东北大学秦皇岛分校课程设计

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1、一．《过程控制系统》课程设计要求1.设计题目：智能化液位测量仪设计2.设计任务：利用压力传感器和可编程控制器设计智能液位测量仪1)采用压力传感器，硬件控制采用西门子300PLC2)写出压力测量过程，绘制压力测量仪组成框图3)设计系统硬件电路4)编制液位测量程序二．前言1.液位传感器的类型：1）静压式液位计：当变送器投入到被测液体中某一深度时，迎液面受到的压力P=，。采用扩散硅或陶瓷敏感元件的压阻效应，将静压转成电信号。转换成4-20mADC标准电流信号输出。2）硅压阻式液位变送器：把与液位深度成正比的液体静压力测量出来，经过放大电路转换成标准电流

2、电压信号输出，建立起输出电信号与液位深度的线性对比关系，实现对液体深度的测量。3）磁致伸缩液位计：电子仓内产生起始脉冲，在波导丝中传输时，同时产生一沿波导丝方向前进的旋转磁场，当磁场与磁环或浮球中的永久磁场相遇时，产生磁致伸缩效应，使波导丝发生扭动，扭动被安装在电子仓内的拾能机构所感知并转换成相应的电流脉冲，通过电子电路计算出两个脉冲之间的时间差，即可精确测出被测的位移和液位。4）超声波液位计：探头向被测介质表面发射超声波脉冲信号，超声波在传输过程中遇到被测介质（障碍物）后反射，反射回来的超声波信号通过电子模块检测，通过专用软件加以处理，分析发射

3、超声波和回波的时间差，结合超声波的传播速度，可以精确计算出超声波传播的路程，进而反映出液位。5）电容式液位传感器：把一根涂有绝缘层的金属棒，插入装有导电介质的金属容器中，在金属棒和容器壁间形成电容，当被测介质物位变化时，传感器电容量发生相应变化，电容量的变体△Cx转换成与物位成比例的直流标准信号。6）浮球式液位传感器：当浮子随着液位（界面）上下浮动，浮子内永磁体的磁力作用于导管内的干簧管，使相应高度的干簧管闭合，得到正比于液位的电压信号，经转换器转换成4~20mA.DC的标准信号。2.利用压力传感器测量液位的优点:1）测量原理简单2）仪器设计简便

4、3）所用器件熟悉4）元件数目少且便宜3.可编程控制器：PLC因具有抗干扰能力强，可靠性好，控制结构简单，通用性强，编程方便，易于使用，体积小，操作维护方便，设计、调试、施工的周期短，易于实现网络化，可完成三电一体化的优点，已经成为应用广泛的的工业也控制装置。通过PLC控制系统硬件，可以使所设计的测量仪硬件系统更加完善。1）PLC积木式结构为硬件的构架增添灵活性，齐全的精简和软件使系统的编程和程序的修改更加方便简易。2）PLC的输入/输出模块为硬件的连接提供便利，并且具有完善的通道保护与信号调理电路，实现耐热、防潮、防尘、抗震，令使用范围更加广泛。

5、3）PLC通过半导体进行控制，速度快，无触点，不会出现抖动现象。三．所需考虑问题1.压力传感器的选型(一)选型原则：1)测量对象与测量环境　　即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪种原理的传感器更为合适，需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑：A量程的大小；B被测位置对传感器体积的要求；C测量方式为接触式还是非接触式；D信号的引出方法，有线或是非接触测量；确定选用何种类型的传感器，然后再考虑传感器的具体性能指标。　　2)灵敏度的选择　　在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。被测量变化对应的输出信号的值较大，有利于信

6、号处理。但传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少外界引入的干扰信号。　传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性要求较高，则应选择其它方向灵敏度小的传感器；如果被测量是多维向量，则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。　　3)频率响应特性　　传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，传感器的响应总有—定延迟，延迟时间越短越好。　　　　　　4)线性范围　　传感器的线性范围越宽，量程越大，并且能保证一定的测

7、量精度。当传感器的种类确定后首先要看其量程是否满足要求。当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的。　　5)稳定性　　要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。　　　　在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能够经受住长时间的考验。　　6)精度如果测量目的是定性分析的，选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的；如果

8、是为了定量分析，必须获得精确的测量值，就需选用精度等级能满足要求的传感器。　　　　7)最大压力范围　　最大压力范围是指传感器能长时间承受