1、信號與測試技術課程大作業題目：帶攪拌器聚合釜的參數測量控制制作人：340302 班Victory小組時間： 年 月目錄第一章系統功能描述及設計要求第二章系統傳感器選擇、原理、測量電路及安裝第三章系統控制框圖第四章系統特點及應用第一章系統功能描述及設計要求被控對象為過程化工工業常見的帶攪拌釜式反應器系統。其工藝流程圖如圖所示：冷卻水主要設備：帶攪拌器的釜式反應器，管道、閥門若干，冷卻水管道，各類傳感器。工業過程描述：1、兩種物料分別通過、二管通入反應器發生聚合反應產生，并從管道輸出。2、反應為放熱反應，在進入穩定反應階段之后應通冷卻水使其保持最佳反應溫度。但反應溫度上升過快會造成大量有害副產品。

2、3、三種物質常溫下均為液體，且在正常反應溫度下氣化量很小。4、由于物質密度較大，反應器內有特殊結構保證產生的物質能實時地通過管引走，而只混入極少量的和物質。5、在理論計算的、流量的前提下，反應釜內的液面始終不會超過安全液面。攪拌器控制參數要求：1、為保證反應的產率最高，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，最后穩定在150 C 0.5 C3、溫度最高過165 C ，否則發出警報，同時加大冷卻水流量，關斷 A、B 物料閥門，停止攪拌。4、壓力上限為 0.4MPa，當反應釜內壓力偏小時，由加壓充氣管充入惰性氣體進行加壓；當壓力

3、超過上限壓力，泄壓管道閥門打開，進行泄壓。第二章系統傳感器選擇、原理、測量電路及安裝由系統要求可知需要流量計、溫度傳感器、壓力傳感器。（一）流量計一、化工管道流量計要求1、最好是質量流量計；2、必須有良好的耐腐蝕性；3、輸出數字信號便于采用計算機控制；4、實時性好；5、足夠高的精度，保證反應率。二、諧振式奧利質量流量計特點1、可直接測量質量流量，受流體的黏度、密度、壓力等的影響很小；2、結算是全數字性的，便于與計算機連接，3、性能穩定，精度高（可達 0.2%），實時性好；分布式計算機測控系統；4、測量元件不與被測液體直接接觸，因而耐腐蝕性好。三、工作原理1、科氏效應： Fk 2m 2、質量流量

4、測量條件：轉動、徑向速度3、激勵單元 E 使一對平行的 U 型管做一階彎曲主振動，建立傳感器的主工作點。如圖 2-1，進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，兩根敏感管上下相對振動。圖 2-1圖 2-24、如圖 2-2，當管內流過質量流量時，由于“科氏效應”，U 型管產生關于中心對稱軸 DD的一階扭轉“副振動”。四、測量電路1、測量原理用相位差測量時會帶來一定的誤差，同時實時性不理想，故采用幅值比檢測法：設諧振子 B、B的振動方程分別為SB 和SB 。SB SB = 2B1(LB)Qm cos(t )SB + SB = 2 A(LB) sin t設 Ra 為SB SB 和S

5、B + SB 的幅值比，則Qm RaA(LB)B1(LB)基于 B，B兩點信號“差”與“和”的幅值比 Ra 直接結算Qm 。2、測量電路ui1ui2五、安裝方式接入 A、B、C 管道即可，見圖 2-1，三個管道各有一個。（二）溫度傳感器一、溫度傳感器的選擇1、考慮到反應條件是高溫腐蝕的化學反應，因此選用熱電偶溫度計。熱電偶通常由熱電極，絕緣材料，接線盒和保護套組成，按結構可分為五種：普通熱電偶，鎧裝熱電偶，薄膜熱電偶，并聯熱電偶，串聯熱電偶。2、分析各自特點，最終選用鎧裝熱電偶，其特點是測量結熱容量小，熱慣性小，動態響應快，撓性好，強度高，抗震性好，適于狹小空間和點溫度測量。二、熱電偶式傳感器

6、的工作原理1、兩種不同材料的導體（稱為熱電偶絲或熱電極）兩端接回路，當接合點的溫度不同時，在回路中就會產生電動勢，這種現象稱為熱電效應，而這種電動勢稱為熱電勢。熱電偶就是利用這種原理進行溫度測量的。具體形式為：（1）一端作為工作端（也稱為測量端），直接用作測量介質溫度，另一端作為冷端（也稱為補償端）；（2）冷端與顯示儀表或配套儀表連接，顯示儀表會電勢。熱電偶所產生的熱2、熱電偶實際上是一種能量轉換器，它將熱能轉換為電能，用所產生的熱電勢測量溫度，對于熱電偶的熱電勢，應注意如下幾個問題：熱電偶的熱電勢是熱電偶兩端溫度函數的差，而不是熱電偶兩端溫度差的函數；熱電偶必須采用兩種不同材料作為熱電極，熱

7、端和冷端兩個結點必須具有不同的溫度；熱電偶所產生的熱電勢的大小，當熱電偶的材料是均勻時，與熱電偶的長度和直徑無關，只與熱電偶材料的成分和兩端的溫差有關；（4）當熱電偶的兩個熱電偶絲材料成分確定后，熱電偶熱電勢的大小，只與熱電偶的溫度差有關；若熱電偶冷端的溫度保持一定，則熱電勢僅是工作端溫度的單值函數。三、冷端補償測量電路為獲得熱端感應點的絕對溫度，輸出，這種技術稱為冷端補償。還必須測量冷端溫度，并調節熱電偶的在熱電偶信號處理模塊輸入端的冷端，通過一小片具有高導熱系數的金屬材料保持恒溫。導熱系數為 381 瓦特每米(W/mK)的銅是理想的導熱材料。對這個金屬片來說，輸入端連接必須是電絕緣但導熱的

8、。熱電偶的信號處理模塊對電磁干擾(EMI)很敏感，并且熱電偶電纜經常會暴露在 EMI 中。EMI 將增加接受信號的不確定性，并降低所獲溫度數據的精度。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，將很難對測量結果進行。如圖，將熱電偶感應端附近的溫度輸出進行數字化的電路，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量精度和使用的重要。（1）（2）（3）熱電偶的安裝應盡可能保持垂直，以防止保護套管在高溫下產生變形；熱電偶應盡量安裝在有保護層的管道內，以防止熱量散失；熱電偶傳感器的接線盒面蓋應向上，入線口應向下，以避免水或灰塵進入接線

9、盒，而損壞熱電偶和熱電阻接線盒內的接線影響其測量精度；應經常檢查熱電偶溫度計各處的接線情況，由于其補償導線的材料硬度較高，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溫度計的接線并經常檢查，以獲得正確的測量溫度。（4）（5）多點安裝，采用螺母固定。本系統采用 10 到 15 個熱電偶式傳感器。（三）壓力傳感器一、要求1 本傳感器用于高壓化學反應過程中的壓力測量（反應器量），要求其抗腐蝕，耐高溫，耐高壓氣體壓力測精確度較高，動態性能好輸出數字信號便于應用于控制系統不與反應釜內化學物質發生反應良好的實時性。二、圓柱形應變筒式壓力傳感器特點：1、承載能力大，主要用于中等載荷和大載荷。

10、2、結構簡單、體積小、重量輕、使用長，線形度好。3、經測量電路后輸出電壓信號，易于計算機4、具有溫度補償功能，受溫度影響較小。5、價格便宜，性能穩定。、處理。三、應變式壓力傳感器原理:通過應變片將金屬受應力后產生的應變轉化為電信號。應變片電阻相對變化與應變片受到的軸向應變的關系R KK：電阻應變片的靈敏系數，又稱標稱靈敏系數xR考慮橫向效應后的計算公式R K R( Ky ) K ( C )xxyxxyKxKC=yKxC：應變片橫向靈敏度筒壁切向應變計算公式：(1 ) 2Eh2D：圓柱形應變圓筒的內徑 h：圓柱形應變圓筒的壁厚溫度補償方法：線路補償法用溫度補償片來抵消溫度對金屬材料的影響四、測量

11、電路（電橋接法）電橋輸出電壓計算公式：3Uoutin R )(R R )in234選用金屬箔式應變片，原因如下：制造工藝成熟，尺寸小，尺寸準確橫向效應小允許電流大，從而可提高靈敏度4 疲勞長，蠕變小，機械滯后小5 生產效率高，成本低五、安裝方法1、安裝于反應釜頂部，可防止反應液浸入，同時凝結水汽可通過重力自然排出。2、安裝位置應盡量遠離入料口，防止液流對空氣的擾動造成干擾。為安裝方便，便于維修，延長，從反應器內引出測量管道進量。3、本系統采用 3 個壓力傳感器，均布在反應器頂部。第三章系統控制框圖第四章系統特點及應用1、本系統采用計算機作為控制部分，實現了工業過程的自動控制。2、運用了諧振式流量計、熱電偶式溫度計、圓筒式應變壓力計三種傳感器，能夠進行精確的、實時的測量。3、由于該系統既可加熱又可降溫，既可加壓又可泄壓，同時能夠實時控制流量，因此能夠滿足各種不同的反應條件，應用于各種類型的化學反應。4、該系統還能根據參數作適當調整，應用于化工產業的各個領域，無機化工、原油化工等領域。5、以此系統為樣板，將某些部分稍作改動，還可應用于設計大型的如城市熱電機化工、供暖系統以及小型的如工廠等方面。340302 班 Victory 小組成員及分工項目：徐遠志 340302163403022034030211：徐遠志 34030216PPT：34