压力检测与控制试验系统设计讲解学习

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：800×500×600mm，上位水箱离地200mm安装，通过直径为20mm的PVC管道与其他设备相连，设备离地30mm，要求测量设备入口处的压力。测量误差不超过压力示值的±1%。

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，选择压力传感器、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。

目录

第一章 (3)

1.1压力检测与控制试验系统的结构图 (3)

1.2 总体结构设计的思路 (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水泵选型的步骤 (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。随着现代工业的发展，对于压力传感器的需求量越来越大，要求也越来越高，传统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，并增加自动化生产线，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。传统的传感器的测量方法大都采用手工操作，特别是压力传感器，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，使用方便，精度也比较高。

系统硬件设计有压力传感器测量压力，并将测量的信号输入放大器，然后送至A ／

D转换器，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

修正后的数据进行处理。同时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结构图：

图1

1.2 总体结构设计的思路：

第一步：根据课设要求选取合适的器件，并通过相应的理论计算进行选取 第二步：进行控制系统回路的连接

第三步：在连接好相应地回路后，根据给定的数值进行理论计算，用压力传感器对设备入口处压力进行测量，通过调节器使测得的值和给定值进行比较，若测得的值使测量误差超过压力示值的±1%，则需对产生的偏差进行比例、积分或微分处理后，输出调节信号控制执行器的动作，改变调节阀阀芯和阀座间的流通面积，同时控制变频器对水泵的控制，调节水泵的转速以达到适当的进水速度，从而使测量误差不超过压力示值的±1%。

1.3完整的压力检测系统

一个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

一个简单的压力检测系统示意图(下图)

图2

第二章

压力仪表

变频器是把工频电源(50Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，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。变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。

变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。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

我们知道，交流电动机的同步转速表达式位：

n＝60 f(1－s)/p式中

n——异步电动机的转速；

f——异步电动机的频率；

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，只要改变频率f即可改变电动机的转速，当频率f在0～50Hz的范围内变化时，电动机转速调节范围非常宽。变频器就是通过改变电动机电源频率实现速度调节的，是一种理想的高效率、高性能的调速手段。

2.2变频器选型

变频器选型时要确定以下几点：

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；如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。

3) 变频器与负载的匹配问题；

I.电压匹配；变频器的额定电压与负载的额定电压相符。

II. 电流匹配；普通的离心泵，变频器的额定电流与电机的额定电流相符。对于特殊的负载如深水泵等则需要参考电机性能参数，以最大电流确定变频器电流和过载能力。

III.转矩匹配；这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。

4) 在使用变频器驱动高速电机时，由于高速电机的电抗小，高次谐波增加导致输出电流值增大。因此用于高速电机的变频器的选型，其容量要稍大于普通电机的选型。

5) 变频器如果要长电缆运行时，此时要采取措施抑制长电缆对地耦合电容的影响，避免变频器出力不足，所以在这样情况下，变频器容量要放大一档或者在变频器的输出端安装输出电抗器。

6) 对于一些特殊的应用场合，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：

图3

第三章

水泵是一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。