1、青岛理工大学1青岛理工大学自动化工程学院检测技术与控制仪表课程设计报告题目 压力检测与控制实验系统设计 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导教师 2016 年 12 月 28 日青岛理工大学2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：800500600mm，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
2、（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。课程设计评语设计报告成绩（ 30%）设计过程成绩（30% ）答辩成绩（40%）总成绩青岛理工大学3摘 要压力参数指标在工业化生产中有着广泛的应用，诸类仪表中，变送器的应用最为广泛、普遍，变送器大体分为压力变送器和差压变送器。压力测量对于保障正常的工业化生产有着重要的意义，对于本测控电路的设计，通过智能微压力（差压）变送器将物理型号变成电信号后，在经过模数转换芯片 ADC0809输送到单片机中所进行的硬件电路设计。通过 80
3、C51 单片机的编程设计，完成对硬件电路的控制作用。ADC0809 是美国国家半导体公司生产的 CMOS 工艺 8 通道，8 位逐次逼近式 A/D 模数转换器。然后连接 LED 显示器，显示测量时的动态数据。本次课题设计最终结果是对输入信号进行显示与对比，而后输出最终结果，并且在 LED 上显示最终结果。关键词：WLY-KC 微压力（差压）变送器，ADC0809 转换器，压力传感器，A/D转换器，LED 显示器青岛理工大学4ABSTRACTThe pressure parameter index is widely used in industrial production, and the
4、transmitter is widely used in all kinds of instruments. Pressure measurement is of great significance to guarantee the normal production of industrialization, for the design of measurement and control circuit, through the intelligent micro pressure (differential pressure) transmitter physical models
5、 into electrical signals, after analog-to-digital conversion chip ADC0809 delivered to the hardware circuit design of MCU in the. Through the 80C51 microcontroller programming, to complete the control of the hardware circuit. ADC0809 is produced by National Semiconductor Corporation Ns CMOS process
6、8 channel, the 8 bit successive approximation A/D analog to digital converter. Then connect the LED monitor to display the measured dynamic data. The final result of the design of the subject is to display and contrast the input signal, and then output the final results, and display the final result
7、s on the LED.KEY WORDS：WLY-KC micro pressure (differential pressure) transmitter, ADC0809 converter, pressure sensor, A/D converter, LED display青岛理工大学5目 录前 言 .5一、系统结构 .61.1 压力检测与控制试验系统的结构图： .71.2 总体结构设计的思路： .71.3 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 .71.31 系统结构图 .71.32 一个简单的压力检测系统示意图(下图) .8二、方案设计与模块选择 .82.
8、1 传感器输出电路 .82.2 变频器选型 .82.2.1 变频器的工作原理 .92.2.2 变频器选型时要确定以下几点 .92.2.3 变频器所选型号： .102.3 水泵的选型 .102.4 压力传感器的选型 .102.5 调节器 .112.5.1 DDZ-III 型调节器电路结构图： .112.5.2 基型调节器 PD 控制规律图： .112.6 调节阀: .122.7 设计的控制系统回路 .12三、具体硬件电路实现 .133.1 供电电路 .133.2 压力感应电路 .143.3 放大和滤波电路 .153.4 压力显示电路与反馈控制 .16四、开设的试验项目 应变式压力传感器特性实验
9、.164.1、实验目的: .164.2、实验仪器: .17五、 课程设计总结 .17参考文献 .18青岛理工大学6前 言随着科学技术的发展与生产技术的提高，传感器技术已经渗入日常生活之中。如压力传感器它已应用于医学、生活日用品之中。本设计是将压力传感器用于测量压力，但它不同与一般的测力计，它具有调节控制功能，适用于有压力限制的测量应用中。它应用所学的集成电路和使用方法，使整个电路具有测压力与调节功能。压力测试与控制系统顾名思义就是测试压力或压强，当压力或压强超出一定范围自动控制调节。压力测试就是利用压力传感器将压力变成与其成线性关系的电压，在一系列集成元件作用下，在显示器中显示出压力。整个设计
10、之中显示电路最为复杂。由于需要数字显示，模数转换器、七段译码器、LED 显示器使整个电路看起来复杂无比，但它比用表头测量更方便，更实用。当然器件的选择也会使整个设计增色，它不但能提高电路的性能，还能减少功耗。设计时主要采用中小规模的集成电路实现，主要培养分析解决问题的能力，提高设计电路，调整电路的实验技能。青岛理工大学7一、系统结构1.1 压力检测与控制试验系统的结构图：调节器 执行器 被控对象测压反馈给定值偏差 输出-系统结构图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
11、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%。青岛理工大学81.3 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 1.31 系统结构图压力传感器放大电路与滤波表头1.32 一个简单的压力检测系统示意图(下图) 压力检测仪表取压口引压管路系统示意图青岛理工大学9二、方案设计与模块选择 2.1 传
12、感器输出电路传感器输出电路是由单个传感器构成，由于压力变化使得电阻变化从而输出电压发生变化，它输出的电压直接经放大电路放大与滤波之后分别送至报警系统和表头。表头是可以直接显示模拟量的，所以得到的电压信号不需要进行数模转换，只需要让电压直接控制表头指针的偏转，然后规定好表头的量程和单位2.2 变频器选型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
13、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。2.2.1 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： n60 f(1s)/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 050Hz 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
14、。2.2.2 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青岛理工大学10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。 2.2.3 变频器所选型号：ABB 变频器 ACS800标准规格：（通用型） 相数，电压，频率：三相 380V 50/60Hz 过载电流额定：额定输出电流的 150%-1min 额定频率：50，60Hz 最高输出频率：参数设定可对应至 500Hz
