传感器测试系统的设计Word格式.docx

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1绪论

1.1概述

传感器处于研究对象与测控系统的接口位置，一切科学研究和生产过程所要获取的信息都要通过它转换为容易传输和处理的电信号。

传感器测试系统一般由控制对象（检测装置、执行机构等）、控制系统（智能仪表控制、计算机组态软件控制、PLC控制等）组成。

检测装置（温度传感器、压力传感器、液位传感器、流量传感器等）、执行机构（变频器、调节阀等）等组成系统的控制对象单元，完成对温度、压力、液位、流量等信息的检测，并能将所测信息通过检测装置转换成电流信号输出。

控制系统单元在接收到控制对象单元输出的信号时经过处理实现对系统温度、压力、液位、流量等的控制。

1.2课题设计任务

传感器测试系统是由检测装置、系统控制、执行机构和供水系统等组成。

并根据采用的模块化结构自由组合可构成简单系统或复杂系统，另一方面通过选用不同模块可构成集散系统。

检测装置（温度传感器、压力传感器、液位传感器、流量传感器、电量传感器）完成对典型传感器（温度、湿度、压力、流量、液位、电参数）测试并将所测得得物理值转换成4～20mA的电流信号输出。

控制系统的智能数字仪表（无纸记录仪、手操器、人工智能调节器、多路显示报警仪、人工智能温度控制器、流量积算仪等）在接收到检测装置输出的信号时经过整定、运算输出信号反馈给执行机构，通过调节执行机构改变参数，达到对整个系统参数的控制调节。

2总体方案设计

2.1概述

完成典型传感器（温度、湿度、压力、流量、液位、电参数）测试及校验，各类智能仪表的的参数设置及测试，执行机构的测试并可实现对被控对象的建模、系统设计及系统稳定性分析、系统的参数整定、系统的性能指标检定。

可为本科生、研究生、专业教师及科研人员从事控制系统的实验、实训及科学研究的提供一个重要的平台。

2.2系统主要功能及技术指标

2.2.1系统主要功能

1、传感器测试

（1）温度传感器测试及校验

（2）压力传感器测试测试及校验

（3）差压（液位）测试及校验

（4）流量传感器测试

（5）湿度传感器测试

（6）单相电压传感器测试

（7）单相电流传感器测试

（8）功率因数传感器测试

2、仪表的设置及测试

（1）人工智能温度控制器测试

（2）无纸记录仪测试

（3）手持式高精度测温仪测试

（4）人工智能调节器测试

（5）多路显示报警仪测试

（6）流量积算仪测试

（7）手操器/饲服放大器测试

3、执行器测试

（1）变频器测试

（2）调节阀测试

4、可构建的简单控制系统

（1）温度控制系统

（2）压力控制系统

（3）差压（液位）控制系统

（4）流量控制系统

5、可构建的复杂控制系统

（1）液位串级控制系统

（2）流量串级控制系统

2.2.2系统主要技术参数

（1）温度传感器，测温范围0-200℃

（2）压力传感器，测量范围0～0.5MPa

（3）差压（液位）传感器，测量范围0～10KPa

（4）流量传感器，测量范围0～6M3/h

（5）湿度传感器,测量范围0～100%

（6）人工智能温度控制器，测量精度0.2级，输入/输出4-20mA

（7）人工智能调节器，测量精度0.2级，输入/输出4-20mA

（8）多路显示报警仪，测量精度0.2级，输入/输出4-20mA

（9）流量积算仪，测量精度0.2级，输入/输出4-20mA

（10）手操器/饲服放大器，测量精度0.2级，输出4-20mA、输入0.2-1V/0-5V

2.3系统控制方式

传感器测试系统的系统控制单元可以采用智能仪表控制、计算机控制和PLC控制这三种控制方式。

该控制系统单元主要作为控制子系统的核心单元。

1、智能仪表控制

智能仪表控制可以选用宇电自动化（UDIAN）生产的人工智能调节器、人工智能温度控制器、多路显示报警仪、流量积算仪、无纸记录仪、手操器/伺服放大器等几种仪表。

可实现位式控制、电动阀支路电容液位控制、变频器支路单容液位控制、变频器支路单容液位控制、上下水箱双容液位控制、电动阀支路流量控制、变频器支路流量控制、加热水箱温度控制、上下水箱双容液位串级控制等多个实验。

2、计算机控制

计算机控制由DDC控制单元、计算机和MCGS组态软件共同实现。

可以实现对象特性测试实验、单回路控制实验、串级控制实验、比值控制实验、解耦控制实验和预估控制实验等多个实验。

3、PLC控制

PLC控制通过可编程控制器来实现对系统的控制。

可实现上下水箱单容特性测试、电动调节阀流量特性测试实验、电动阀支路单容液位控制、上下水箱双容液位控制和上下水箱液位串级控制等多个实验。

综上所述：

通过对这三种系统控制方式的比较发现，它们各有其优缺点。

智能仪表控制可以通过模块化结构自由组合构成多个子系统，实现对系统稳定性分析、系统的参数整定、系统的性能指标检定。

计算机控制运用到组态软件，这样可以直观的看到系统的具体情况，但较仪表控制略复杂。

而PLC控制虽然过程比较简单，但是需要编程软件，而且不能直接反应控制对象的情况。

因此本设计采用智能仪表控制的控制方式。

2.4系统主要方案

2.4.1系统控制对象

1、系统组成

本系统装置对象主要由一个不锈钢储水箱、双容水箱、加热水箱和敷塑不锈钢管道等组成。

双容水箱是透明的，便于直接观察液位的变化和记录结果。

水箱底部均接有压力、液位传感器，可对水箱的压力和液位进行检测和变送。

上、下水箱可以组合成一阶、二阶单回路液位控制系统和双闭环液位串级控制系统等。

储水箱由不锈钢板制成，能满足上、下水箱的实验供水需要。

加热水箱：

使用加热器进行加热，安装温度传感器可进行温度检测控制实验。

管道及阀门：

整个系统管道由不锈钢管连接而成，所有的手动阀门可采用优质球阀，以避免管道系统生锈的可能性。

2、检测装置

压力变送器：

两个压力变送器分别用来对由两路供水系统的液体压力进行检测，将液体压力转换成电流信号（4～20mADC）输出。

温度传感器：

主要用来检测加热水箱里液体温度。

流量变送器：

对两路供水系统各出口处的流量进行检测并输出电流信号4～20mADC。

差压变送器：

对上下两个水箱的液位进行检测并输出信号参数。

湿度传感器：

对控制系统中的湿度进行检测并输出4-20mA电流信号。

单相电压变送器：

对系统中交流电压进行检测并输出电流信号4-20mA。

单相电流变送器：

对系统中交流电流进行检测并输出电流信号4-20mA。

功率因素变送器：

对系统中的功率因数进行检测并输出电流信号4-20mA。

图2-1系统控制对象工艺

2.4.2系统执行机构

电动调节阀：

采用智能直行程电动调节阀，用来控制水的流量从而达到对回路中的液位、压力、流量、温度进行调节。

变频器：

控制三相交流电动机速度和转矩。

水泵：

系统输出驱动。

2.4.3系统控制仪表

人工智能温度控制器：

采用先进的AI人工智能PID调节算法，无超调，具备自整定（AT）功能，能够智能的对系统进行PID调节。

人工智能调节器：

采用先进的AI人工智能调节算法，无超调，具备自整定（AT）功能，能够对系统进行智能调节。

多路显示报警仪：

配合各种输入模块，能分别测量1~2路热电偶、热电阻、电压、电流、流量、湿度等多种信号。

流量积算仪：

可对物质的质量、体积、长度进行累积计算，并可进行批量控制。

手操器/饲服放大器：

可接系统智能仪表的给定信号和阀位的反馈信号，根据二者的偏差进行调节，输出相应的控制