1、信號(hào)與測(cè)試技術(shù)課程大作業(yè)題目：帶攪拌器聚合釜的參數(shù)測(cè)量控制制作人：340302 班Victory小組時(shí)間： 年 月目錄第一章系統(tǒng)功能描述及設(shè)計(jì)要求第二章系統(tǒng)傳感器選擇、原理、測(cè)量電路及安裝第三章系統(tǒng)控制框圖第四章系統(tǒng)特點(diǎn)及應(yīng)用第一章系統(tǒng)功能描述及設(shè)計(jì)要求被控對(duì)象為過程化工工業(yè)常見的帶攪拌釜式反應(yīng)器系統(tǒng)。其工藝流程圖如圖所示：冷卻水主要設(shè)備：帶攪拌器的釜式反應(yīng)器，管道、閥門若干，冷卻水管道，各類傳感器。工業(yè)過程描述：1、兩種物料分別通過、二管通入反應(yīng)器發(fā)生聚合反應(yīng)產(chǎn)生，并從管道輸出。2、反應(yīng)為放熱反應(yīng)，在進(jìn)入穩(wěn)定反應(yīng)階段之后應(yīng)通冷卻水使其保持最佳反應(yīng)溫度。但反應(yīng)溫度上升過快會(huì)造成大量有害副產(chǎn)品。

2、3、三種物質(zhì)常溫下均為液體，且在正常反應(yīng)溫度下氣化量很小。4、由于物質(zhì)密度較大，反應(yīng)器內(nèi)有特殊結(jié)構(gòu)保證產(chǎn)生的物質(zhì)能實(shí)時(shí)地通過管引走，而只混入極少量的和物質(zhì)。5、在理論計(jì)算的、流量的前提下，反應(yīng)釜內(nèi)的液面始終不會(huì)超過安全液面。攪拌器控制參數(shù)要求：1、為保證反應(yīng)的產(chǎn)率最高，要求、管道的流量分別為4t / h 和2.5t / h 。2、溫度上升控制在8 10 C / min 范圍內(nèi)，最后穩(wěn)定在150 C 0.5 C3、溫度最高過165 C ，否則發(fā)出警報(bào)，同時(shí)加大冷卻水流量，關(guān)斷 A、B 物料閥門，停止攪拌。4、壓力上限為 0.4MPa，當(dāng)反應(yīng)釜內(nèi)壓力偏小時(shí)，由加壓充氣管充入惰性氣體進(jìn)行加壓；當(dāng)壓力

3、超過上限壓力，泄壓管道閥門打開，進(jìn)行泄壓。第二章系統(tǒng)傳感器選擇、原理、測(cè)量電路及安裝由系統(tǒng)要求可知需要流量計(jì)、溫度傳感器、壓力傳感器。（一）流量計(jì)一、化工管道流量計(jì)要求1、最好是質(zhì)量流量計(jì)；2、必須有良好的耐腐蝕性；3、輸出數(shù)字信號(hào)便于采用計(jì)算機(jī)控制；4、實(shí)時(shí)性好；5、足夠高的精度，保證反應(yīng)率。二、諧振式奧利質(zhì)量流量計(jì)特點(diǎn)1、可直接測(cè)量質(zhì)量流量，受流體的黏度、密度、壓力等的影響很小；2、結(jié)算是全數(shù)字性的，便于與計(jì)算機(jī)連接，3、性能穩(wěn)定，精度高（可達(dá) 0.2%），實(shí)時(shí)性好；分布式計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)；4、測(cè)量元件不與被測(cè)液體直接接觸，因而耐腐蝕性好。三、工作原理1、科氏效應(yīng)： Fk 2m 2、質(zhì)量流量

4、測(cè)量條件：轉(zhuǎn)動(dòng)、徑向速度3、激勵(lì)單元 E 使一對(duì)平行的 U 型管做一階彎曲主振動(dòng)，建立傳感器的主工作點(diǎn)。如圖 2-1，進(jìn)入傳感器的過程流體被分成兩部分，通過每一根敏感管。工作時(shí)，兩根敏感管上下相對(duì)振動(dòng)。圖 2-1圖 2-24、如圖 2-2，當(dāng)管內(nèi)流過質(zhì)量流量時(shí)，由于“科氏效應(yīng)”，U 型管產(chǎn)生關(guān)于中心對(duì)稱軸 DD的一階扭轉(zhuǎn)“副振動(dòng)”。四、測(cè)量電路1、測(cè)量原理用相位差測(cè)量時(shí)會(huì)帶來一定的誤差，同時(shí)實(shí)時(shí)性不理想，故采用幅值比檢測(cè)法：設(shè)諧振子 B、B的振動(dòng)方程分別為SB 和SB 。SB SB = 2B1(LB)Qm cos(t )SB + SB = 2 A(LB) sin t設(shè) Ra 為SB SB 和S

5、B + SB 的幅值比，則Qm RaA(LB)B1(LB)基于 B，B兩點(diǎn)信號(hào)“差”與“和”的幅值比 Ra 直接結(jié)算Qm 。2、測(cè)量電路ui1ui2五、安裝方式接入 A、B、C 管道即可，見圖 2-1，三個(gè)管道各有一個(gè)。（二）溫度傳感器一、溫度傳感器的選擇1、考慮到反應(yīng)條件是高溫腐蝕的化學(xué)反應(yīng)，因此選用熱電偶溫度計(jì)。熱電偶通常由熱電極，絕緣材料，接線盒和保護(hù)套組成，按結(jié)構(gòu)可分為五種：普通熱電偶，鎧裝熱電偶，薄膜熱電偶，并聯(lián)熱電偶，串聯(lián)熱電偶。2、分析各自特點(diǎn)，最終選用鎧裝熱電偶，其特點(diǎn)是測(cè)量結(jié)熱容量小，熱慣性小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，撓性好，強(qiáng)度高，抗震性好，適于狹小空間和點(diǎn)溫度測(cè)量。二、熱電偶式傳感器

6、的工作原理1、兩種不同材料的導(dǎo)體（稱為熱電偶絲或熱電極）兩端接回路，當(dāng)接合點(diǎn)的溫度不同時(shí)，在回路中就會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，而這種電動(dòng)勢(shì)稱為熱電勢(shì)。熱電偶就是利用這種原理進(jìn)行溫度測(cè)量的。具體形式為：（1）一端作為工作端（也稱為測(cè)量端），直接用作測(cè)量介質(zhì)溫度，另一端作為冷端（也稱為補(bǔ)償端）；（2）冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會(huì)電勢(shì)。熱電偶所產(chǎn)生的熱2、熱電偶實(shí)際上是一種能量轉(zhuǎn)換器，它將熱能轉(zhuǎn)換為電能，用所產(chǎn)生的熱電勢(shì)測(cè)量溫度，對(duì)于熱電偶的熱電勢(shì)，應(yīng)注意如下幾個(gè)問題：熱電偶的熱電勢(shì)是熱電偶兩端溫度函數(shù)的差，而不是熱電偶兩端溫度差的函數(shù)；熱電偶必須采用兩種不同材料作為熱電極，熱

7、端和冷端兩個(gè)結(jié)點(diǎn)必須具有不同的溫度；熱電偶所產(chǎn)生的熱電勢(shì)的大小，當(dāng)熱電偶的材料是均勻時(shí)，與熱電偶的長度和直徑無關(guān)，只與熱電偶材料的成分和兩端的溫差有關(guān)；（4）當(dāng)熱電偶的兩個(gè)熱電偶絲材料成分確定后，熱電偶熱電勢(shì)的大小，只與熱電偶的溫度差有關(guān)；若熱電偶冷端的溫度保持一定，則熱電勢(shì)僅是工作端溫度的單值函數(shù)。三、冷端補(bǔ)償測(cè)量電路為獲得熱端感應(yīng)點(diǎn)的絕對(duì)溫度，輸出，這種技術(shù)稱為冷端補(bǔ)償。還必須測(cè)量冷端溫度，并調(diào)節(jié)熱電偶的在熱電偶信號(hào)處理模塊輸入端的冷端，通過一小片具有高導(dǎo)熱系數(shù)的金屬材料保持恒溫。導(dǎo)熱系數(shù)為 381 瓦特每米(W/mK)的銅是理想的導(dǎo)熱材料。對(duì)這個(gè)金屬片來說，輸入端連接必須是電絕緣但導(dǎo)熱的

8、。熱電偶的信號(hào)處理模塊對(duì)電磁干擾(EMI)很敏感，并且熱電偶電纜經(jīng)常會(huì)暴露在 EMI 中。EMI 將增加接受信號(hào)的不確定性，并降低所獲溫度數(shù)據(jù)的精度。另一方面，專門用于這種連接的熱電偶電纜非常昂貴，如果不用其它電纜代替，將很難對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行。如圖，將熱電偶感應(yīng)端附近的溫度輸出進(jìn)行數(shù)字化的電路，它由電纜提供電源，能降低 EMI 的影響。四、安裝方式正確地安裝熱電偶傳感器是保證其測(cè)量精度和使用的重要。（1）（2）（3）熱電偶的安裝應(yīng)盡可能保持垂直，以防止保護(hù)套管在高溫下產(chǎn)生變形；熱電偶應(yīng)盡量安裝在有保護(hù)層的管道內(nèi)，以防止熱量散失；熱電偶傳感器的接線盒面蓋應(yīng)向上，入線口應(yīng)向下，以避免水或灰塵進(jìn)入接線

9、盒，而損壞熱電偶和熱電阻接線盒內(nèi)的接線影響其測(cè)量精度；應(yīng)經(jīng)常檢查熱電偶溫度計(jì)各處的接線情況，由于其補(bǔ)償導(dǎo)線的材料硬度較高，非常容易從接線柱脫離造成斷路故障，因此要接線良好不要過多碰動(dòng)溫度計(jì)的接線并經(jīng)常檢查，以獲得正確的測(cè)量溫度。（4）（5）多點(diǎn)安裝，采用螺母固定。本系統(tǒng)采用 10 到 15 個(gè)熱電偶式傳感器。（三）壓力傳感器一、要求1 本傳感器用于高壓化學(xué)反應(yīng)過程中的壓力測(cè)量（反應(yīng)器量），要求其抗腐蝕，耐高溫，耐高壓氣體壓力測(cè)精確度較高，動(dòng)態(tài)性能好輸出數(shù)字信號(hào)便于應(yīng)用于控制系統(tǒng)不與反應(yīng)釜內(nèi)化學(xué)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)良好的實(shí)時(shí)性。二、圓柱形應(yīng)變筒式壓力傳感器特點(diǎn)：1、承載能力大，主要用于中等載荷和大載荷。

10、2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、使用長，線形度好。3、經(jīng)測(cè)量電路后輸出電壓信號(hào)，易于計(jì)算機(jī)4、具有溫度補(bǔ)償功能，受溫度影響較小。5、價(jià)格便宜，性能穩(wěn)定。、處理。三、應(yīng)變式壓力傳感器原理:通過應(yīng)變片將金屬受應(yīng)力后產(chǎn)生的應(yīng)變轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。應(yīng)變片電阻相對(duì)變化與應(yīng)變片受到的軸向應(yīng)變的關(guān)系R KK：電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)，又稱標(biāo)稱靈敏系數(shù)xR考慮橫向效應(yīng)后的計(jì)算公式R K R( Ky ) K ( C )xxyxxyKxKC=yKxC：應(yīng)變片橫向靈敏度筒壁切向應(yīng)變計(jì)算公式：(1 ) 2Eh2D：圓柱形應(yīng)變圓筒的內(nèi)徑 h：圓柱形應(yīng)變圓筒的壁厚溫度補(bǔ)償方法：線路補(bǔ)償法用溫度補(bǔ)償片來抵消溫度對(duì)金屬材料的影響四、測(cè)量

11、電路（電橋接法）電橋輸出電壓計(jì)算公式：3Uoutin R )(R R )in234選用金屬箔式應(yīng)變片，原因如下：制造工藝成熟，尺寸小，尺寸準(zhǔn)確橫向效應(yīng)小允許電流大，從而可提高靈敏度4 疲勞長，蠕變小，機(jī)械滯后小5 生產(chǎn)效率高，成本低五、安裝方法1、安裝于反應(yīng)釜頂部，可防止反應(yīng)液浸入，同時(shí)凝結(jié)水汽可通過重力自然排出。2、安裝位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離入料口，防止液流對(duì)空氣的擾動(dòng)造成干擾。為安裝方便，便于維修，延長，從反應(yīng)器內(nèi)引出測(cè)量管道進(jìn)量。3、本系統(tǒng)采用 3 個(gè)壓力傳感器，均布在反應(yīng)器頂部。第三章系統(tǒng)控制框圖第四章系統(tǒng)特點(diǎn)及應(yīng)用1、本系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)作為控制部分，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)過程的自動(dòng)控制。2、運(yùn)用了諧振式流量計(jì)、熱電偶式溫度計(jì)、圓筒式應(yīng)變壓力計(jì)三種傳感器，能夠進(jìn)行精確的、實(shí)時(shí)的測(cè)量。3、由于該系統(tǒng)既可加熱又可降溫，既可加壓又可泄壓，同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)控制流量，因此能夠滿足各種不同的反應(yīng)條件，應(yīng)用于各種類型的化學(xué)反應(yīng)。4、該系統(tǒng)還能根據(jù)參數(shù)作適當(dāng)調(diào)整，應(yīng)用于化工產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，無機(jī)化工、原油化工等領(lǐng)域。5、以此系統(tǒng)為樣板，將某些部分稍作改動(dòng)，還可應(yīng)用于設(shè)計(jì)大型的如城市熱電機(jī)化工、供暖系統(tǒng)以及小型的如工廠等方面。340302 班 Victory 小組成員及分工項(xiàng)目：徐遠(yuǎn)志 340302163403022034030211：徐遠(yuǎn)志 34030216PPT：34