压力监测控制试验系统设计方案

压力检测与控制试验系统设计

设计任务

1、设计参数

上位水箱尺寸：800X500X600mm,上位水箱离地200nlm安装，通过直径为

20mm日勺PVC管道与其他设备相连，设备离地30mlI,规定测量设备入口处日勺压力。

测量误差不超过压力示值的±1%。

2、设计规定

（1）上位水箱通过水泵供水，通过变频器控制水泵的转速；

（2）通过查阅有关设备手册或上网查询，选择压力传感器、调整器、调整阀、

变频器、水泵等设备（包括设备名称、型号、性能指标等）；

（3）设备选型要有一定日勺理论计算；

（4）用所选设备构成试验系统，画出系统构造图；

（5）列出所能开设的试验，并写出试验目的、环节、规定等。

课程设计评语

设计汇报成设计过程成绩答辩成绩总成绩

绩(30%)(40%)

(30%)

目录

第一章...................................................3

1.1压力检测与控制试验系统的构造图...................................3

1.2总体构造设计的思绪................................................4

1.3完整的压力检测系统...............................................4

第二章...................................................5

2.1变频器的工作原理..................................................5

2.2变频器选型.......................................................5

2.3变频器所选型号....................................................6

第三章...................................................7

3.1水泵选型的环节....................................................7

3.2水泵的型号........................................................8

第四章...................................................9

第五章...................................................10

第六章...................................................11

第七章...................................................13

课程设计总结............................................14

第一章

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。伴随现代工业的发展，对于压力传感器H勺需求量越来

越大，规定也越来越高，老式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，并增长自动化生产线，提高生产效率，

刚医成本，以提高市场竞争力和适应现代工业的应用。老式的传感器的测量措施

大都采用手工操作，尤其是压力传感器，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，使用以便，精度也比较高。

系统硬件设计有压力传感器测量压力，并将测量日勺信号输入放大器，然后送至A

/

D转换潜，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

修正后日勺数据进行处理。同步该系统兼具有键盘输入，LED显示与超限

报警功能。

1.1压力检测与控制试验系统的构造图：

压力检测控制系统结构图

图1

1.2总体构造设计的思绪：

第一步；根据课设规定选用合适H勺器件，并通过对应H勺理论计算进行选用

第二步：进行控制系统回路日勺连接

第三步：在连接好对应地回路后，根据给定的I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，通过调整器使测得的值和给定值进行比较，若测得

日勺值使测量误差超过压力示值的±1%,则需对产生日勺偏差进行比例、积分或微分

处理后，输出调整信号控制执行器H勺动作，变化调整阀阀芯和阀座间的流通面积,

同步控制变频器对水泵的I控制，调整水泵的转速以到达合适日勺进水速度，从而使

测量误差不超过压力示值的±设。

1.3完整的压力检测系统

一种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

一种简朴的压力检测系统示意图（下图）

图2

第二章

变频器是把工频电源(50Hz)变换成多种频率的交流电源，以实现电机的变速

运行的设备，其中控制电路完毕对主电路的控制，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I输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆成交

流电。变频调速是通过变化电机定子绕组供电的频率来到达调速日勺目日勺。

变频器的电路般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分构成。

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

我们懂得，交流电动机H勺同步转速体现式位：

n=60f(l—s)/p式中

n--异步电动机日勺转速；

f——异步电动机H勺频率；

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，只要变化频率f即可变化电动机的转速,

当频率f在。〜50Hz的范围内变化时，电动机转速调整范围非常宽。变频器就是

通过变化电动机电源频率实现速度调整欧I，是一种理想日勺高效率、高性能的调速

手段。

2.2变频器选型

变频器选型时要确定如下几点：

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；如叶片泵或容积装等，尤其注意负载日勺性能曲

线，性能曲线决定了应用时日勺方式措施。

3）变频器与负载日勺匹配问题；

I.电压匹配；变频器的额定电压与负载日勺额定电压相符。

II.电流匹配；一般日勺离心泵，变频落日勺额定电流与电机的额定电流

相符。对于特殊日勺负载如深水泵等则需要参照电机性能参数，以最大电流

确定变频器电流和过载能力。

III.转矩匹配；这种状况在恒转矩负载或有减速装置时有也许发生。

4）在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机日勺电抗小，高次谐波

增长导致输出电流值增大。因此用于高速电机日勺变频器时选型，其容量要

稍不小于一般电机日勺选型。

5)变频器假如要长电缆运行时•，此时要采用措施克制长电缆对地耦合

电容时影响，防止变频器出力局限性，因此在这样状况下，变频器容量要

放大一档或者在变频器的J输出端安装输出电抗器。

6)对于某些特殊的应用场所，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：

G11翅嬲熊性能多雕翻喘

符单介貂

■特点

••采用富士电机独自开发的劭志转矩矢量控制方式，在0.5Hz时的起动转矩可达变200%。

•具有包括自整定功能在内的许多方便功能.

■小型、全封闭防护造构(22KW),容量范围02M00KW,机种规格齐全.

■电波与机型

•馥定输入交流电压

幼入电压

容量输入交流电压

等级

22kW以200V-230V

下50抬0Hz

二相200V

30kW以200V-220V/50HZ

±220V-230V/50HZ

200V-230V/60HZ

22kW以380V“480V

T50«0Hz

三相MOV

30kW以380V-440V/50Hz

上380V-480V/60Hz

・输入电源容许波动

电压：+10%--15%

频率：+5%~-5%

电压不平衡军：2%以内(1£0618n3(523)为标准)

•容量范围

三相200V：02«90kW

三相4DOV：0«M00kW图3

第三章

水泵是i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。

据记录，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。

因此大力减少泵有能源消耗，对节省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等型号区|泵类产品，

对减少泵的能源消耗起了积极作用。

3.1水泵选型的环节

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视管道系统中的

泄漏量，但必须考虑工艺变化时对流量的影响。农业用泵假如是采用明渠输水，

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I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

池日勺几何标高等)。

选泵确定流量、扬程流量:

(1).假如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).假如生产工艺中只给出正常流量，应考虑留有一定日勺余最。木于

ns>100H勺大流量低其大意扬程泵，流量余量取5怕对ns〈50H勺小流量高扬和泵,

流量余量取10%，50WnsW100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).假如基衣数据只给重量流量，应换算成体积流量。

3.2水泵的I型号

离心泵:D型系列多级离心泵

D型系列多级离心泵系也吸多级分段式离心泵，供输送清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H勺最高温度不得超过80C.

D型系列多级离心泵合用范围:

合用于工业和都市给排水、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，尤其合用于小型锅炉给7K

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：4)50-4)200；

温度范围：W1O5"C；

工作压力：W3.0Mpa。

单吸分段式离心泵型号意义

80D12X5

।-------------叶轮的效塔

-------------------单级扬程121n

-----------------------垠吸多级分段式点心泵

----------------------------吸入I】直彳仝图4

第四章

应变式压力传感器是由弹性元件、应变片以及对应的测量电路构成

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•

种简朴桥路

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I电阻丝或片日勺电阻值发生对应的变化

压力传感器日勺型号:

BPR-40电阻攻支式压力传感器的详细介绍

□特点

采用圆膜式弹性体结构，具有较高的抗振及抗冲击特性，使用寿命长。

良好的静/动态特性-

BPR-39采用祖合金材料制作.

BPR-40采用不锈钢材料制作，抗腐蚀性强

口主要技术指标

灵敏度：1~1.5mV/V

非线性：＜0.5%领定值

滞后误差：＜0.5%额定值

重复性误差：＜0.5%颜定值

工作温度：-10~+60P

温度零点变化：＜0.5%/P

温度输出灵敏度变化：＜±0.5%/P

电桥初始不平衡性：♦20七时，不大于±5%顿定输出值

桥路电阻：350Q

允许过载能力：50%额定值

激励电压：最大值15V，AC/DC

推荐值10V,AC/DC

n

产品名称:BPR-4。电因应变式压力传感器

产品型号:印R-40图5

第五章

在实际工业生产应用中，调整器是构成自动控制系统的关键仪表，它的基本功能

是未来自变送器的测量信号与给定信号相比较，并对由此产生时片产进行比例、

积分或微分处理后，输出调整信号控制执行器的动作，以实现对不一样被测或被

控参数压力的自动调整作用。

DDZ-III型调整器电路构造图:

外给定值

软

硬

手r

动

显示动

电

电路电

路

路

图6

基型调整器PD控制规律图:

R6

3DJ7

乐山占出2

D3DL-

R8(

图7

第六章

乂称控制阀（或调整阀），是一种局部阻力可变的节流元件。阀芯移动变化

了阀芯与阀座间日勺流通面积，即变化了阀的阻力系数，使被控介质流量对应变化。

调整阀构造由上阀盖、下阀盖、阀体、阀座、阀芯、阀杆、填料和压板等

构成。为适应多种使用规定，阀芯和阀体有不一样的构造，使用的材料也各不相

似。

调整阀型号:

产品名称:ZJHN踊小型气动套笥调节阅

产品型号:ZJHM

图8

调整阀又称控制阀，是通用H勺末端执行机构，通过接受调整控制单元输出

的控制信号，借助动力噪作去变化流体流量。调整阀一般由执行机构和阀门构成。

假如按其所配执行机构使用的动力，调整阀可以分为电动、气动、液动三种，即

以电为动力源的电动调整阀，以压缩空气为动力源日勺气动调整阀，以液体介质（如

油等）压力为动力的电液动调整阀。竺奥企业生产FI勺电动调整阀阀体可任意与竺

奥企业生产的电动执行器匹配，组合为电动调整阀。同步亦可与多种电动直行程

及气动薄膜执行器联接匹配，井可根据各品牌执行器定做接口，

设计的控制系统回路: