生物发酵过程温度检测与控制

生物发酵过程液位检测实验

1 实验目的

1 掌握变面积电容传感器测量液位的基本原理和传感器安装要点。

2 掌握电容传感器专用集成电路CAV424、AM402的工作原理和使用方法。

3 掌握液位变送器的基本概念和变送器与计算机的接口方法。

4 掌握液位传感器标定、校准的基本概念和方法。

5 掌握液位传感器静态指标的计算方法。

6 掌握液位传感测量系统的系统误差发现、估计、消除方法。

7 领会电容式传感测量系统的干扰与抗干扰基本概念。

8 理解智能传感器的组成和基本原理、关键技术。

2 实验设备

1 微型啤酒生产线

2 电容式液位传感器

3 基于CAV424、AM402的信号调理模块

4 AI708智能控制仪表

5 RS485通讯模块

6 计算机

3 传感器配置和实验系统组成框图

如图1、图2所示。

图1 传感器配置示意图

图2 实验系统组成框图

5只传感器皆为电容式液位传感器，基于变面积式电容传感器原理，其中一只精度等级高，作为标准液位传感器，并配置高精度的信号调理电路，其检测结果作为本系统的相对真值。其余4支液位传感器精度等级相同，并配置基于CAV424、AM402的信号调理模块，它们的检测结果作为本系统的测得值。信号调理模块输出4-20mA标准信号，经AI708转换为数字信号，再经RS485通讯线输入PC机，最后经TCP/IP协议输入各显示终端。

4 液位传感器零位与满量程调整实验

1 向发酵罐内注入清水，当其刚浸没铅锤时为止。

2 对传感器信号调理模块进行调零，使其输出4mA。

3 继续向发酵罐内注入清水，当其满罐时为止。

4 对传感器信号调理模块进行满量程调整，使其输出20mA。

5 液位检测

1 将罐内清水用泵打入储存罐内储存，打空为止。

2从储存罐向发酵罐内注入清水，记录液位上升曲线。1组只需要记录标准传感器和1号液位传感器测量结果，2组只需要记录标准传感器和2号液位传感器测

量结果，以此类推。

3 待液位上升至满罐时，停止进水，将罐内清水放至储存罐内储存代用，记录液位下降过程。一组只需要记录标准传感器和1号温度传感器测量结果，2组只需要记录标准传感器和2号温度传感器测量结果，以此类推。

4 进行5个上述液位升、降循环。

5 依据上述实验数据，计算传感器相应性能指标：零点、线性度、迟滞、重复性、相对误差、精度等级。

6 提出一种修正算法，对测量结果进行修正，并计算修正后的性能指标。

7 启动管道泵变频器，观察测量结果的稳定性，领会传感器系统的干扰与抗干扰。

8 如何改进本系统，能够进一步提高精度？提出方案。

5 液位控制实验（选作，利用开放实验室机制）

1 设进水口为罐底阀，出水口为放酒阀，被控参数为液位，控制目标为恒液位。扰动量为放酒阀出水，执行手段为变频器拖动水泵、再通过电磁阀给发酵罐补水。

2 设计并组成完整的控制系统。

3 设计实验方案，估计系统的数学模型，并根据数学模型初步确定PID参数。

4 按估计的PID参数，设计实验方案，进行PID参数现场整定。

5 设计实验方案，测试所设计的液位控制系统的性能指标。

6 比较液位控制系统和温度控制系统的相同之处、不同之处。

附：1 CAV424、AM402组成、原理、使用方法（英文原文）

2 AI708智能仪表使用说明书