實驗水箱熱工參數(shù)測量與控制裝置的設計說明

1、. . . . 水箱設計和水泵選擇水箱的選擇H=600mm,d=300mm，材料：有機玻璃總要求：液位高500mm，選用壓力傳感器或變送器，24V DC供電，二線制接法，電流420mA或電壓15V輸出水箱必須比要求稍微高點，直徑節(jié)約材料，選擇直徑300mm，有機玻璃。貯水槽的選擇a=600mm,b=600mm,c=300mm，材料：有機玻璃。必須比需要的水的總體積多，V=0.108(m3)。水泵的選擇螺桿泵是一種單螺桿式輸運泵、它的主要工作部件是偏心螺旋體的螺桿(稱轉(zhuǎn)子)和表面呈雙線螺旋面的螺桿襯套(稱定子)。其工作原理是當電動機帶動泵軸轉(zhuǎn)動時,螺桿一方面繞本身的軸線旋轉(zhuǎn),另一方面它又沿襯套表

2、面滾動,于是形成泵的密封腔室。螺桿每轉(zhuǎn)一周,密封腔中的液體向前推進一個螺距。隨著螺桿的連續(xù)傳動,液體以螺旋形方式從一個密封腔壓向另一個密封腔,最后擠出泵體。 螺桿泵是一種新型的輸送液體的機械,具有結(jié)構(gòu)簡單、工作安全可靠、使用維修方便、出液連續(xù)均勻、壓力穩(wěn)定等優(yōu)點。廣泛應用于食品、冶金、建筑、制藥、化工等工業(yè)。型號：16CQ-8P參數(shù)單位參數(shù)型號I-1.5B寸理論流量MPa5.2流量m3/h3.2揚程m80吸程m3進出口徑mm40轉(zhuǎn)速r/min960配用電機KW工作壓力kg/cm22.28水泵工作原理螺桿泵是利用螺桿的回轉(zhuǎn)來吸排液體的。圖1表示三螺桿泵的剖視圖。圖中，中間螺桿為主動螺桿，由原動機

3、帶動回轉(zhuǎn)， 兩邊的螺桿為從動螺桿，隨主動螺桿作反向旋轉(zhuǎn)。主、從動螺 桿的螺紋均為雙頭螺紋。由于各螺桿的相互嚙合以與螺桿與襯筒壁的緊密配合，在泵的吸 入口和排出口之間， 就會被分隔成一個或多個密封空間。隨著螺桿的轉(zhuǎn)動和嚙合，這些密封空間在泵的吸入端不斷形成，將吸入室中的液體封入其 中，并自吸入室沿螺桿軸向連續(xù)地推移至排出端，將封閉在 各空間中的液體不斷排出，猶如一螺母在螺紋回轉(zhuǎn)時被不斷向前推進的情形那樣，這就是螺桿泵的基本工作原理。螺桿泵工作時，液體被吸入后就進入螺紋與泵殼所圍的密封空間，當主動螺桿旋轉(zhuǎn)時，螺桿泵密封容積在螺牙的擠壓下提高螺桿泵壓力，并沿軸向移動。由于螺桿是等速旋轉(zhuǎn)，所以液體出流

4、流量也是均勻的。螺桿泵有單螺桿泵、雙螺桿泵和三螺桿泵。螺桿泵特點為：螺桿泵損失小，經(jīng)濟性能好。壓力高而均勻，流量均勻，轉(zhuǎn)速高，能與原動機直聯(lián)。螺桿泵可以輸送潤滑油，輸送燃油，輸送各種油類與高分子聚合物，用于輸送黏稠液體。壓力傳感器/變送器壓力傳感器概述將壓力轉(zhuǎn)換為電信號輸出的傳感器。通常把壓力測量儀表中的電測式儀表稱為壓力傳感器。壓力傳感器一般由彈性敏感元件和位移敏感元件（或應變計）組成。彈性敏感元件的作用是使被測壓力作用于某個面積上并轉(zhuǎn)換為位移或應變，然后由位移敏感元件或應變計轉(zhuǎn)換為與壓力成一定關(guān)系的電信號。有時把這兩種元件的功能集于一體。壓力傳感器廣泛應用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉與水利水電、

5、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業(yè)。壓力傳感器類型力學傳感器的種類繁多，但常用的壓力傳感器有電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器與電容式加速度傳感器，光纖壓力傳感器等。應用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價格和較高的精度以與較好的線性特性。ZP3100擴散硅絕壓/壓力變送器產(chǎn)品簡介測量介質(zhì)：非腐蝕、無粉塵、干燥性氣體標準量程：01kPa-0700kPa過載壓力：參見選型表輸出信號：420mADC（二線制）010 mADC或05VDC（三線制）工作電壓

6、：1436VDC（二線制）；1236VDC（三線制）標準24VDC±5%，紋波小于1%環(huán)境溫度：-2585儲存溫度：-40105負載電阻：420mA，（U-14）/0.02-RD 其中U為電源電壓，RD為電纜阻010 mA，R1 K05V，R330產(chǎn)品技術(shù)指標精 度：±0.25%（量程2.5kPa、典型值；含非線性、遲滯、重復性）±0.5%（量程2.5kPa、典型值；含非線性、遲滯、重復性）零點遷移：最大正遷移值：最大量程與最小量程之差最大負遷移值：最大量程零點調(diào)節(jié)：輸出量程的±20%量程調(diào)節(jié)：輸出量程的±20%過壓影響：不超過最大量程的0.5

7、%電源影響：小于輸出量程的0.01%/V負載影響：可忽略不計溫度影響：最大量程的±1.5%（2.5kPa；包括零點和量程總的溫度影響）最大量程的±3.0%（2.5 kPa；包括零點和量程總的溫度影響）穩(wěn) 定 性：最大量程的±0.25%/年（2.5kPa；典型值）最大量程的±0.5%/年（2.5kPa；典型值）數(shù)顯儀表工作原理數(shù)字顯示儀表概述用數(shù)字顯示被測值的儀表。把測量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量并以數(shù)字形式顯示出來的儀表。工業(yè)測量中被測量變或位移、電流、電壓、空氣壓等模擬量，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，把模似量換成數(shù)字量（簡稱模數(shù)轉(zhuǎn)換）。 數(shù)字儀表以數(shù)字的形式顯示被測量，讀數(shù)直觀。

8、一般包括:用標度盤和指針指示電量,用電磁力為基礎的電括測量線路,模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字顯示三部份。數(shù)字儀表的主要技術(shù)指標(一) 顯示數(shù)位以十進制顯示被測變量值的位數(shù)稱為顯示位數(shù)。能夠顯示“09”的數(shù)字位稱為“滿位”。(二) 儀表的量程儀表標稱圍的上，下限之差的模。量程有效圍上限為滿度值。(三) 精度目前數(shù)字顯示儀表的精度表示法有三種：滿度的%字，讀數(shù)的%字，讀數(shù)的%滿度的%，系數(shù)n是顯示儀表讀數(shù)最末一位數(shù)字的變化，一般n=1。(四) 分辨力和分辨率數(shù)字儀表的分辨力是指末位數(shù)字改變一個字所對應的被測變量的最小變化值，他表示了儀表能夠檢測到的被測量最小變化的能力。分辨率指儀表現(xiàn)實的最小數(shù)值與最大數(shù)值之比。

9、(五) 輸入阻抗數(shù)字是顯示儀表是一種高輸入阻抗的儀表，輸入阻抗可達。(六) 抗干擾能力數(shù)字式顯示儀表一般用串模干擾抑制比和共模干擾抑制來表征抗干擾能力大小。數(shù)字顯示儀表的特點1數(shù)字顯示，讀數(shù)不存在視覺誤差。 2精確度一般較高，數(shù)字電工儀表由于沒有機電類儀表的可動部分，所以機械摩檫，變形的影響極小，只要元器件的質(zhì)量、性能上沒問題，數(shù)字儀表是比較容易制成很高精準度的儀表，比如科立恒電子的生產(chǎn)的KM顯示表精度都已經(jīng)達到了0.01%，代理的CSS系列產(chǎn)品已經(jīng)達到了十萬分之一的精確度，而目前一般機電類儀表精準度達0.1%已很不容易，而數(shù)字儀表可輕易達到0.05%，目前有些數(shù)字儀表以達到0.01%的精確度

10、。 3靈敏度高。由于有些數(shù)字儀表多設有各種放大線路或器件，所以可測量較小的信號，如1mA左右的電流信號號、0.01Hz的頻率信號 4輸入阻抗高。數(shù)字儀表一般本身有工作電源，除測量電流外，一般阻抗都可以制得較高，使在測量時對被測物理量影響很小。 5使用方便。特別是實驗室用便攜式、臺式儀表，可制成多量程（目前有-19999999 顯示量程的KM表系），多功能儀表（可測量電流電壓頻率功率線速轉(zhuǎn)速）。 6性價比高 7抗干擾性能教差，由于數(shù)字儀表靈敏度高，其副作用就是抗干擾性能差，外磁場和電場等變化容易引起讀書變化，為了解決這一現(xiàn)象；科立恒公司，在技術(shù)方面投入巨資，應用先進的表面貼裝工藝和電磁隔離技術(shù)，

11、弧型設計面板確保儀表的長期穩(wěn)定。 8數(shù)字儀表的精確度，表示方法不同于指針式儀表，數(shù)字儀表一般多以上量限或讀數(shù)值為基準值的百分數(shù)再加上幾個數(shù)字來表示該表的精確度，比如KM系列數(shù)顯儀表，系統(tǒng)精度0.1%(直流)，0.2%（交流）滿刻度1字。一般多功能，多量程的數(shù)字多用表的各功能、量程檔位不同時，精確度也不一樣。數(shù)顯儀表的選擇SWP-LED系列智能儀表采用了集成度更高的IC路屏芯片和先進的SMT表面元件貼裝工藝以與獨特的電蔽技術(shù)，采用微機控制全自動數(shù)字調(diào)校系統(tǒng)，整機和機芯裝配均采用卡入式結(jié)構(gòu)，可帶RS-232/RS-485或RS-422通訊接口，方便與上位機聯(lián)機組成控制系統(tǒng)。這里選用SWPND905

12、-822-23數(shù)顯調(diào)節(jié)儀器，具有數(shù)據(jù)采集、PID控制、自整定調(diào)節(jié)、RS485數(shù)據(jù)串行口通訊、+420mA 或15V信號制輸入、輸出，儀表圖如下：一級參數(shù)CLK進入二級參數(shù)的密碼鎖，設置值CLK=132。AL1、AL2第一、第二報警值；CON設置CON=0，控制輸出為PID控制；P比例帶（%），各個調(diào)節(jié)系統(tǒng)有不同的P整定參數(shù)（P=0為位式控制）；I積分時間（S），各個調(diào)節(jié)系統(tǒng)有不同的I整定參數(shù)（I=0為取消積分）；D微分時間（S），各個調(diào)節(jié)系統(tǒng)有不同的D整定參數(shù)（D=0為取消微分）；AT積分分離，當PV值超出SV±AT圍時，取消積分作用，防止積分飽和。二級參數(shù)SLO輸入分度號，當Pt1

13、00輸入時，SLO=09；當15V輸入時，SLO=14。SL1顯示小數(shù)點，設置SL1=1，顯示格式為XXXXX。SL6濾波系數(shù)，對于液位、壓力、流量信號可設置SL6=110次，防止顯示值跳動。DE通訊時本儀表的設備號，二套實驗裝置分別為DE=1和DE=2。bT通訊波特率，出廠時bT=2，即1200bps（波特率）。OUL變送輸出的量程下限，本儀表對水溫變送，因此設置OUL=0.0。OUH變送輸出的量程上限，本儀表對水溫變送，因此設置OUL=100.0。SUL測量顯示的量程下限，根據(jù)所配變送器的量程下限設置，液位測量時可適當零點遷移，其它都設置為0.0。SUH測量顯示的量程上限，根據(jù)所配變送器的

14、量程上限設置。數(shù)顯儀表的輸入信號切換硬件切換DIP切換開關(guān)SWP-ND905系列儀表為各種輸入測量信號都可切換的顯示調(diào)節(jié)儀，測量信號可分為熱電偶（TC）、熱電阻（RTD）、電壓（V/mV）、電流（mA）四大類，它們通過改變輸入印刷版的撥盤開關(guān)DIP1、DIP3、DIP4的位置（ON/OFF）不同來實現(xiàn)。數(shù)顯儀表的基本操作數(shù)顯儀表面板見前頁，PV為測量值，SV為設定值，SET為參數(shù)設定選擇鍵，、為設定值的增減鍵。按壓SET鍵，查看或設定一級參數(shù)。在現(xiàn)實一級參數(shù)CLK=132時，同時按壓SET鍵和鍵30秒，則進入二級參數(shù)設定。在一、二級參數(shù)設定后，按SET鍵30秒，則返回測量值顯示。在儀表自動控制

15、輸出下，同時按SET鍵和鍵，儀表將進入手動控制輸出模式，A/M指示燈亮，此時按、鍵，可改變SV值，從而儀表自動跟蹤輸出量。再同時按SET鍵和鍵，A/M指示燈滅，儀表進入自動控制輸出模式。變頻器的選擇變頻器的基本結(jié)構(gòu)變頻器是把工頻電源(50Hz或60Hz)變換成各種頻率的交流電源，以實現(xiàn)電機的變速運行的設備，其中控制電路完成對主電路的控制，整流電路將交流電變換成直流電，直流中間電路對整流電路的輸出進行平滑濾波，逆變電路將直流電再逆變成交流電。對于如矢量控制變頻器這種需要大量運算的變頻器來說，有時還需要一個進行轉(zhuǎn)矩計算的CPU以與一些相應的電路。 變頻器的分類變頻器的分類方法有多種，按照主電路工作

16、方式分類，可以分為電壓型變頻器和電流型變頻器；按照開關(guān)方式分類，可以分為PAM控制變頻器、PWM控制變頻器和高載頻PWM控制變頻器；按照工作原理分類，可以分為V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等；按照用途分類，可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。 變頻器的原理變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現(xiàn)在使用的變頻器主要采用交直交方式（VVVF變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直

17、流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。 變頻器選擇變頻器輸出頻率的設定一般分為盤面按鍵設定與控制端子外部模擬量設定，模擬量設定又分為05V、010V、420mA幾種方式，我們選用的是日本富士FRN7.5G9S-4CE變頻器，這里采用模擬量010V進行設定。富士FRN7.5G9S-4CE變頻器采用PWM脈寬調(diào)制方式進行調(diào)頻，其載波頻率約在2kHz10kHz左右，如此高的開關(guān)頻率產(chǎn)生的高次諧波將嚴重干擾其他電子設備的正常運行，其干擾對設備影響較大的是感應干擾和輻射干擾。在設備

18、安裝中我們單獨采用鐵管對變頻器與電機間的配線進行屏蔽，消除了高次諧波對PLC主控制系統(tǒng)的干擾。 特點:適用于橫向搬運機械、風扇、水泵、離心機、食品機械等多種機械裝置。滿足高性能化、系統(tǒng)對應、節(jié)能、省力化、總體成本下降等各種需求。豐富多樣機型，除200V系列（單相）以外，400V系列也已系列化。分別對應EMC濾波器置型，制動電阻置型，RS485通信對應型。 電源與機型 額定輸入交流電壓 輸入電壓等級 容量 輸入交流電壓 單相200V 0.1-2.2KW 單相200-240V/50，60Hz 三相400V 0.4-3.7KW 三相380-480V/50，60Hz輸入電源容許波動 電壓：10%10%

19、(單相200V)，10%15%(三相400V) 頻率：+5%5% 電壓不平衡率：2%以（IEC61800-3(5.2.3)為標準）容量圍 單相200V：0.12.2KW 三相400V：0.43.7KW輸出頻率圍：0.1400Hz變頻器的安裝交流變頻器作為執(zhí)行器，它與三相水泵組成調(diào)速水泵。變頻器模擬量輸入為15V,接線端子為DX1(+)和DX2（-）,它有二種輸入來源：第一種是調(diào)節(jié)儀表的調(diào)節(jié)輸出信號（閥位值）的接線端子DX91(+),DX92(-)和DX1(+)和DX2(-)相連，因前者是420MA信號，而后者需15V,因此DX1和DX2之間需接250電阻；第二種輸入來源是控制箱面板的變頻器給定

20、電位器輸出的15V,其接線端子DX106(+)和DX105(-)分別與DX1(+),DX2(-)相連接，但必須將DX1與DX2間的250電阻拆除。變頻器的模擬量輸入為15V,它控制變頻器三相供電輸出頻率相應為050HZ。變頻器還有使能信號的開關(guān)量輸入，它的 接線端子為DX3和DX5（30V），當模擬量信號輸入后，再接通DX3和DX5，變頻器才能工作。直流電源的選擇直流電源的原理直流穩(wěn)壓電源是常用的電子設備，它能保證在電網(wǎng)電壓波動或負載發(fā)生變化時，輸出穩(wěn)定的電壓。一個低紋波、高精度的穩(wěn)壓源在儀器儀表、工業(yè)控制與測量領(lǐng)域中有著重要的實際應用價值。本設計給出的穩(wěn)壓電源的輸出電壓圍為018 V，額定工作電流為0.5 A，并具有"+"、"-"步進電壓調(diào)節(jié)功能，其最小步進為0.05 V，紋波不大于10 mV，此外，還可用LCD液晶顯示器顯示其輸出電壓值。系統(tǒng)硬件設計本系統(tǒng)由電源模塊、調(diào)壓模塊、DA轉(zhuǎn)換模塊、顯示與鍵盤模塊組成，圖1所示是該直流數(shù)控穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)原理框圖。系統(tǒng)電源模塊 220 V市電經(jīng)220 V17.5 V變壓器降壓后得到的雙17.5 V交流電壓，經(jīng)過一個全橋整流后可得到±21 V兩路電壓，其中一路+21 V電壓供給調(diào)整管，作為電源對外輸出，另一路經(jīng)三端穩(wěn)壓