液位检测与控制

青岛理工大学

检测技术与控制仪表课程设计报告

题目名称：液位检测与控制试验系统设计

专业_ 自动化_______班级09级2班_____

姓名__ 吴兆锋______ 学号__200928111________

时间_____2011____年__12__月____25___日

指导教师刘素花__________

目录

封面 (1)

目录 (2)

课程任务 (3)

课程名称、实验目的及要求 (4)

实验步骤 (5)

1.系统结构设计 (5)

2、过程仪表选择 (5)

(1)液位变送器 (6)

(2)调节器 (9)

(3)调节阀 (11)

(4)变频器 (13)

(5)水泵 (15)

设计总结 (17)

附录：参考文献 (18)

液位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：800×500×600mm；上位水箱离地200mm安装，通过直径为20mm的PVC管道与其它设备相连，设备离地30mm，要求测量水箱的液位。测量误差不超过液位高度示值的±1mm。

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，选择液位传感器、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。

液位检测与控制试验系统设计

摘要：本系统设计了一种基于AT89C52的水箱液位控制系统。由液位设定值进行相应计算得变频器的频率，控制水泵的输入电压，从而控制进入水箱的液体量。液位传感器采集液位数据进行AD转换后，送入单片机与设定的液位进行比较得到误差后再进行DA转换。并由此误差进行相应的PID调节后作用于调节阀控制液体进入水箱的速度，进而控制液体流出水箱的速度。由以上进行水箱的液位控制。

本次试验模拟了水箱水位的检测与控制系统，在整个设计过程中，完成了用PID算法对水箱液位的控制，在上水箱液位PID控制和，取得了满意的曲线。其次是过程控制对象特性的确定和PID算法的研究，整个控制系统的组成，包括检测装置和执行机构的选择。利用液体静力学原理测量液位或水深，是近代压力传感器的一种重要应用。利用当代最先进的微机械加工技术制作的高灵敏度、

高精度硅压阻力敏感元件作为液位传感器的心脏，精密的温度补偿技术，辅之一带通气导管的专用电缆及专门的水密封技术，既保证了侵入式传感器的水密封，又使

得参考压力腔与环境气压相通。通过对接触介质的各种材料包括敏感元件、壳体、电缆、护管等材料的选择、试验与设计，设计出正确的控制系统。

关键词：调节器、调节阀、变频器、水泵，液位

*实验目的：通过设计本系统进一步了解各种过程器件的各种性能特征以及使用的场合与条件，更加清楚地知道各种仪表在自动化过程控制中的应用。通过本次独立的完成系统设计培养一种严密、整体的思维能力，以及独立完成各种工作的能力。

*实验要求

（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，选择液位传感器、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。

*实验步骤

一、系统结构设计

1、控制方案

本系统由液位设定值进行相应计算得变频器的频率，控制水泵的输入电压，从而控制进入水箱的液体量。液位传感器采集液位数据进行AD转换后，送入单片机与设定的液位进行比较得到误差后再进行DA转换。并由此误差进行相应的PID调节后作用于调节阀控制液体进入水箱的速度，进而控制液体流出水箱的速

度。由以上进行水箱的液位控制。

2、系统总体框图

二、过程仪表的选择

1、液位传感器

根据设计参数，水箱高度为600mm，测量误差不超过液位高度示值的±1mm。假设所设定的液位高度为100mm~500mm,由误差的计算式得（2/100=2%；2/500=0.4%），所以计算得到所需传感器的误差大致为2%~0.4%，即只要小于2%即可满足要求。且设计题目中说明该传感器通过直径为20mm的PVC管道与其它设备相连，通过查阅大量的资料选择了扩散硅（进口芯片）液位变

送器AOB136。

静压测量原理：

当传感器投入到被测液体中某一深度时，传感器迎液面受到的压力公式为：Ρ=ρ.g.H + Po式中：

P：液位计迎液面所受压力

ρ：被测液体密度

g：重力加速度（调试时按照9.8015）

Po：液面上大气压

H：传感器投入液体的深度

同时，通过导气不锈钢将液体的压力引入到传感器的正压腔，再将液面上的大气压Po与传感器的负压腔相连，以抵消传感器背面的Po，使传感器测得压力为：ρ.g.H，显然,通过测取压力P，可以得到液位深。

选择理由

AOB136液位变送器采用先进电路处理技术，性能稳定、高灵敏度；多种量程，最大可测200m(水柱压力)；采用316L不锈钢隔离膜片，适用于多种测量介质；配置灵活，根据需要可选择不同配置；一体式、分体式可选；反极性和过电压保护；抗冲击、防雷击设计；激光调阻温度补偿，零点、量程可现场调节；范围宽抗腐蚀，适于多种介质；过载及抗干扰能力强，性能稳定。

采用高性能的扩散硅压阻式压力传感器作为测量元件，经过高可靠性的放大处理电路及精密温度补偿，将被测介质的表压或绝压转换为标准的电压或电流信号。本产品体积小巧，使用安装方便，直接投入水中即可测量出变送器末端到液面的液位高度