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检测技术与自动化仪表 实验指导书黄山学院信息工程学院自动化教研室施云贵2011年12月 目 录第一章 实验装置说明1第一节 系统概述1一、QSYB-HG1系列自动化仪表实训装置特点:1二、本实验装置可以灵活搭配，进行多方面的实验，有利于学生掌握下列内容：1三、实验的基本程序：1第二节 QSYB-HG1型化工自动化仪表实验对象2一、被控对象2二、检测装置2三、执行机构3第三节 软件介绍3一、组态王6.523第四节 实验操作规程4一、实验前的准备4二、实验过程的基本程序4三、实验安全操作规程4第二章 仪器、仪表的认识及使用实验5实验一 玻璃转子流量计的认识实验及使用实验5一、实验目的5二、实验所需仪器设备5三、实验指导5四、实验内容5五、实验报告：6实验二 电压表、电流表的认识及使用实验6一、实验目的6二、实验所需仪器设备6三、实验指导6四、实验内容6五、实验报告：7实验三 流量积算仪的认识及使用实验7一、实验目的7二、实验所需仪器设备7三、实验指导7四、实验内容7五、注意事项8六、实验报告8实验四 电动调节阀的工作原理及认识实验8一、实验目的8二、实验设备8三、实验指导8四、实验报告内容9实验五 涡轮流量变送器的工作原理及认识实验10一、实验目的10二、实验所需仪器设备10三、实验指导10四、实验内容10五、注意事项11六、实验报告11实验六 差压变送器的工作原理及认识实验11一、实验目的11二、实验所需仪器设备11三、实验指导11四、实验内容12五、仪表校验记录单13六、数据处理13实验七 扩散硅压力变送器的工作原理及认识实验13一、实验目的13二、实验所需仪器设备14四、实验内容14五、仪表校验记录单14六、数据处理15实验八 氧量分析仪的工作原理及应用实验15一、实验目的15二、实验所需仪器设备15三、实验指导15四、实验内容18五、实验总结18实验九 变频器的工作原理及认识实验18一、实验目的18二、变频器简介18三、实验设备19四、实验步骤19五、实验报告20实验十 智能巡检仪及闪光报警仪的工作原理及认识实验20一、实验目的20二、实验设备20三、实验指导20四、实验步骤21五、实验总结22实验十一 智能调节器的工作原理及认识实验22一、实验目的22二、实验设备22三、实验指导22四、实验内容及步骤22五、实验报告23实验十二 一体化温度变送器(热电偶)的工作原理及认识实验24一、实验目的24二、实验设备24三、实验指导24四、实验报告25实验十三 活塞式压力计的认识和使用实验25一、实验目的25二、实验设备26三、实验指导26四、实验步骤26五、实验总结26实验十四 管式电阻炉的认识和温度控制实验26一、实验目的26二、实验设备26三、实验指导26四、实验步骤27五、实验报告27实验十五 温度动圈表的认识实验27一、实验目的27二、实验设备28三、实验指导28四、实验步骤28五、实验报告28实验十六 无纸记录仪的认识实验29一、实验目的29二、实验设备29三、实验指导29四、实验步骤29五、实验报告29第一章 实验装置说明第一节 系统概述浙江求是科教设备有限公司生产的QSYB-HG1系列自动化仪表实训装置，可以非常好地满足自动控制等课程实验的要求。在这套设备由被控对象和控制台组成，通过手动或计算机控制，可以将被控对象转变成不同特性的过控对象，因此，在此基础上可以进行简单的温度流量、液位的单回路控制，而且也可以进行一系例复杂控制系统实验如：串级实验、二容液位实验等。一、QSYB-HG1系列自动化仪表实训装置特点:1装置由控制对象、控制台、计算机三部分组成，对象构布局合理，造型美观大方。2真实性、直观性、综合性强，控制对象元件全部来源于工业现场。3参数全面，涵盖了液位、压力、流量、温度等典型的热工量参数。4敞开式实验对象的结构设计，使实验对象直观性强，便于理解。5硬件对象的设计充分考虑了其数学模型确定性，与理论教材相结合。6所选用的仪器仪表的参数和特性符合系统的设计要求，实验效果理想。7仪器仪表的可拆性，更加深了学生对工程仪器仪表的理解，尤其对器件的内部原理的理解。8实验装置通过带快速接头的软管自由连接和设计，不仅锻炼了学生的动手能力，也使学生对系统有了深刻的认识。9实验项目可以扩展，不同的硬件组成可搭配出不同的控制系统。二、本实验装置可以灵活搭配，进行多方面的实验，有利于学生掌握下列内容：1自动化仪表的初步使用，其中包括检测仪表、变送单元、执行单元和控制仪表。2测定控制对象特性的方法。3变频器的基本工作原理和初步使用。4单回路控制系统的参数整定。5复杂控制系统的参数整定。6控制参数对控制系统品质指标的影响。7控制系统的设计、计算、分析、接线、投运等综合能力。8学习组态王控制软件的功能、使用和编程。三、实验的基本程序：1明确实验任务。2提出实验方案。3画实验接线图。4进行实验操作，作好观测和记录，调整控制参数。5整理实验数据，得出结论，撰写实验报告。在进行本书中的综合实验时，上述程序应让学生独立完成，教师给予必要的指导，以培养学生的动手能力。要做好各主要实验，就应做到：实验前做准备，实验中有条理，实验后勤分析。第二节 QSYB-HG1型化工自动化仪表实验对象本实验装置对象主要由水箱、锅炉、管式电阻炉和压力检验台四大部分组成。供水系统有两路：一路由三相（380V恒压供水）磁力驱动泵、电动调节阀、涡轮流量计及手动球阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频调速）、玻璃转子流量计及手动球阀组成。主控屏部分有智能仪表、氧量分析仪、无纸记录仪、闪光报警仪、温度动圈调节仪、八路巡检仪和流量积算仪组成。一、被控对象1水箱：包括上水箱、下水箱和储水箱。上、下两个水箱采用8mm厚的进口有机玻璃无缝加工而成的方形三槽式水箱，容积为30升，每个水箱都有三槽结构（进水水箱、出水水箱和实验水箱）。采用了无缝加工技术，确保无漏水现象。水箱底部均接有扩散硅压力传感器与变送器，可对水箱的压力和液位进行检测和变送。上、下水箱可以组合成一阶、二阶单回路液位控制系统和双闭环液位串级控制系统。储水箱由不锈钢板制成，容积为200升，完全能满足上、下水箱的实验供水需要。2模拟锅炉：是利用电加热管加热的常压锅炉，包括加热层（锅炉内胆）、冷却层（锅炉夹套）和溢流层，均由不锈钢精制而成，可利用它进行温度实验。做温度实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。夹套里的水满了之后便会从溢流层流出去。冷却层和加热层都装有温度传感器检测其温度，可完成温度的定值控制、串级控制，前馈-反馈控制，解耦控制等实验。3管式电阻炉：本管式电阻炉可供工矿企业、大专院校及科研单位等实验室作化学分析、物理测定等加热用。本电炉与KSJD电阻炉温度控制器和热电偶等配套使用，能对电炉的温度自动控制、测量及指示。4阀门：所有的手动阀门均采用优质球阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。有效提高了实验装置的使用年限。5.压力检验台：含活塞式压力计，主要适用于校验精确度等级低于0.25级的精密压力表，亦可用来校验低一等级的活塞压力计、各种工业用压力表或其它各类压力测量仪器。压力计适合在周围为1030、相对湿度不大于80%的条件下工作。二、检测装置1压力传感器、变送器和差压变送器：三个压力传感器分别用来对上、下两个水箱的液位进行检测（其中下水箱两个，用来完成液位解耦实验），其量程为03KP，精度为0.5级。采用工业用的扩散硅压力变送器，带不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。采用标准二线制传输方式，工作时需提供24V直流电源，输出：420mADC。2温度传感器：装置中采用了一个PT100、一个CU50、两个热电偶温度传感器，分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套、以及电阻炉的温度。Pt100测温范围：-200+420。经过调节器的温度变送器，可将温度信号转换成420mA直流电流信号。Pt100传感器精度高，热补偿性较好。3涡轮流量计和玻璃转子流量计：涡轮流量计优点是测量精度高，反应快。采用标准二线制传输方式，工作时需提供24V直流电源。流量范围：0.10.6m3/h；精度：1.0%；脉冲输出，配套流量积算仪用，输出420mADC信号。玻璃转子流量计的主要测量元件为一根垂直安装的下小上大锥形玻璃管和在内可上下移动的浮子。当流体自下而上经锥形玻璃管时，在浮子上下之间产生压差，浮子在此差压作用下上升。当此上升的力、浮子所受的浮力及粘性升力与浮子的重力相等时，浮子处于平衡位置。因此，流经玻璃转子流量计的流体流量与浮子上升高度，即与玻璃转子流量计的流通米面积之间存在着一定的比例关系，浮子的位置高度可作为流量量度。4. 智能仪表：采用上海万迅仪表有限公司生产的AI系列全通用人工智能调节仪表，AI-818型仪表为PID控制型，输出为420mADC信号；具有手动输出功能，AI系列仪表可通过RS485串口通信协议与上位计算机通讯（附加功能），从而实现系统的实时监控。5.氧量分析仪：氧化锆氧量分析仪是一种可靠的自动化分析仪表，能与各种电动单元仪表，常规显示记录仪及DCS集散控制系统配合使用，可对钢炉、窖炉加热炉等燃烧设备在燃烧过程中所产生的烟气含氧量进行快速、正确的在线检测分析，以实现低氧燃烧控制，达到节能、减少环境污染。6.无纸记录仪：VX2100系列3通道输入单色无纸记录仪，可输入标准电流、标准电压、频率（附加功能）、毫伏、热电偶、热电阻等信号。具有传感器隔离配电输出、继电器报警输出、变送输出、流量积算、温压补偿、历史数据转存、打印以及远程通讯功能。7. 闪光报警仪：闪光报警控制仪可与各种HXWP系列控制仪表或其他接点式控制检测仪表配套使用。可同时检测八路输入信号，八路信号均采用大规模、高亮度数码管分别显示各通道的当前状态值。8.八路巡检仪：智能巡检仪用于工业控制系统多测量点的巡回检测、显示和报警。9. 温度动圈调节仪：XCT型动圈式指示调节仪表可以与热电偶、热电阻、活儿变送器、远程压力变送器以及标准mV或mA信号配合，能将02000范围内之各种工业介质的气体、液体、蒸汽的温度、压力货其它工业参量进行指示或调节、报警用。10.流量积算仪：流量积算仪与各种流量传感器配合使用(本装置中与涡轮流量计配合使用)，可对各种液体、蒸汽、天然气、一般气体等流量参数进行测量显示、累积计算、报警控制、变送输出。三、执行机构1电动调节阀：采用霍尼韦尔公司的ML7420型电动调节阀，用来对控制回路的流量进行调节。调节阀的执行器采用进口器件，阀体口径DN15,采用等百分比特性控制；具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性高、操作方便等优点，电源为24VAC，执行机构直接接受4-20mADC或1-5V控制信号，使用和校正方便2水泵：本装置采用两只磁力驱动泵,一只为单相恒压驱动，另一只为三相变频220V输出驱动。磁力驱动泵的型号为16CQ-8P，流量为30升/分，扬程为8米，功率为180W。3加热装置：控制信号：420mA DC，对触发模块进行控制，进而对调压模块进行输出调压控制。第三节 软件介绍一、组态王6.52组态王6.52是亚控科技根据当前的自动化技术的发展趋势，面向高端自动化市场及应用，以实现企业一体化为目标开发的一套产品。该产品以搭建战略性工业应用服务平台为目标，集成了对亚控科技自主研发的工业实时数据库（KingHistorian）的支持，可以为企业提供一个对整个生产流程进行数据汇总、分析及管理的有效平台，使企业能够及时有效的获取信息，及时的做出反应，以获得最优化的结果。 组态王6.52保持了组态王早期版本运行稳定、使用方便的特点。并根据国内众多用户的反馈及意见，对一些功能进行了完善和扩充。该款产品的历史曲线、温控曲线以及配方功能进行了大幅提升与改进，软件的功能性和可用性有了很大的提高。 组态王6.52的主要功能特性：（1）可视化操作界面，真彩显示图形、支持渐进色、丰富的图库、动画连接 （2）无与伦比的动力和灵活性，拥有全面的脚本与图形动画功能 （3）变量导入导出功能，变量可以导出到Excel表格中，方便的对变量名称等属性进行修改，然后再导入新工程中，实现了变量的二次利用，节省了开发时间 （4）强大的分布式报警、事件处理，支持实时、历史数据的分布式保存 （5）强大的脚本语言处理，能够帮助你实现复杂的逻辑操作和与决策处理（6）全新的WebServer架构，全面支持画面发布、实时数据发布、历史数据发布以及数据库数据的发布 （7）丰富的设备支持库，支持常见的PLC设备、智能调节器、智能模块 二、西门子S7系列编程软件本装置中PLC控制方案采用了德国西门子公司的S7-200PLC，西门子S7-200PLC采用的是Step 7编程软件。利用这两个软件可以对相应的PLC进行编程、调试、下装、诊断。有关软件使用请参考光盘中相应的内容。第四节 实验操作规程一、实验前的准备实验前应复习教科书有关章节，认真阅读实验指导书，了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意的问题，并按实验项目准备记录等。实验前应了解实验装置中的对象、水泵、变频器和所用控制组件的名称、作用及其所在位置。以便于在实验中对它们进行操作和观察。熟悉实验装置面板图，要求做到：由面板上的图形、文字符号能准确找到该设备的实际位置。熟悉工艺管道结构、每个手动阀门的位置及其作用。二、实验过程的基本程序1明确实验任务；2提出实验方案；3画实验接线图；4进行实验操作，做好观测和记录；5整理实验数据，得出结论，撰写实验报告。在进行本书中的综合实验时，上述程序应尽量让学生独立完成，老师给予必要的指导，以培养学生的实际动手能力，要做好各主题实验，就应做到：实验前有准备；实验中有条理，实验后有分析。三、实验安全操作规程1实验之前确保所有电源开关均处于“关”的位置。2接线或拆线必须在切断电源的情况下进行，接线时要注意电源极性。完成接线后，正式投入运行之前，应严格检查安装、接线是否正确，并请指导老师确认无误后，方能通电。3在投运之前，请先检查管道及阀门是否已按实验指导书的要求打开，储水箱中是否充水至三分之二以上，以保证磁力驱动泵中充满水，磁力驱动泵无水空转易造成水泵损坏。4在进行温度试验前，请先检查锅炉内胆内水位，至少保证水位超过液位指示玻璃管上面的红线位置，无水空烧易造成电加热管烧坏。5实验之前应进行变送器零位和量程的调整，调整时应注意电位器的调节方向，并分清调零电位器和满量程电位器。6仪表应通电预热15分钟后再进行校验。7小心操作，切勿乱扳硬拧，严防损坏仪表。第二章 仪器、仪表的认识及使用实验实验一 玻璃转子流量计的认识实验及使用实验一、实验目的1通过实验，了解玻璃转子流量计的工作原理。2掌握玻璃转子流量计的使用方法。二、实验所需仪器设备水泵、电动调节阀、变频器、玻璃转子流量计、调节器。三、实验指导玻璃转子流量计的计量原理:流量计又称浮子流量计，是一种以优质透明有机玻璃为主体的转子流量计，主要应用于净水处理及环保工程配套，也可用于化工、石油、轻工、医药、化肥、食品、造纸及科学研究部门，用于测量液体、气体单向非脉动的流量；是变面积式流量计的一种，其是由一个锥形管和一个置于锥形管内可以上下自由移动的转子(也称浮子)构成。转子流量计本体可以用两端法兰、螺纹或软管与测量管道连接，垂直安装在测量管道上。当流体自下而上流入锥管时，被转子截流，这样在转子上、下游之间产生压力差，转子在压力差的作用下上升，这时作用在转子上的力有三个:流体对转子的动压力、转子在流体中的浮力和转子自身的重力。流量计垂直安装时，转子重心与锥管管轴会相重合，作用在转子上的三个力都沿平行于管轴。当这三个力达到平衡时，转子就平稳地浮在锥管内某一位置上。对于给定的转子流量计，转子大小和形状己经确定，因此它在流体中的浮力和自身重力都是已知是常量，唯有流体对浮子的动压力是随来流流速的大小而变化的。因此当来流流速变大或变小时，转子将作向上或向下的移动，相应位置的流动截面积也发生变化，直到流速变成平衡时对应的速度，转子就在新的位置上稳定。对于一台给定的转子流量计，转子在锥管中的位置与流体流经锥管的流量的大小成一一对应关系。这就是转子流童计的计量原理。转子流量计的示意图如左图所示。四、实验内容1连接实验管路，水泵、电动调节阀、玻璃转子流量计、储水箱。2连接实验接线，智能调节器手动控制电动调节阀。3启动水泵，变频器以35Hz频率控制水泵。改变调节阀开度。读出转子流量计的度数，完成表格2.1表2.11组2组3组4组5组6组阀的开度流量计度数五、实验报告：根据实验记录表2.1，绘制流量-阀的开度曲线图。 实验二 电压表、电流表的认识及使用实验一、实验目的1通过实验，认识电压表、电流表。2掌握电压表、电流表的使用方法和场合。二、实验所需仪器设备加热筒、调节器、热电阻、温度变送器。三、实验指导1电压表：通常电压表可由微安表(电流表的一种)或灵敏电流计来改装。在微安表满偏电流与内阻一定的情况下,只要串联一个足够大的电阻,则它两端所能承受的电压也将随之变大.不妨设满偏电流为I,而微安表内阻为r,而串联电阻的阻值为R,则该改装电压表的量程为I*(R+r).R越大,量程越大.此可以当作电压表为什么要串联一个大电阻的原因之一了。电压表工作时,是并联在待测电路或者电阻上的,这时电压表和电路两端的电压相等.如果电压表的电阻不可忽略,则电压表和待测电阻组成并联电路的总阻值为: 1/R并=1/R待测+1/R电压表 。当且只当电压表的内阻无限大的时候可以认为 1/R电压表=0。则可认为并联电路的阻值即是待测电阻的阻值,即可认为通过电压表的电流为0,认为电压表的两端不参与到电路之中的。所以为了精准地测出电路电压,电压表必须得有极大的电阻,否则便不可忽略,测得的值便不准确。2. 电流表：电流表内部有一永磁体，在极间产生磁场，在磁场中有一个线圈，线圈两端各有一个游丝弹簧，弹簧各连接电流表的一个接线柱，在弹簧与线圈间由一个转轴连接，在转轴相对于电流表的前端，有一个指针。当有电流通过时，电流沿弹簧、转轴通过磁场，电流切磁感线，所以受磁场力的作用，使线圈发生偏转，带动转轴、指针偏转。由于磁场力的大小随电流增大而增大，所以就可以通过指针的偏转程度来观察电流的大小。这叫磁电式电流表。四、实验内容1连接实验管路，给加热筒加水。接热电阻PT1002连接实验接线，智能调节器手动控制加热控制器。接加热桶3启动开启加热电源，观察电压表、电流表,记录其度数。完成表格2.2.表2.21组2组3组4组5组6组控制信号电压电流4计算加热器的功率。 五、实验报告：根据实验记录表2.2，绘制加热电压、电流与控制信号的关系曲线。实验三 流量积算仪的认识及使用实验一、实验目的1通过实验，熟悉流量积算仪的工作原理。2掌握流量积算仪的操作和使用方法。二、实验所需仪器设备变频器、磁力泵、电动调节阀、智能调节器、涡轮流量计、流量积算仪。三、实验指导1积算仪的主要功能：可对质量流量自动进行积算和累积可对标准体积流量自动进行积算和累积可同时显示瞬时流量测量值及流量累积值（累积单位可任意设定）可切换显示瞬时流量测量值、频率测量值可设定流量小信号切除功能（瞬时流量小于设定值时流量不累积）可设定流量定量控制功能（流量累积大于设定值时输出控制信号）2. 流量积算仪的主要技术参数：输入信号 模拟量输入 电流：010mA或420mA 电压：15V或05V 脉冲量输入 波形：矩形、正弦或三角波 幅度：大于4V 频率范围：05kHz输出信号 模拟量输出 010mA（750） 420mA（250) 05V(250) 开关量输出 继电器控制输出（AC220V/3A DC24V/5A 阻性负载）精 度 测量显示精度：0.2F.S1字四、实验内容1连接好实验管路，水泵、调节阀、涡轮流量计、储水箱够成回路。2连接实验接线，涡轮流量计的输出接流量积算仪的输入端口。3根据使用说明书设置参数。4启动水泵，改变调节阀的开度，分别记录积算仪显示的瞬时流量和累积流量，并记录改变调节阀的时间间隔，完成表格2.5画出输出流量-时间-累积流量的曲线图。表2.51组2组3组4组5组6组瞬时流量累积流量调节时间五、注意事项涡轮流量计和流量积算仪为贵重仪器，接线正式投入运行之前，应严格检查安装、接线是否正确。六、实验报告根据实验记录表2.5， 绘制瞬时流量-调节时间-累积流量的关系。实验四 电动调节阀的工作原理及认识实验一、实验目的1通过实验，熟悉电动执行器的结构组成，了解其工作过程。2通过对电动执行器的测试和校验，掌握执行器的校验方法，理解其相关特性及性能指标含义。3通过对阀门定位器和执行器的联校，了解定位器的功能。二、实验设备电动调节阀、流量计、水泵、电流表、调节器。三、实验指导1预备知识（1）电动执行器的功能。在自动控制系统中，执行器起着“手脚”的作用，它接受控制器的输出信号，改变自身开度，进而调节介质流量的大小，实现对生产过程中各种变量的控制。（2）主要性能技术指标基本允许误差4%变差1.0%灵敏限0.1%输入信号420mA2实验步骤（1）连接实验管路，水泵、调节阀、流量计、储水箱构成回路。（2）连接各仪器设备的线路。注意电源的极性、防止短路。（3）流量特性的测试 有两种测试方法，其一手动测试。执行器流量特性是指在阀前后压力差不变的情况下，介质流过阀门的相对流量与阀芯行程的对应关系。测试方法是分别记录阀体在不同时开度时流量计的流量。分别取阀体的开度为5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%相对应的流量。绘制开度-流量关系曲线，即可得到执行器的流量特性。完成表3实验表格。表3 调节阀的特性测试数据记录开度5%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%输入电流流量（4）零点的调整。给调节阀输入4mADC的信号，执行器刚好启动，如不符，可调节调零电位器（附加功能）。（5）量程调整。给调节阀输入20mADC的信号，可调节执行器的量程（附加功能）。（6）灵敏限测试。分别在输入信号为25%、50%、75%所对应阀的开度，增加或降低输入电流，读取流量的变化。四、实验报告内容1根据实验数据记录的结果，绘制调节阀开度-流量曲线。2分析曲线，得出阀体的特性。实验五 涡轮流量变送器的工作原理及认识实验一、实验目的1通过实验，熟悉涡轮流量流量计的结构组成，了解其工作过程，认识其结构形式。2通过对涡轮流量计的测试和校验，掌握流量计校验方法，理解其相关特性及性能指标含义。3了解涡轮流量计的基本工作原理。二、实验所需仪器设备变频器、磁力泵、电动调节阀、智能调节器、涡轮流量计、流量积算仪、毫安表。三、实验指导1实验原理：当被测流体流经传感器时，传感器内的叶轮借助于流体的动能而产生旋转，周期性的改变电磁感应转换系统中的磁阻值，使通过线圈的磁通周期性的发生变化而产生电脉冲信号。在一定的流量范围下，叶轮转速与流体流量成正比，即电脉冲数量与流量成正比。该脉冲信号经放大器后送至二次仪表进行流量和总量的显示或积算。2. 涡轮流量计的主要技术参数：该流量计由LWGY型涡轮流量传感器和LWGYFI型转换器组成，能同时输出流量脉冲信号及标准直流电流信号远传给接收仪表，本流量计性能稳定可靠、精度高，耗电省，使用、操作及维修简单、方便，用途广泛，适用性强。技术参数：直流电流信号：420mA标准直流电流信号输出电流基本误差限： 0.3F.S输出电流信号反应时间：0.5s负载电阻：250恒流性能：0.15250额定流量：0.3m3/h工作条件：流体温度：-20120环境温度：-10+60相对湿度：85供电电源：24V DC10耗电功率：2W四、实验内容1将涡轮流量计导线连接正确。2让传感器中充满介质。3通电预热15分钟。4打开水泵，改变调节阀的开度，分别记录流量转换计显示数据，记录其输出电流。完成表格4，画出输出流量-电流曲线图。表4流量计线性测试流量0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%电流五、注意事项1电磁流量计为贵重仪器，接线正式投入运行之前，应严格检查安装、接线是否正确。2将传感器前后阀门打开，让传感器测量管内冲满被测介质。六、实验报告根据实验记录表格4流量计线性测试，观察曲线判断流量计的线性情况。实验六 差压变送器的工作原理及认识实验一、实验目的1通过实验，熟悉差压压力变送器的具体结构，巩固和加深差压变送器的工作原理及整机特性的理解。2了解压力变送器的安装及使用方法。二、实验所需仪器设备差压变送器、电流表、直流稳压电源（内部已连接）、水泵、变频器、调节器、调节阀、上水箱。三、实验指导1. 差压变送器的设计原理：顾名思义差压变送器所测量的结果是压力差，即P=gh。而由于水箱其截面的面积S是不变的，那么，重量G=PS=ghS，S不变，G与P成正比关系。即只要准确地检测出P值，与高度h成反比。2. 差压变送的特点：差压变送器是测量变送器两端压力之差的变送器,输出标准信号(如 420mA,15V)。差压变送器与一般的压力变送器不同的是它们均有2个压力接口, 差压变送器一般分为正压端和负压端,一般情况下, 差压变送器正压端的压力应大于负压段压力才能测量。3差压变送器的主要技术指标测量范围：06KPa 输出电流：420mA负载能力：250300 工作电源：24（15%）V DC4注意事项（1）接线时，注意极性。完成接线后，应检查接线是否正确，并请指导教师确认无误后，方能通电。（2）没通电、不加压；先卸压、再断电。（3）小心操作，切勿生扳硬拧，严防损坏仪表。（4）一般仪表应通电预热15分钟后再进行校验。（5）如果差压变送器的安装位置与取压点不在一个水平位置上，应对压力变送器进行零点迁移。四、实验内容1校验差压变送器，差压变送器是两线制，内部已经串入24伏直流电源。2连接实验管路,变频器、水泵、调节阀、上水箱、储水箱构成回路，差压变送器测上水箱液位变化。 3. 连接好实验导线。变频器打到内控，手动输出接差压变送器智能调节器切换到手动输出4试验台上电，给水箱加少量的水。5零点调整：才在水箱3mm水时，观察输出电流表的读数是否为4mA，如果不对，则调整差压变送器的位置，直至读数为4mA。五、仪表校验记录单表5压力变送器实验数据记录表输入输入信号刻度分值0%25%50%75%100%输出输出信号标准值Io标/mA4mA8mA12mA16mA20mA输出信号实测值Io实/mA正行程反行程误差实测引用误差/%正行程反行程（Io正-Io反）/mA实测基本误差/%实测变差/%实测精度等级六、数据处理1数据处理时应注意的问题（1）实验前拟好实验记录表格，见表格5（2）实验时一定等现象稳定后再读数、记录。否则因滞后现象会给实验结果带来较大的误差。2误差计算公式绝对误差= Io实-Io标引用误差=/（Io上-Io下）x100%基本误差=MAX/（Io上-Io下）x100%变 差=| Io正-Io反|MAX/（Io上-Io下）x100%Io标 某点输出信号的标准值，mAIo实 某点输出信号的实际值，mAMAX 各校验点绝对误差的最大值，mAIo上-Io下仪表的输出量程， mA | Io正-Io反|MAX各检验点正反行程实测值的最大绝对差值，mA3整理实验数据计算被校仪表的各项误差，确定精度等级，并填入仪表校验记录单。4分析压力变送器的静态特性，画出压力变送器的液位-输出电流静态特性曲线。实验七 扩散硅压力变送器的工作原理及认识实验一、实验目的1通过实验，熟悉压力变送器的具体结构，进一步明确各部件的作用，巩固和加深压力变送器的工作原理及整机特性的理解。2掌握压力变送器的零点、量程的调整方法，零点迁移方法和精度测试方法。3了解压力变送器的安装及使用方法。二、实验所需仪器设备压力变送器、电流表、直流稳压电源（内部已连接）、变频器、水泵、调节阀变频器打到内控，手动输出接扩散硅压力变送器智能调节器切换到手动输出三、实验指导1压力变送器的主要技术指标测量范围：03KPa 输出电流：420mA负载能力：250300 工作电源：24（15%）V DC2注意事项（1）接线时，注意极性。完成接线后，应检查接线是否正确，并请指导教师确认无误后，方能通电。（2）没通电、不加压；先卸压、再断电。（3）进行量程调整时，应注意调整电位器的调整方向，并分清楚调零电位器和满量程电位器。（4）小心操作，切勿生扳硬拧，严防损坏仪表。（5）一般仪表应通电预热15分钟后再进行校验。（6）如果压力变送器的安装位置与取压点不在一个水平位置上，应对压力变送器进行零点迁移。四、实验内容1校验压力变送器，压力变送器是两线制，内部已经串入24伏直流电源。2压力变送器的零点及量程调校（1）零点调整：在水箱3mm水时，观察输出电流表的读数是否为4mA，如果不对，则调整调零电位器，直至读数为4mA。（2）满量程调整：待零点调好后，给水箱加水，增加到测量范围上限（210mm）时值，观察电流表的电流是否为20mA，如果不对，则调整满量程电位器，直至输出电流为20mA。满量程调整后会影响零点，因此零点、满量程需反复多次调整。直至满足要求为止。五、仪表校验记录单表6压力变送器实验数据记录表输入输入信号刻度分值0%25%50%75%100%输出输出信号标准值Io标/mA4mA8mA12mA16mA20mA输出信号实测值Io实/mA正行程反行程误差实测引用误差/%正行程反行程（Io正-Io反）/mA实测基本误差/%实测变差/%实测精度等级六、数据处理1数据处理时应注意的问题（1）实验前拟好实验记录表格，见表格6（2）实验时一定等现象稳定后再读数、记录。否则因滞后现象会给实验结果带来较大的误差。2误差计算公式绝对误差= Io实-Io标引用误差=/（Io上-Io下）100%基本误差=MAX/（Io上-Io下）100%变 差=| Io正-Io反|MAX/（Io上-Io下）100%Io标 某点输出信号的标准值，mAIo实 某点输出信号的实际值，mAMAX 各校验点绝对误差的最大值，mAIo上-Io下仪表的输出量程， mA | Io正-Io反|MAX各检验点正反行程实测值的最大绝对差值，mA3整理实验数据计算被校仪表的各项误差，确定精度等级，并填入仪表校验记录单。4分析压力变送器的静态特性，画出压力变送器的液位-输出电流静态特性曲线。实验八 氧量分析仪的工作原理及应用实验一、实验目的1通过实验，熟悉氧量分析仪的具体结构，进一步明确各部件的作用，巩固和加深氧量分析仪的工作原理及整机特性的理解。2了解氧化锆探头的安装及使用方法。二、实验所需仪器设备氧化锆探头、氧量分析仪。三、实验指导1氧化锆探头的主要技术指标测量范围：025O2 基本误差：5.0F.S被测烟气温度：0800 长时间漂移：2.5F.S介质气氛：为保证铂电极不在还原气氛中受到毒化，介质必须是氧化性气氛.锆管寿命：在整个时间内均为氧化条件的气氛中，典型寿命二年.2外形结构：氧化锆探头的外形结构如图所示，整个传感器全不锈钢结构。插入烟道的探头顶部是一个过滤器，烟气经过滤后才进入探头的检测器.检测器内是涂有铂电极的氧化锆电解质管与热电偶和一个电炉.安装法兰的后部是接线盒，接线盒内部是氧化锆、热电偶、电加热接线端子，其下部有两个气孔，一个是标准气孔，另一个是参比气孔，标准气孔由一个带密封圈的螺丝封牢。3安装方法：（1）安装点的选择安装点的烟气温度应符合小于700的要求，一般来说，烟气温度低，检测器使用寿命长，烟气温度高，使用寿命短。检测器不能安装在烟气不流动的死角，也不能安装在烟气流动很快的地方(如有些旁路气道的扩容腔内)。另外要求烟道漏气较小，检测器安装维修方便，对于中、小型锅炉，建议安装在省煤器前过热器后，因为锅炉系统烟气的流向从炉膛到汽包，经过过热器、省煤器、空气预热器，由引风机经回收处理后从 烟囱排放。如果测点过于靠近烟气炉膛出口，由于温度过高，流速较快，将对检测器不锈钢外壳形成冲刷腐蚀，减短使用寿命；如果测点过于偏后，由于烟道系统中漏气现象，将造成测点处氧量值偏高，不能如实反映炉膛中的烟气氧量。（2）炉墙上的检测器固定法兰用钢材做成如图形状的过渡架，过渡架的法兰能直接焊在炉墙处壁上或埋入炉墙中，但要求气密牢固。过渡架另一端法兰是为固定检测器而设，因此必须与检测器固定法兰的螺孔相匹配。如选用由12mm安装孔，则将过渡架法兰的130mm圆上均布四个12mm的安装孔，使用4个M1O40的螺丝，将它与检测器的固定法兰紧固，为防止漏气，两法兰间可填充橡胶纸板密封圈。（3）检测器的安装检测器的参比气是靠空气自然对流提供的，检测器需水平安装，参比气和标准气接口相应朝下。检测器安装法兰和过渡架法兰之间必须填橡胶纸板，以免空气漏入烟道，影响测量准确度。检测器端头必须离锅炉内壁150mm以上，使过滤器的多孔陶瓷暴露部分背对烟气的流向(过滤器方向可单独转动)以避免陶瓷体受气体冲刷，延长使用寿命。当检测器推入热的烟道时，为防止锆管爆裂，宜分段逐步推入，一般以1020厘米/分钟为好。（4）传感器与二次仪表或变送器间的接线有氧化锆、热电偶、加热炉共计六根导线，导线均可采用O.75mm2.塑料绝缘电线。4工作原理：接氧化锆探头被测气体（烟气）通过传感器进入氧化锆管的内侧，参比气体（空气）通过自然对流进入传感器的外侧，当锆管内外侧的氧浓度不同时在氧化锆管内外侧产生氧浓差电势（在参比气体确定情况下，氧化锆输出的氧浓差电势与传感器的工作温度和被测气体浓度呈函数对应关系）该氧浓差电动势经显示仪表转化成与被测烟气含氧量呈线性关系的标准信号供显示和输出。传感器的检测组件是氧化锆电解质管，工作原理图如图。烟气入口电解质管壁内外两侧涂有铂催化电极，当电解质管温度达到600左右时，被测烟气进入电解质管内，而管外为参比气体-空气。因空气含氧量为20.6O2 ，管外被测烟气含氧量低于空气，此时空气中的氧经铂电极催化吸收4个电子(e)形成氧离子(0=)，其反应方程为O2+4e=202- 氧离子进入电解质管后，又经特殊传递方式到达管内铂电极一侧，再次经铂电极催化放出4个电子(e)而还原成氧，其反应方程为202-4e=O2 被吸收电子的一侧电极为正极，释放电子的一侧电极为负极.正负电极间的电动势符合奈斯特方程。即 E = 式中：R为气体常数； F为法拉弟常数； T为被测烟气的绝对温度； P1为参比气体-空气氧分压，等比于20.602 P2为被测烟气的氧分压，用百分氧量表示。四、实验内容1连接好氧化锆探头与氧量分析仪。2开启试验台台总电源，打开氧量分析仪的电源。3认真阅读仪表说明书，按照仪表说明书设置分析仪的参数。4测定大气的含氧量，将所测数据记录到自拟表格中。5改变探头处的氧气含量，记录被测数据。五、实验总结分析实验数据，掌握氧量分析仪的使用和安装方法。实验九 变频器的工作原理及认识实验一、实验目的1熟悉变频器的结构组成，了解其工作过程，认识其结构形式。2通过对变频器的测试和校验，掌握流量计校验方法，理解其相关特性及性能指标含义。3了解变频器的基本工作原理。二、变频器简介变频器是运动控制系统中的功率变换器。当今的运动控制系统包含多种学科的技术领域，总的发展趋势是：驱动的交流化，功率变换器的高频化，控制的数字化、智能化和网络化。因此，变频器作为系统的重要功率变换部件，提供可控的高性能变压变频的交流电源而得到迅猛发展。随着新型电力电子器件和高性能微处理器的应用以及控制技术的发展，变频器的性能价格比越来越高，体积越来越小，而厂家仍然在不断地提高可靠性实现变频器的进一步小型轻量化、高性能化和多功能化以及无公害化而做着新的努力。变频器性能的优劣，一要看其输出交流电压的谐波对电机的影响；二要看对电网的谐波污染和输入功率因数；三要看本身的能量损耗（即效率）如何。这里仅以量大面广的交直交变频器为例，阐述它的发展趋势：主电路功率开关元件的自关断化、模块化、集成化、智能化；开关频率不断提高，开关损耗进一步降低。变频器主电路的拓扑结构方面。变频器的网侧变流器对低压小容量的装置常采用6脉冲变流器，而对中压大容量的装置采用多重化12脉冲以上的变流器。负载侧变流器对低压小容量装置常采用两电平的桥式逆变器，而对中压大容量的装置采用多电平逆变器。对于四象限运行的转动，为实现变频器再生能量向电网回馈和节省能量，网侧变流器应为可逆变流器，同时出现了功率可双向流动的双PWM变频器，对网侧变流器加以适当控制可使输入电流接近正弦波，减少对电网的公害。脉宽调制变压变频器的控制方法可以采用正弦波脉宽调制控制、消除指定次数谐波的PWM控制、电流跟踪控制、电压空间矢量控制（磁链跟踪控制）。交流电动机变频调整控制方法的进展主要体现在由标量控制向高动态性能的矢量控制与直接转矩控制发展和开发无速度传感器的矢量控制和直接转矩控制系统方面。微处理器的进步使数字控制成为现代控制器的发展方向。运动控制系统是快速系统，特别是交流电动机高性能的控制需要存储多种数据和快速实时处理大量信息。近几年来，国外各大公司纷纷推出以DSP（数字信号处理器）为基础的内核，配以电机控制所需的外围功能电路，集成在单一芯片内的称为DSP单片电机控制器，价格大大降低，体积缩小，结构紧凑，使用便捷，可靠性提高。DSP和普通的单片机相比，处理数字运算能力增强1015倍，可确保系统有更优越的控制性能。数字控制使硬件简化，柔性的控制算法使控制具有很大的灵活性，可实现复杂控制规律，使现代控制理论在运动控制系统中应用成为现实，易于与上层系统连接进行数据传输，便于故障诊断、加强保护和监视功能，使系统智能化（如有些变频器具有自调整功能）。三、实验设备变频器、水泵、电流表、调节器（提供手动输出信号）四、实验步骤变频器打到外控智能调节器手动输出1将实验导线正确连接。2让水泵中充满介质。3将变频器开到外控状态，通电预热15分钟。4打开水泵，改变恒流