碼為K2010，放在BFM#30中。執(zhí)TO指令，將放在0號(hào)位置的特殊功能模塊的BFM#30的內(nèi)容寫(xiě)到D4中去。執(zhí)行CMP指令；當(dāng)K2010與FX2N-4AD的識(shí)別碼相同時(shí)，M1置1.下一行，執(zhí)行第一個(gè)TO指令，對(duì)通道進(jìn)行初始化，將H3300寫(xiě)入到得BFM#0，建立模擬通道CH1及CH2。執(zhí)行第二個(gè)TO指令，將K4寫(xiě)入BFM#1及#2，將CH1和CH2的平均采樣設(shè)為4。執(zhí)行FROM指令，將FX2N-4AD的

18、操作狀態(tài)由BFM#29中讀出。并輸入到FX2N-4AD的K4M10。當(dāng)BFM#29的b0為OFF,表示無(wú)錯(cuò)，當(dāng)b10為OFF，表示數(shù)字輸入值正常。如果FX2N-4AD沒(méi)有錯(cuò)誤，將BFM#5和#6采樣內(nèi)容的平均值讀入到FX2N主單元的D0、D1中去。圖3.2 FX2N-4AD使用實(shí)例 4 傳感器簡(jiǎn)介在本設(shè)計(jì)中用到了溫度傳感器、液位傳感器、流量傳感器，所以在此對(duì)傳感器做簡(jiǎn)要介紹。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB7665-87對(duì)傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將檢測(cè)感受到的信息，按一定規(guī)律變

19、換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器的分類(lèi)目前對(duì)傳感器尚無(wú)一個(gè)統(tǒng)一的分類(lèi)方法，但比較常用的有如下三種：1、按傳感器的物理量分類(lèi)，可分為位移、力、速度、溫度、流量、氣體成份等傳感器2、按傳感器工作原理分類(lèi)，可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光柵、熱電偶等傳感器。3、按傳感器輸出信號(hào)的性質(zhì)分類(lèi)，可分為：輸出為開(kāi)關(guān)量（“1”和0”或“開(kāi)”和“關(guān)”）的開(kāi)關(guān)型傳感器；輸出為模擬型傳感器；輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器。傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性是指對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào)，傳感器的輸出量與輸入量之間

20、所具有相互關(guān)系。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無(wú)關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫(huà)出的特性曲線來(lái)描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、分辨力和遲滯等。傳感器的動(dòng)態(tài)特性所謂動(dòng)態(tài)特性，是指?jìng)鞲衅髟谳斎胱兓瘯r(shí)，它的輸出的特性。在實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來(lái)表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得，并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種，所以傳感

21、器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來(lái)表示。傳感器的線性度通常情況下，傳感器的實(shí)際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實(shí)際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實(shí)際的特性曲線、線性度（非線性誤差）就是這個(gè)近似程度的一個(gè)性能指標(biāo)。擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點(diǎn)相連的理論直線作為擬合直線；或?qū)⑴c特性曲線上各點(diǎn)偏差的平方和為最小的理論直 線作為擬合直線，此擬合直線稱(chēng)為最小二乘法擬合直線。傳感器的靈敏度靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化y對(duì)輸入量變化x的比值。它是輸出一輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關(guān)系，則靈敏度S是一個(gè)常數(shù)。否則，

22、它將隨輸入量的變化而變化。靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳感器，在位移變化1mm時(shí)，輸出電壓變化為200mV，則其靈敏度應(yīng)表示為200mV/mm。當(dāng)傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時(shí)，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。提高靈敏度，可得到較高的測(cè)量精度。但靈敏度愈高，測(cè)量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。傳感器的分辨力分辨力是指?jìng)鞲衅骺赡芨惺艿降谋粶y(cè)量的最小變化的能力。也就是說(shuō)，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當(dāng)輸入變化值未超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，傳感器的輸出不會(huì)發(fā)生變化，即傳感器對(duì)此輸入量的變化是分辨不出來(lái)的。只有當(dāng)輸入量的變化超過(guò)分辨力時(shí)，其輸出才會(huì)發(fā)生變化。通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨力

23、并不相同，因此常用滿量程中能使輸出量產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的最大變化值作為衡量分辨力的指標(biāo)。上述指標(biāo)若用滿量程的百分比表示，則稱(chēng)為分辨率。電阻式傳感器電阻式傳感器是將被測(cè)量，如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物理量轉(zhuǎn)換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應(yīng)變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、濕敏等電阻式傳感器件。電阻應(yīng)變式傳感器傳感器中的電阻應(yīng)變片具有金屬的應(yīng)變效應(yīng)，即在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械形變，從而使電阻值隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。電阻應(yīng)變片主要有金屬和半導(dǎo)體兩類(lèi)，金屬應(yīng)變片有金屬絲式、箔式、薄膜式之分。半導(dǎo)體應(yīng)變片具有靈敏度高（通常是絲式、箔式的幾十倍）、橫向效應(yīng)小等優(yōu)點(diǎn)。壓阻式傳感器壓阻式

24、傳感器是根據(jù)半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)在半導(dǎo)體材料的基片上經(jīng)擴(kuò)散電阻而制成的器件。其基片可直接作為測(cè)量傳感元件，擴(kuò)散電阻在基片內(nèi)接成電橋形式。當(dāng)基片受到外力作用而產(chǎn)生形變時(shí)，各電阻值將發(fā)生變化，電橋就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的不平衡輸出。用作壓阻式傳感器的基片（或稱(chēng)膜片）材料主要為硅片和鍺片，硅片為敏感 材料而制成的硅壓阻傳感器越來(lái)越受到人們的重視，尤其是以測(cè)量壓力和速度的固態(tài)壓阻式傳感器應(yīng)用最為普遍。熱電阻傳感器熱電阻傳感器主要是利用電阻值隨溫度變化而變化這一特性來(lái)測(cè)量溫度及與溫度有關(guān)的參數(shù)。在溫度檢測(cè)精度要求比較高的場(chǎng)合，這種傳感器比較適用。目前較為廣泛的熱電阻材料為鉑、銅、鎳等，它們具有電阻溫度系數(shù)大、線性

25、好、性能穩(wěn)定、使用溫度范圍寬、加工容易等特點(diǎn)。用于測(cè)量-200+500范圍內(nèi)的溫度。傳感器的遲滯特性遲滯特性表征傳感器在正向（輸入量增大）和反向（輸入量減?。┬谐涕g輸出-一輸入特性曲線不一致的程度，通常用這兩條曲線之間的最大差值MAX與滿量程輸出FS的百分比表示。遲滯可由傳感器內(nèi)部元件存在能量的吸收造成。4.1 熱電偶傳感器應(yīng)用4.1.1 溫度傳感器熱電偶測(cè)溫基本原理 將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路，當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)執(zhí)著點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)。溫度傳感器熱電偶就是利用這一效應(yīng)來(lái)工作的。

26、4.1.2 溫度傳感器熱電偶的種類(lèi)及結(jié)構(gòu)形成 常用溫度傳感器熱電偶可分為標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器熱電偶和非標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器熱電偶兩大類(lèi)。所調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器熱電偶是指國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了其熱電勢(shì)與溫度的關(guān)系、允許誤差、并有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)分度表的溫度傳感器熱電偶，它有與其配套的顯示儀表可供選用。非標(biāo)準(zhǔn)化溫度傳感器熱電偶在使用范圍或數(shù)量級(jí)上均不及標(biāo)準(zhǔn)化溫度傳感器熱電偶，一般也沒(méi)有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場(chǎng)合的測(cè)量。標(biāo)準(zhǔn)化溫度傳感器熱電偶我國(guó)從1988年1月1日起，溫度傳感器熱電偶和溫度傳感器熱電阻全部按IEC國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，并指定S、B、E、K、R、J、T七種標(biāo)準(zhǔn)化溫度傳感器熱電偶為我國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)型溫度傳感器熱電偶。

27、 溫度傳感器熱電偶的結(jié)構(gòu)形式 為了保證溫度傳感器熱電偶可靠、穩(wěn)定地工作，對(duì)它的結(jié)構(gòu)要求如下： 組成溫度傳感器熱電偶的兩個(gè)熱電極的焊接必須牢固； 兩個(gè)熱電極彼此之間應(yīng)很好地絕緣，以防短路； 補(bǔ)償導(dǎo)線與溫度傳感器熱電偶自由端的連接要方便可靠； 保護(hù)套管應(yīng)能保證熱電極與有害介質(zhì)充分隔離。 4.1.3 溫度傳感器熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償 由于溫度傳感器熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴 金屬時(shí)），而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱 電偶材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把溫度傳感器熱電偶的冷 端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到 儀表端子上。必須指出，溫度傳感器熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起

28、延伸熱電極，使溫度傳感器熱電偶的冷端移動(dòng)到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對(duì)測(cè)溫的影響，不起補(bǔ)償作用。因此，還需采用其他修正方法來(lái)補(bǔ)償冷端溫度t00時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響。 在使用溫度傳感器熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意型號(hào)相配，極性不能接錯(cuò)，補(bǔ)償導(dǎo)線與溫度傳感器熱電偶連接端的溫度不能超過(guò)100。 4.2 葉輪式流量傳感器 葉輪式流量計(jì)是應(yīng)用流體動(dòng)量矩原理測(cè)量流量的裝置。葉輪的旋轉(zhuǎn)角速度與流量成線形關(guān)系，測(cè)得旋轉(zhuǎn)角速度就可測(cè)得流量值。常用水表、煤氣表均是按照這種原理工作的流量計(jì)。我國(guó)目前市場(chǎng)上供應(yīng)的水表，流量測(cè)定范圍3-1400m3/h，最大累計(jì)流量指示值達(dá)108m3。常用的葉輪式流量計(jì)有切

29、線葉輪式流量計(jì)，軸流葉輪式流量計(jì)，子母式流量計(jì)等類(lèi)型。在恒溫箱控制系統(tǒng)中用到的流量傳感器為葉輪式流量傳感器。 4.2 葉輪式微流量傳感器圖該葉輪式流量傳感器是利用電容的變化來(lái)進(jìn)行流量檢測(cè)的非熱式微流量傳感器，其工藝結(jié)構(gòu)如上圖所示。利用MEM技術(shù)將硅片制成可圍繞轉(zhuǎn)子進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪，作為電容的上下電極，在玻璃板上蒸發(fā)的金屬作為電容的下電極，形狀與葉輪相對(duì)應(yīng)。其工作原理是利用流體造成葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，流量的大小直接影響到葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，當(dāng)轉(zhuǎn)速和流量大小之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系確定后，如果能檢測(cè)出轉(zhuǎn)速就能反映流量的大小。而轉(zhuǎn)速的測(cè)量則是運(yùn)用了傳感器結(jié)構(gòu)中電容的變化。作為上電極的葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，下電極時(shí)鐘不動(dòng)，因此相對(duì)面積發(fā)

30、生改變，在間距、介質(zhì)材料都不變的情況下，電容跟著變，轉(zhuǎn)的越快，檢測(cè)電容變化越快。因此轉(zhuǎn)速與電容的變化率之間有了一定得對(duì)應(yīng)關(guān)系。檢測(cè)電路設(shè)計(jì)中主要考慮電容的變化引起電路相應(yīng)頻率的變化，只要把頻率的變化檢測(cè)出來(lái)，就可以反應(yīng)電容變化快慢，而電容的變化，反應(yīng)了葉輪轉(zhuǎn)速的變化，從而反應(yīng)了流量的大小。4.3 光電開(kāi)關(guān)光電液位傳感器是利用光在兩種不同介質(zhì)界面發(fā)生反射折射原理測(cè)控液位的裝置。本設(shè)計(jì)中主要應(yīng)用為光電開(kāi)關(guān)。光電開(kāi)關(guān)的定義：此種產(chǎn)品以光源為介質(zhì)、應(yīng)用光電效應(yīng)，當(dāng)光源受物體遮蔽或發(fā)生反射、輻射和遮光導(dǎo)致受光量變化來(lái)檢測(cè)對(duì)象的有無(wú)、大小和明暗，而向產(chǎn)生接點(diǎn)和無(wú)接點(diǎn)輸出信號(hào)的開(kāi)關(guān)元件。光電開(kāi)關(guān)包括幾種類(lèi)型

31、，自身不具備光源，利用被測(cè)物體發(fā)射的光的變化量進(jìn)行檢測(cè)的；利用自然光對(duì)光電開(kāi)關(guān)的照射，物體遮蔽自然光產(chǎn)生的關(guān)變化量；光電開(kāi)關(guān)自身具備光源，發(fā)射的光源對(duì)被檢測(cè)物體反射、吸收、和透射光的變化量進(jìn)行檢測(cè)。常用的光源為紫外光、可見(jiàn)光、紅外光等波段的光源，光源的類(lèi)型有燈泡、LED、激光管等；輸出信號(hào)有開(kāi)關(guān)量或模擬量和通訊數(shù)據(jù)信息等。光電開(kāi)關(guān)的叫法，主要是輸出為開(kāi)關(guān)量的開(kāi)關(guān)元件。光電傳感器的叫法，涵蓋了輸出開(kāi)關(guān)量、模擬量、通訊數(shù)據(jù)等。4.3.1 光電開(kāi)關(guān)原理與分類(lèi)（1）按檢測(cè)形式的分類(lèi)對(duì)射式對(duì)射式是由一個(gè)發(fā)射器與一個(gè)接收器相對(duì)配置的，發(fā)射器發(fā)射出的光指向接收器，發(fā)射器與接收器之間組成一個(gè)閉合光路，通過(guò)對(duì)光

32、路的光被遮斷或光衰減來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的一種檢測(cè)形式。這種檢測(cè)形式作用距離比較長(zhǎng)，但需要一個(gè)發(fā)射器并需要配電；在某些應(yīng)用場(chǎng)合比如空間狹小，不合適配電的運(yùn)用上比較麻煩。如圖4.3圖4.3對(duì)射式光電開(kāi)關(guān)原理圖發(fā)射器與接收器一體化，光傳輸為直流方式的非調(diào)制信號(hào)，主要小型縫隙光電開(kāi)關(guān)，如U型、C型的槽型光電開(kāi)關(guān)。直接反射式：這種方式是把發(fā)射器與接收器構(gòu)為一體，發(fā)射器發(fā)射的光直接照射到被檢測(cè)物上，根據(jù)反射光的變化情況來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的。可以說(shuō)是近似人的眼睛的一種檢測(cè)器。與對(duì)射式相比作用距離比較短，只需要單線配電即可，屬于通用檢測(cè)器。圖4.4直接反射式光電開(kāi)關(guān)原理圖鏡面反射式 這種方式是把發(fā)射器與接收器構(gòu)為一體，光電開(kāi)

33、關(guān)對(duì)置反角矩陣射鏡，發(fā)射器的光被反射鏡后反饋回接收器，光電開(kāi)關(guān)與角矩陣反射鏡（多棱鏡）形成閉合光路，通過(guò)對(duì)光路的光被遮斷或光衰減來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的一種檢測(cè)形式，這種檢測(cè)形式作用距離比對(duì)射式短，比直接反射式較長(zhǎng)。只需要單線配電即可，由于采用反射鏡光軸的調(diào)整比對(duì)射式容易；反射鏡由多棱鏡角矩陣板或微晶玻璃顆粒反射膜等。具有M.S.R功能的反射器式光電開(kāi)關(guān)，如果被檢測(cè)物是平面而且有光澤，則會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作，欲解決此問(wèn)題，可采用M.S.R功能，它的主要工作原理是基于角矩陣反射器能使偏振光方向改變90，采用互相垂直的偏振光膜片放在雙鏡頭前，所以使用角矩陣反射器，光路閉合。如果是平面鏡或反光率比較的物體（如：玻璃瓶等

34、）不能改變偏振方向，由它阻擋而產(chǎn)生的反射光不能進(jìn)入受光器，因此它可以很容易被檢測(cè)到，從而解決了由它表面反射而它引起的誤動(dòng)作問(wèn)題。輻射光檢測(cè)形式通過(guò)對(duì)被檢測(cè)物體輻射出的光進(jìn)行檢測(cè)的形式。如用于鋼鐵行業(yè)的對(duì)加熱的鐵輻射出的紅外線進(jìn)行檢測(cè)的光電開(kāi)關(guān)。限定反射式這種方式是把發(fā)射器與接收器構(gòu)為一體，發(fā)射器與接收器形成一個(gè)角度，發(fā)射光軸與接收光軸交叉區(qū)域靈敏度最佳。夾角式這種方式是把發(fā)射器與接收器構(gòu)為一體，發(fā)射器與接收器形成一個(gè)角度，發(fā)射光聚焦點(diǎn)與接收光聚焦交叉區(qū)域檢測(cè)物體，用于精細(xì)檢測(cè)，如標(biāo)記檢測(cè)等。同軸檢測(cè)式（單鏡頭）這種方式是把發(fā)射器與接收器構(gòu)為一體，發(fā)射光通過(guò)鍍膜的半透明鏡片45折射后通過(guò)鏡頭聚焦

35、發(fā)射出去，接收光線通過(guò)聚焦鏡頭入射到接收器，主要用于標(biāo)志檢測(cè)。目前主流的顏色傳感器、標(biāo)志傳感器大多采用這樣方式。（2）按檢測(cè)方法的分類(lèi)光量法:目前大多數(shù)光電開(kāi)關(guān)用來(lái)檢測(cè)物體有無(wú)的均為光量方式，既光源受物體遮蔽或發(fā)生反射、輻射和遮光導(dǎo)致受光量變化來(lái)檢測(cè)對(duì)象的有無(wú)。三角測(cè)距法:光量方式容易受到物體表面的光潔度、粗糙度、顏色所影響，因此在一些要求比較高的場(chǎng)合就需要采用距離法檢測(cè)。激光測(cè)量法:由激光器對(duì)被測(cè)目標(biāo)發(fā)射一個(gè)光信號(hào)， 然后接受目標(biāo)反射回來(lái)的光信號(hào)，通過(guò)測(cè)量光信號(hào)往返經(jīng)過(guò)的時(shí)間， 計(jì)算出目標(biāo)的距離。 （3）按光源種類(lèi)的分類(lèi) 光源目前采用的大多是發(fā)光二極管（LED），根據(jù)不同使用目的的區(qū)別使用。

36、 白熾燈式（可見(jiàn)光）:用于需要白光的標(biāo)志檢測(cè)器，由于壽命與抗震性能，現(xiàn)在使用比較少。 發(fā)光二極管（LED）式（可見(jiàn)光、近紅外光）:具有調(diào)制容易、壽命長(zhǎng)、小型、功耗小、抗震等優(yōu)點(diǎn)是光電開(kāi)關(guān)理想的光源，可用于各種用途。熒光式（可見(jiàn)光）:主要用于需要長(zhǎng)度的光電系統(tǒng)（圖像傳感器等）。紫外光式（不可見(jiàn)光）:通過(guò)照射紫外線用于檢測(cè)發(fā)生可見(jiàn)光的物體（熒光整理疵點(diǎn)、食品中的異物等）。氣體激光式（可見(jiàn)光）:光束比較強(qiáng)，用于探傷系統(tǒng)、條形碼系統(tǒng)、及強(qiáng)光衰減大的場(chǎng)合，如蒸汽、煙霧、火焰等場(chǎng)合。半導(dǎo)體激光式（紅光、近紅外光）:具有較強(qiáng)的透射率和容易調(diào)制的特性，用于如蒸汽、煙霧、火焰等場(chǎng)合鋼鐵行業(yè)與安防。（4）按光源調(diào)

37、制種類(lèi)的分類(lèi) 直流光式：使發(fā)射器的光線為不變的直流光，包括白熾燈和用直流驅(qū)動(dòng)的發(fā)光二極管。這種方式有線路簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，但是抗光干擾比較弱，目前僅在較短的距離檢測(cè)中使用。調(diào)制式脈沖調(diào)制式：使發(fā)射器發(fā)的出光線為具有一定頻率的脈沖波，一般稱(chēng)為調(diào)制光，采用這種方式除了可以獲得峰值很高的光脈沖功率外，還可以對(duì)接收器輸出采用具有頻率選擇的交流放大器進(jìn)行放大，從而減少周?chē)饩€和電氣噪聲的影響，這是目前國(guó)內(nèi)外使用最廣的一種方式。機(jī)械旋轉(zhuǎn)調(diào)制式：對(duì)光源用棱鏡或轉(zhuǎn)盤(pán)孔旋轉(zhuǎn)后，提取脈沖信號(hào)，如用于區(qū)域檢測(cè)和熱金屬輻射的掃描檢測(cè)等。掃描式：將多個(gè)發(fā)射器與接收器組合，通過(guò)同步信號(hào)逐一掃描，防止相互干擾。如用于

38、光幕傳感器。（5）按供電種類(lèi)的分類(lèi)直流式：采用直流電壓供電的形式，一般大多采用12-24V（10-30V）的直流電壓的供電。交流式：采用交流電壓供電，電壓范圍為90-240V交流電，滿足110VAC與220VAC場(chǎng)合的供電。直流交流混合式：直流電壓與交流電壓都可以直接接入同一個(gè)供電回路的形式，直流電壓范圍12-240V，交流電壓范圍24-240V，此形式適應(yīng)性比較靈活，不需要考慮配電的問(wèn)題。 （6）按結(jié)構(gòu)種類(lèi)的分類(lèi)內(nèi)藏放大器式：即把發(fā)光、感光元件和放大電路、信號(hào)處理電路、開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路裝配在一個(gè)殼體里，接通直流電源就可以獲取ON-OFF開(kāi)關(guān)輸出，不需要專(zhuān)用放大器，抗噪音能力強(qiáng)，壽命長(zhǎng)，電纜線可延

39、長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，是主流的一種光電開(kāi)關(guān)。放大器分離式：這是種早期采用比較多的方式，發(fā)光、感光元件裝在探頭內(nèi)，用屏蔽線與專(zhuān)用放大器（光電開(kāi)關(guān)主體）連接。主要是探頭可以安裝在比較狹小的空間對(duì)比較小的物體進(jìn)行檢測(cè)，但是有抗噪聲能力的問(wèn)題。隨著技術(shù)的發(fā)展，內(nèi)藏放大器式的光電開(kāi)關(guān)的體積越來(lái)越??；這種形式采用相對(duì)較少，尤其是光纖傳感器的發(fā)展。光纖式：這種光電開(kāi)關(guān)是放大器分離式與內(nèi)藏放大器式結(jié)合的產(chǎn)品，通過(guò)光纖才傳輸光信號(hào)，光電開(kāi)關(guān)主體上套上光纖線，另一頭光纖探頭可以對(duì)被檢測(cè)物體進(jìn)行檢測(cè)，其優(yōu)點(diǎn)光纖探頭比較小，可以檢測(cè)比較微小的物體，光纖線傳輸?shù)闹皇枪庑盘?hào)，所以不用考慮放大器分離式那樣需要考慮抗噪聲能力的問(wèn)題。自控

40、式：這種光電開(kāi)關(guān)是具有一定功能性的。把發(fā)光、感光元件和放大電路、信號(hào)處理電路、開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、電源、繼電器等都裝配在一起，接上交流或直流電源就可以工作。同時(shí)還具有其他一些功能如動(dòng)作信號(hào)的延時(shí)、光電開(kāi)關(guān)的信號(hào)靈敏度調(diào)節(jié)等。5 BCD譯碼器簡(jiǎn)介譯碼和編碼的過(guò)程相反。編碼是將某種信號(hào)或十進(jìn)制的十個(gè)數(shù)碼（輸入）編成二進(jìn)制代碼（輸出）。譯碼是將二進(jìn)制代碼（輸入）按其編碼時(shí)的原意譯成對(duì)應(yīng)的信號(hào)或十進(jìn)制數(shù)碼（輸出）。BCD七段譯碼器的輸入是一位BCD碼(以D、C、B、A表示)，輸出是數(shù)碼管各段的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(以FaFg表示)，也稱(chēng)47譯碼器。如果用BCD譯碼器來(lái)驅(qū)動(dòng)共陰LED數(shù)碼管，則輸出應(yīng)為高有效，即輸出為高(

41、1)時(shí)，相應(yīng)顯示段發(fā)光。例如，當(dāng)輸入8421碼DCBA=0100時(shí)，應(yīng)顯示4， 即要求同時(shí)點(diǎn)亮b、c、f、g段， 熄滅a、d、e段，故譯碼器的輸出應(yīng)為FaFg=，這也是一組代碼，常稱(chēng)為段碼。同理，根據(jù)組成09這10個(gè)字形的要求可以列出8421BCD七段譯碼器的真值表，如下圖5.15.1 BCD七段譯碼器真值表BCD七段數(shù)碼管顯示譯碼器電路,發(fā)光二極管(LED)由特殊的半導(dǎo)體材料砷化鎵、 磷砷化鎵等制成，可以單獨(dú)使用，也可以組裝成分段式或點(diǎn)陣式LED顯示器件(半導(dǎo)體顯示器)。 分段式顯示器(LED數(shù)碼管)由7條線段圍成8型，每一段包含一個(gè)發(fā)光二極管。外加正向電壓時(shí)二極管導(dǎo)通，發(fā)出清晰的光，有紅、

42、黃、綠等色。只要按規(guī)律控制各發(fā)光段的亮、滅，就可以顯示各種字形或符號(hào)。 圖5.2 (a)是共陰式LED數(shù)碼管的原理圖，圖5.2 (b)是其表示符號(hào)。使用時(shí)，公共陰極接地，7個(gè)陽(yáng)極a g由相應(yīng)的BCD七段譯碼器來(lái)驅(qū)動(dòng)(控制)，如圖5.2(c)所示。 圖5.2圖5.2(c)是BCD七段譯碼器驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管(共陰)的接法。圖中，電阻是上拉電阻，也稱(chēng)限流電阻，當(dāng)譯碼器內(nèi)部帶有上拉電阻時(shí)，則可省去。數(shù)字顯示譯碼器的種類(lèi)很多，現(xiàn)已有將計(jì)數(shù)器、鎖存器、譯碼驅(qū)動(dòng)電路集于一體的集成器件，還有連同數(shù)碼顯示器也集成在一起的電路可供選用。6 攪拌部分6.1 攪拌過(guò)程分類(lèi)從攪拌技術(shù)觀點(diǎn)看，流體攪拌可分為五種基本攪拌應(yīng)

43、用，而每一種攪拌應(yīng)用又可根據(jù)物理過(guò)程和化學(xué)過(guò)程分為兩種類(lèi)型。因此，總共有十種基本的攪拌應(yīng)用。每一種基本攪拌應(yīng)用都有各自的攪拌特點(diǎn)，過(guò)程要求和放大設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，每種攪拌應(yīng)用往往會(huì)有幾種基本攪拌應(yīng)用組成，如絮凝攪拌過(guò)程由液液混合和固體懸浮兩個(gè)基本攪拌應(yīng)用組成。6.2 攪拌槳葉分類(lèi)攪拌機(jī)主要有電機(jī)、減速裝置、攪拌軸和槳葉等組成。攪拌槳葉的形式多種多樣，但無(wú)論何種槳葉形式，攪拌機(jī)在操作時(shí)，其軸功率消耗都產(chǎn)生兩部分作用，一部分是槳葉產(chǎn)生的排液量，另一部分是槳葉產(chǎn)生的壓頭。槳葉產(chǎn)生的壓頭又可分成兩部分，即靜壓頭和剪切力；攪拌機(jī)槳葉在操作時(shí)，必須克服靜壓頭，而剪切力使得物料分散、混合。因此，根據(jù)槳葉

44、產(chǎn)生排液量，克服靜壓頭和產(chǎn)生剪切力能力的大小，可將所有槳葉分成三種基本類(lèi)型，即流動(dòng)型、壓頭型和剪切型。每一種槳葉在提供某種基本作用的同時(shí)（如流動(dòng)型槳葉的基本作用是產(chǎn)生排液量），也提供另外兩種作用（產(chǎn)生剪切和克服靜壓頭）。根據(jù)不同的攪拌工程對(duì)攪拌要求的不同，選擇一種合理的槳葉形式，使得攪拌槳葉提供的排液量，靜壓頭和剪切之匹配能最大限度地滿足攪拌過(guò)程的攪拌要求。如固體懸浮及互容液體的混合，要求槳葉能提供大排液量、低剪切。而氣一液分散，要求槳葉能同時(shí)提供剪切、排液量和靜壓。攪拌槳葉的分類(lèi)，也可以按照槳葉對(duì)流體作用所產(chǎn)生的流動(dòng)型態(tài)來(lái)分，可將槳葉分成兩種類(lèi)型-軸流式槳葉及徑流式槳葉。所謂軸流式槳葉，是指

45、槳葉的主要排液方向與攪拌軸平行，螺旋推進(jìn)式槳葉即是一種典型的軸流式槳葉；所謂徑流式槳葉，是指槳葉的主要排液方向與攪拌軸垂直。帶有“Sabre形狀葉片的攪拌槳，攪拌能耗量小，產(chǎn)生的流動(dòng)為主導(dǎo)軸向型，確保非常有效的水泵效應(yīng)，這種攪拌槳葉對(duì)大多數(shù)應(yīng)用均非常理想，特別是那些需要高速低能耗的場(chǎng)合。帶有450傾斜平板葉片的軸向攪拌槳，對(duì)中小體積的攪拌最為經(jīng)濟(jì)。這種攪拌槳葉產(chǎn)生的流動(dòng)為主導(dǎo)軸向型帶徑向流，產(chǎn)生剪切擾動(dòng)。在不粘的介質(zhì)中被用于進(jìn)行懸浮或熱交換。傾斜的槳葉低速運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生較高的擾動(dòng)。這種基本攪拌槳葉通常對(duì)一些簡(jiǎn)單攪拌應(yīng)用有效。在無(wú)粘性的介質(zhì)中，適合于氣-液交換及熱交換產(chǎn)生徑向流，具高抗動(dòng)性和高能耗，

46、專(zhuān)用于特殊應(yīng)用。6.3 流體攪拌基本原理及參數(shù)攪拌機(jī)是由多個(gè)參數(shù)決定的，用任何一個(gè)單一參數(shù)來(lái)描述一臺(tái)攪拌機(jī)是不可能的。軸功率（P）、槳葉排液量（Q）、壓頭（H）、槳葉直徑（D）及攪拌轉(zhuǎn)速（N）是描述一臺(tái)攪拌機(jī)的五個(gè)基本參數(shù)。槳葉的排液量與槳葉本身的流量準(zhǔn)數(shù)，槳葉轉(zhuǎn)速的一次方及槳葉直徑的三次方成正比。而攪拌消耗的軸功率則與流體比重，槳葉本身的功率準(zhǔn)數(shù)，轉(zhuǎn)速的三次方及槳葉直徑的五次方成正比。在一定功率及槳葉形式情況下，槳葉排液量（Q）以及壓頭（H）可以通過(guò)改變槳葉的直徑（D）和轉(zhuǎn)速（N）的匹配來(lái)調(diào)節(jié)，即大直徑槳葉配以低轉(zhuǎn)速（保證軸功率不變）的攪拌機(jī)產(chǎn)生較高的流動(dòng)作用和較低的壓頭，而小直徑槳葉配以高

47、轉(zhuǎn)速則產(chǎn)生較高的壓頭和較低的流動(dòng)作用。 在攪拌槽中，要使微團(tuán)相互碰撞，唯一的辦法是提供足夠的剪切速率。從攪拌機(jī)理看，正是由于流體速度差的存在，才使流體各層之間相互混合，因此，凡攪拌過(guò)程總是涉及到流體剪切速率。剪切應(yīng)力是一種力，是攪拌應(yīng)用中氣泡分散和液滴破碎等的真正原因。必須指出的是，整個(gè)攪拌槽中流體各點(diǎn)剪切速率的大小并不是一致的。通過(guò)對(duì)剪切速率分布的研究表明，在一個(gè)攪拌槽中至少存在四種剪切速率數(shù)值，它們是：槳葉區(qū)最大剪切速率、槳葉區(qū)平均剪切速率、全槽區(qū)最大剪切速率、全槽區(qū)平均剪切速率。實(shí)驗(yàn)研究表明，就槳葉區(qū)而言，無(wú)論何種漿型，當(dāng)槳葉直徑一定時(shí)，最大剪切速率和平均剪切速率都隨轉(zhuǎn)速的提高而增加。但

48、當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，最大剪切速率和平均剪切速率與槳葉直徑的關(guān)系與漿型有關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，徑向型槳葉最大剪切速率隨槳葉直徑的增加而增加，而平均剪切速率與槳葉直徑大小無(wú)關(guān)。這些有關(guān)槳葉區(qū)剪切速率的概念，在攪拌機(jī)縮小及放大設(shè)計(jì)中需要特別當(dāng)心。因小槽與大槽相比，小槽攪拌機(jī)往往具有高轉(zhuǎn)速（N）、小槳葉直徑（D）及低葉尖速度（ND）等特性，而大槽攪拌機(jī)往往具有低轉(zhuǎn)速（N）大槳葉直徑（D）及高葉尖速度（ND）等特性。7 冷卻器簡(jiǎn)介冷卻器換熱設(shè)備的一類(lèi)，用以冷卻流體。通常用水或空氣為冷卻劑以除去熱量。冷卻器 以間壁式、混合式、蓄熱式交換器為主要對(duì)象，冷卻器的工作原理、傳熱計(jì)算、結(jié)構(gòu)計(jì)算、流動(dòng)阻力計(jì)算和設(shè)計(jì)程序，在熱

49、交換器一書(shū)中均有較多插圖和詳盡的例題。冷卻器分列管式：（固定折板式，浮頭式，雙重管式，U形管式，立式、臥式等），風(fēng)冷式：（間接式、固定式及浮動(dòng)式或支撐式和懸掛式等），水冷式等。其中風(fēng)冷式安裝方便，運(yùn)行費(fèi)用低，適合水資源不足的地方；而水冷式具有體積小，冷卻效率高，能用于高溫、高濕、多塵的環(huán)境中。水冷式冷卻器特點(diǎn):冷卻水從管內(nèi)流過(guò)，油從列管間流過(guò)，中間折板使油折流，并采用雙程或四程流動(dòng)方式，強(qiáng)化冷卻效果。但是風(fēng)冷式冷卻器在夏季高溫下難以冷卻，過(guò)高的進(jìn)風(fēng)溫度是一座難以克服的大山，所以在隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在原風(fēng)冷的基礎(chǔ)上，吸收水冷卻的優(yōu)點(diǎn)，出現(xiàn)了閉式循環(huán)水風(fēng)冷卻器，又名閉式冷卻塔，它是水冷和風(fēng)冷相結(jié)

50、合的產(chǎn)兒，刷新了常溫冷卻器的新紀(jì)元，對(duì)傳統(tǒng)的水冷、風(fēng)冷進(jìn)行了有效改造。由風(fēng)冷式冷卻器特點(diǎn):用風(fēng)冷卻油，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、熱阻小、換熱面積大、使用、安裝方便。本設(shè)計(jì)中采用風(fēng)冷式冷卻器，即風(fēng)扇降溫。7.1風(fēng)冷式冷卻器8 程序設(shè)計(jì)8.1 恒溫箱的工藝過(guò)程及控制要求恒溫控制裝置的構(gòu)成示意圖請(qǐng)見(jiàn)附圖1。它由恒溫水箱、加熱裝置、攪拌電動(dòng)機(jī)、冷卻器、冷卻風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)、儲(chǔ)水箱、溫度檢測(cè)裝置、溫度顯示、功率顯示、流量顯示、閥門(mén)及有關(guān)的狀態(tài)指示器等部件構(gòu)成。恒溫控制系統(tǒng)要求控制恒溫箱水溫在2080之間的某設(shè)定數(shù)值。設(shè)定值可通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)定。當(dāng)水溫低于設(shè)定值時(shí)，向外放出部分熱水并從儲(chǔ)備水箱中泵如冷水，當(dāng)儲(chǔ)水箱

51、中水溫高于設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)冷卻風(fēng)扇并使水流經(jīng)冷卻器。恒溫水箱中間的攪拌器是為了水溫均勻使用的，兩個(gè)液位檢測(cè)開(kāi)關(guān)分別用來(lái)檢測(cè)水的溢出及不足兩種特殊狀態(tài)，為開(kāi)關(guān)量傳感器。系統(tǒng)中設(shè)有三處溫度傳感器，分別用于測(cè)量恒溫水箱入水口處的水溫、水箱中的水溫及儲(chǔ)備水箱中水的溫度。溫度傳感器為模擬量傳感器，測(cè)量范圍為0-100，輸出0-10v DC電壓量。系統(tǒng)中水的流動(dòng)可采用電磁閥或手動(dòng)閥開(kāi)關(guān)控制。水泵為水流提供動(dòng)力，水的流速由流量計(jì)計(jì)量。系統(tǒng)要求為恒溫箱中的水溫、入水口處的水溫，儲(chǔ)水箱中的水溫、水的流速及加熱功率設(shè)置LED顯示。兩個(gè)電磁閥的通、斷，攪拌電機(jī)和冷卻風(fēng)扇電機(jī)的工作設(shè)置指示燈顯示。本系統(tǒng)的控制過(guò)程是這樣

52、的，當(dāng)設(shè)定水溫后啟動(dòng)水泵向恒溫水箱中注水，當(dāng)上升到液位檢測(cè)點(diǎn)2時(shí)啟動(dòng)攪拌電動(dòng)機(jī)，測(cè)量水溫并與設(shè)定值比較，若溫度差小于設(shè)定值則開(kāi)始加熱。當(dāng)水溫高于設(shè)定值時(shí)，進(jìn)冷水，當(dāng)儲(chǔ)備水箱中水溫高于設(shè)定值時(shí)，采用進(jìn)水與風(fēng)機(jī)冷卻同時(shí)進(jìn)行的方法實(shí)現(xiàn)降溫控制。系統(tǒng)還要求具報(bào)警功能，如當(dāng)啟動(dòng)泵時(shí)無(wú)流量，或加熱時(shí)無(wú)溫度變化則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。8.2 控制方案分析由系統(tǒng)的工藝過(guò)程及控制要求知，本系統(tǒng)的工作實(shí)質(zhì)是根據(jù)恒溫水箱及儲(chǔ)備水箱中水的溫度，決定系統(tǒng)的工作狀態(tài)：加熱攪拌，或經(jīng)兩個(gè)路徑（冷卻及不冷卻）為恒溫箱供入冷水。由于溫度傳感器為模擬量傳感器，系統(tǒng)中三處溫度對(duì)應(yīng)的模擬量均需要變換為數(shù)字量供PLC運(yùn)算處理。為了提高加熱的快

53、速性及系統(tǒng)的穩(wěn)定性，加熱系統(tǒng)采用可以調(diào)壓的可控電源?？烧{(diào)壓電源為電壓量控制方式。這樣系統(tǒng)輸入及輸出均需模擬量的控制系統(tǒng)。需為PLC配置A/D、D/A轉(zhuǎn)換單元。本系統(tǒng)中還有流量顯示要求，擬選用葉輪式流量計(jì)，采用PLC的高速計(jì)數(shù)器對(duì)流量計(jì)輸出脈沖計(jì)數(shù)的方式測(cè)定流量。從總體控制功能來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)為溫度值控制下的加熱或冷卻系統(tǒng)，輸入量為溫度值、液位值、流量值，輸出為攪拌電動(dòng)機(jī)，冷卻風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)及電磁閥的動(dòng)作及自動(dòng)調(diào)節(jié)的加熱功率。為了方便溫度、流量、功率的顯示并減少投資，擬采用同一組數(shù)碼管分時(shí)完成。數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)及譯碼片選信號(hào)選用可編程控制器的輸出口，因而PLC應(yīng)選用晶體管輸出的品種。8.3 系統(tǒng)的配置統(tǒng)計(jì)本系統(tǒng)的輸入信號(hào)有啟動(dòng)開(kāi)關(guān)、停止開(kāi)關(guān)、液位開(kāi)關(guān)、流量檢測(cè)開(kāi)關(guān)、溫度傳感器等。對(duì)于傳感器本設(shè)計(jì)在前面作了簡(jiǎn)要介紹和所用到的傳感器也做了一些說(shuō)明。輸出信號(hào)的控制對(duì)象有水泵、水閥、冷卻風(fēng)機(jī)、攪拌電動(dòng)機(jī)、加熱裝置、狀態(tài)