过程检测技术及仪表论文设计
目录
第1章绪论..................................................... - 1 - 1.1 题目设计背景................................................ - 1 - 1.2 实验装置.................................................... - 2 - 1.3 检测和控制的参数............................................ - 4 - 第2章测量装置选择与误差分析................................... - 5 -
2.1流体进出口温度....................................... - 5 -
2.1.1热电阻原理......................................... - 5 -
2.1.2 WZC-200热电阻结构图............................... - 6 -
2.1.3产品参数........................................... - 6 -
2.1.4主要特性........................................... - 7 -
2.1.5注意事项........................................... - 7 -
2.1.6误差分析........................................... - 7 -2.2实验管壁温测量.............................................................................................................. - 7 -
2.2.1 检测方法设计以及依据.................................. - 7 -
2.2.2 仪表种类选用以及依据.................................. - 8 -2.3水浴温度测量................................................ - 8 -
2.3.1检测方法设计以及依据................................... - 8 -
2.3.2 仪表种类选用以及依据.................................. - 8 -
2.3.3测量注意事项及误差分析................................. - 9 -2.4补水箱水位测量及控制................................................................................................ - 9 -
2.4.1检测方法设计以及依据................................... - 9 -
2.4.2 仪表种类选用以及依据................................. - 10 -
2.4.3 测量注意事项......................................... - 11 -
2.5流量测量 ................................................................................................................. - 11 -
2.5.1工作原理.......................................... - 11 -
2.5.2 电磁流量计图...................................... - 12 -
2.5.3技术参数：........................................ - 12 -
2.5.4电磁流量计特点.................................... - 12 -
2.5.5注意事项.......................................... - 13 -
2.5.6误差分析.......................................... - 13 -2.6差压测量................................................... - 13 - 2.7 设计意义及应用............................................. - 16 -
参考文献 ................................................................................................................. - 16 -
第1章绪论
1.1 题目设计背景
换热设备污垢是指流体中的组分或杂质在与之相接触的换热表面上逐渐积聚起来的一层固态物质。它广泛存在于化工、动力及制冷等工程。污垢的形成过程是质量交换、热量交换和动量交换的动态综合，是多种十分复杂过程的同时作用的结果。因而影响这一过程的因素很多，如流体性质、壁温、流体与壁面的温度梯度、流体流速以及壁面状况等。这些因素不同，形成的污垢特性也各不相同。因此污垢问题成为传热学界和工业界十分关注而又至今未能解决的难题之一。
按对沉积物的监测手段分有：热学法和非传热量的污垢监测法。热学法中又可分为热阻表示法和温差表示法两种；非传热量的污垢监测法又有直接称重法、厚度测量法、压降测量法、放射性技术、时间推移电影法、显微照相法、电解法和化学法等。这些监测方法中，对换热设备而言，最直接而且与换热设备性能联系最密切的莫过于热学法。这里简单介绍污垢监测的热学法中的污垢热阻法的原理。
表示换热面上污垢沉积量的特征参数有：单位面积上的污垢沉积质量m
f
，污
垢层平均厚度δ
f 和污垢热阻R
f
。这三者之间的关系由下式表示：
f
f
f
f
f
f
m
Rδ
λ
λ
ρ
1
=
=（1-1）
通常测量污垢热阻的原理如下：
设传热过程是在热流密度q 为常数情况下进行的，图1a 为换热面两侧处于清洁状态下的温度分布，其总的传热热阻为：
c w c c R R R U 21/1++= （1-2）
图1b 为两侧有污垢时的温度分布，其总传热热阻为
f f w f f f R R R R R U 2211/1++++= （1-3）
如果忽略换热面上污垢的积聚对壁面与流体的对流传热系数影响，则可认为f c f c R R R R 2211,==。于是由式(1-3)减去式(1-2)得：
c
f f f U U R R 1121-=+ （1-4） 式(1-4)表明污垢热阻可以通过清洁状态和受污染状态下总传热系数的测量而间接测量出来。实验研究或实际生产则常常要求测量局部污垢热阻，这可通过测量所要求部位的壁温表示。为明晰起见，假定换热面只有一侧有污垢存在，则有：
q T T R R R U b c s c w c c /)(/1,121-=++= （1-5）
q T T R R R R U b f s f f w c f /)(/1,121-=+++= （1-6）
若在结垢过程中，q 、Tb 均得持不变，且同样假定f c R R 22=，则两式相减有：
q T T R c s f s f /)(,1,1-= （1-7）
这样，换热面有垢一侧的污垢热阻可以通过测量清洁状态和污染状态下的壁温和热流而被间接测量出来。
1.2 实验装置
本实验采用如图1-1所示的实验装置。该装置是由东北电力大学节能与测控研究中心杨善让教授为首的课题组基于软测量技术开发的多功能实验装置。
图1-1 多功能动态模拟实验装置外形图
本实验装置的模拟换热器是由恒温水浴作为热源加热实验管段（约2m），水浴温度由温控器、电加热管以及保温箱体构成。水浴中平行放置两实验管，独自拥有补水箱和集水箱，构成两套独立的实验系统，可以做平行样实验和对比实验。为获取水处理药剂的效果、强化换热管的污垢特性、污垢状态下强化管的换热效果等等，管内流体一般为人工配制的易结垢的高硬度水或是含有固体微粒等致垢
物质。该装置主体结构示意图如图1-2所示。
图1-2 动态模拟试验装置主体结构示意图
1-恒温槽体；2-试验管段；3-试验管入口压力；4-入口温度测点；5-管壁温度测点；6-出口温度测点；7-试验管出口压力；8-流量测量；9-集水箱；10-循环水泵；11-补水箱；12-电加热管
1.3 检测和控制的参数
温度：包括实验管流体进口（20～40℃）、出口温度（20～80 ℃），实验管壁温（20～80℃）以及水浴温度（20～80℃）。
水位：补水箱上位安装，距地面2m ，其水位要求测量并控制循环水泵，以适应不同流速的需要，水位变动范围 200mm ～500mm 。
流量：实验管内流体流量需要测量，管径Φ25mm ，流量范围 0.5～4m3/h 。 差压：由于结垢导致管内流动阻力增大，因此需要测量流动压降，范围为 0～50mm 水柱。
1 2 5 8
3
4 6 7 9 10 11 12 220V
第2章测量装置选择与误差分析
2.1流体进出口温度
由于该实验装置实验管道直径较小，管内流体一般为人工配制的易结垢的高硬度水或是含有固体微粒等致垢物质。因此不宜使用体积较大的温度计，否则会增加流动阻力影响流速。进出口最大温度变化范围在20~80℃之间，水温变化较小且属于低温范围，所以需要选用精度较高的测温元件。所以所选的测温元件的特点要求结构简单、方便、体积小、灵敏度高，适合测中低温。为减小计算进出口温差时的误差，可采用同种方法对进出口温度进行测量。因此，可选择热电阻温度计进行测量。
2.1.1热电阻原理
从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。
铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为φ1.0~φ 8.0mm ，最小可达φ 0.5mm 。与普通型热电阻相比，它有下列优点：体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；机械性能好、耐振，抗冲击；能弯曲，便于安装，使用寿命长等优点。
2.1.2 WZC-200热电阻结构图
图2-1 WZC-200热电阻结构图
2.1.3产品参数
表2-1 产品参数
型号分度号安装形式保护管材料测量范围WZC-200Cu50管螺纹G1/21Cr18NiTi-50~100℃
主要技术指标
1、铜热电阻：-50℃~100℃
2、输出信号：4~20mA（可与DDZ－III仪表配套使用）
0~l0mA（可与DDZ－Ⅱ仪表配套使用）
3、基本误差：士0.5％，士0.2％．
4、温度漂移：≤0.01％/1℃
5、环境温度：-30~70℃相对湿度≤95%
6、负载电阻：三线制0~10mA：RL≤1500Ω
7、标准工作电压：24VDC；
2.1.4主要特性
1、输出4~20mA或0~10mA标准恒流信号，与被测温度成线性关系，与负载电阻大小无关。
2、输出高阻扰抗信号、无射频干扰影响。
3、具有防爆、防震、防潮、防热、防有害气体的功能。
4、带电源极性接反保护功能。
5、具有较强的远传功能，安装使用极为方便。
2.1.5注意事项
为消除引线电阻的影响一般采用三线制或四线制。热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成。必须注意以下两点：
1、热电阻和显示仪表的分度号必须一致
2、为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采用三线制接法。
2.1.6误差分析
1、分度误差
2、通电发热误差
3、线路电阻不同或变化引入的测量误差
4、附加热电动势
2.2实验管壁温测量
实验管道在恒温水槽中，通过与水槽中的水进行热交换传热，壁温范围20~80 ℃。
2.2.1 检测方法设计以及依据
由测量情形可知管壁温度用一般的热电偶和热电阻都不易测量，测温环境要求测温仪器可以附着在管壁表面，需要在测温点将水浴与管壁分开，面积又不能太大，否则影响换热。接触式测温中热电阻和热电偶比较适合，但热电偶冷端处理困难，且温差较小误差大。用光刻技术技术制作一个薄片热电阻外层加上隔热层贴在管壁温度侧点上，三组值同时测量取平均值，以达到精确测温效果。
2.2.2 仪表种类选用以及依据
膜式铂电阻是近年来发达国家的一种铂热电阻新技术，这种新型热电阻是有外型尺寸小、灵敏度高、响应快、绝缘性能好、稳定性好、耐震耐腐蚀使用寿命长等优点，特别是pt500和Pt1000 Pt2000 高阻值热电阻，其分辨率相当于常规铂电阻pt100的5~10倍。
以下即是选用某厂家生产的膜式铂电阻，其技术指标如下：
测量范围： 50---500℃
测量精度：A级±0.15+0.002t.(℃)
B级±0.3+0.05t.(℃)
0℃阻值偏差：A级±0.06（Ω）
B级±0.12（Ω）
图2-2 膜式铂电阻
2.3水浴温度测量
该实验装置的模拟换热器是由恒温水浴作为热源加热实验管段（约2m），水浴温度由温控器、电加热管以及保温箱体构成。
2.3.1检测方法设计以及依据
由实验装置要求分析，水槽内水浴温度是一个存在一定变化的物理量，而水浴温度又通过稳控器来实时监控。因此，测温仪表要求较高的灵敏性和精确度。
其次，水浴温度的变化范围在20~80℃之间，属于低温范畴。
综合以上要求，我们采热电偶温度测量法。
2.3.2 仪表种类选用以及依据
选用铜－镍铜热电偶，这是在低温下应用得很普遍的热电偶,测量温度范围
第一章绪论 1.1 课程设计目的 针对“应用技术主导型”普通工科高等教育的特点，从工程创新的理念出发，以工程思维模式为主，旨在培养突出“实践能力、创新意识和创业精神”特色的、适应当前经济社会发展需要的“工程应用型人才”。 通过在模拟的实战环境中系统锻炼，使学生的学习能力、思维能力、动手能力、工程创新能力和承受挫折能力都得到综合提高。以增强就业竞争力和工作适应力。 1.2课题介绍 本课设题目以多功能动态实验装置为对象，要求综合以前所学知识，完成此实验装置所需参数的检测。设计检测方案，包括检测方法，仪表种类选用以及需要注意事项，并分析误差产生的原因等等。 1.3 实验背景知识 换热设备污垢的形成过程是一个极其复杂的能量、质量和动量传递的物理化学过程，污垢的存在给广泛应用于各工业企业的换热设备造成极大的经济损失，因而污垢问题成为传热学界和工业界十分关注而又至今未能解决的难题之一。 1.4 实验原理 1.4.1 检测方法 按对沉积物的监测手段分有：热学法和非传热量的污垢监测法。 热学法中又可分为热阻表示法和温差表示法两种； 非传热量的污垢监测法又有直接称重法、厚度测量法、压降测量法、放射技术、时间推移电影法、显微照相法、电解法和化学法。 这些监测方法中，对换热设备而言，最直接而且与换热设备性能联系最密切的莫过于热学法。这里选择热学法中的污垢热阻法。
1.4.2 热阻法原理简介 表示换热面上污垢沉积量的特征参数有：单位面积上的污垢沉积质量mf，污垢层平均厚度δf和污垢热阻Rf。这三者之间的关系由式表示： （1-1） 图1-1 清洁和有污垢时的温度分布及热阻 通常测量污垢热阻的原理如下： 设传热过程是在热流密度q为常数情况下进行的，图1a为换热面两侧处于清洁状态下的温度分布，其总的传热热阻为： （1-2） 图1b为两侧有污垢时的温度分布，其总传热热阻为： （1-3）忽略换热面上污垢的积聚对壁面与流体的对流传热系数影响，则可认为 （1-4）于是两式相减得： （1-5）该式表明污垢热阻可以通过清洁状态和受污染状态下总传热系数的测量而间接测量出来。 实验研究或实际生产则常常要求测量局部污垢热阻，这可通过测量所要求部位的壁温表示。为明晰起见，假定换热面只有一侧有污垢存在，则有： （1-6） f f f f f f m Rδ λ λ ρ 1 = = c w c c R R R U 2 1 /1+ + = f f w f f f R R R R R U 2 2 1 1 /1+ + + + = f c f c R R R R 2 2 1 1 ,= = c f f f U U R R 1 1 2 1 - = + q T T R R R R U b f s f f w c f /) ( /1 ,1 2 1 - = + + + =
控制装置与仪表课程设计 课程设计报告 ( 2012-- 2013年度第二学期) 名称：控制装置与仪表课程设计 题目：炉膛压力系统死区控制系统设计院系： 班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数：一周 成绩： 日期：2013年7 月5日
一、课程设计(综合实验)的目的与要求 1.1 目的与要求 （1）认知控制系统的设计和控制仪表的应用过程。 （2）了解过程控制方案的原理图表示方法（SAMA图）。 （3）掌握数字调节器KMM的组态方法，熟悉KMM的面板操作、数据设定器和KMM数据写入器的使用方法。 （4）初步了解控制系统参数整定、系统调试的过程。 1.2设计实验设备 KMM数字调节器、KMM程序写入器、PROM擦除器、控制系统模拟试验台1 1.3 主要内容 1. 按选题的控制要求，进行控制策略的原理设计、仪表选型并将控制方案以SAMA 图表示出来。 2 . 组态设计 2．1 KMM组态设计 以KMM单回路调节器为实现仪表并画出KMM仪表的组态图，由组态图填写 KMM的各组态数据表。 2．2 组态实现 在程序写入器输入数据，将输入程序写入EPROM芯片中。 3. 控制对象模拟及过程信号的采集 根据控制对象特性，以线性集成运算放大器为主构成反馈运算回路，模拟控制对 象的特性。将定值和过程变量送入工业信号转换装置中，以便进行观察和记录。 4. 系统调试 设计要求进行动态调试。动态调试是指系统与生产现场相连时的调试。由于生产 过程已经处于运行或试运行阶段，此时应以观察为主，当涉及到必需的系统修改 时，应做好充分的准备及安全措施，以免影响正常生产，更不允许造成系统或设 备故障。动态调试一般包括以下内容： 1)观察过程参数显示是否正常、执行机构操作是否正常； 2)检查控制系统逻辑是否正确，并在适当时候投入自动运行； 3）对控制回路进行在线整定； 4）当系统存在较大问题时，如需进行控制结构修改、增加测点等，要重新组态下装。 二、设计（实验）正文 1设计题目：炉膛压力系统死区控制系统设计（如附图1） 附图1： 引风机 炉膛压力系统死区单回路控制系统
过程控制工程 课程设计任务书 设计名称：扬子烯烃厂丁二烯装置控制模拟设计设计时间：2006.2.20~2006.3.10 姓名：毛磊 班级：自动化0201 学号：05号 南京工业大学自动化学院 2006年3月
1.课程设计内容： 学习《过程控制工程》课程和下厂毕业实习2周后，在对扬子烯烃厂丁二烯装置的实际过程控制策略、实习环节的控制系统以及相应的组态软件有一定的认识和了解的基础上，针对扬子烯烃厂丁二烯装置，设计一个复杂控制系统（至少包含一个复杂回路和3-5个简单回路），并利用组态软件进行动态仿真设计，调节系统控制参数，使控制系统达到要求的控制效果。 1)独立完成设计任务，每个人根据下厂具体实习装置，确定自己的课程设 计题目，每1-3人/组； 2)选用一种组态软件（例如：采用力控组态软件）绘制系统工艺流程图； 3)绘制控制系统原有的控制回路； 4)利用下厂收集的实际数据和工艺要求，选择被控对象模型，利用组态软 件，对控制系统进行组态； 5)改进原有的控制回路，增加1-2个复杂回路，并进行组态； 6)调节控制参数，使性能指标达到要求； 7)写出设计工作小结。对在完成以上设计过程所进行的有关步骤：如设计 思想、指标论证、方案确定、参数计算、元器件选择、原理分析等作出 说明，并对所完成的设计做出评价，对自己整个设计工作中经验教训， 总结收获。 2. 进度安排（时间3周） 1)第1周选用一种组态软件绘制系统工艺流程图；绘制控制系统原有的 控制回路； 2)第2周利用下厂收集的实际数据和工艺要求，选择被控对象模型，利 用组态软件，对控制系统进行组态； 3)第3周(1-3) 改进原有的控制回路，增加1-2个复杂回路，并进行组态； 调节控制参数，使性能指标达到要求； 4)第3周(4) 书写课程设计说明书 5)第3周(5) 演示、答辩
目录 第1章绪论........................................................................................................................ - 1 - 1.1 课题背景与意义........................................................................................................... - 1 - 1.2 总实验装置以及监测原理........................................................................................... - 1 - 1.3 检测和控制参数........................................................................................................... - 4 - 第2章温度的测量............................................................................................................ - 5 - 2.1 实验管流体进出口温度测量和控制.......................................................................... - 5 - 2.1.1 检测方法设计以及依据................................................................................ - 5 - 2.1.2 仪表种类选用以及设计依据........................................................................ - 5 - 2.1.3 测量注意事项................................................................................................ - 7 - 2.1.4 误差分析........................................................................................................ - 7 - 2.2 水浴温度的测量........................................................................................................ - 7 - 2.2.1 检测方法设计以及依据................................................................................ - 7 - 2.2.2 仪表种类选用以及设计依据........................................................................ - 8 - 2.2.3 测量注意事项................................................................................................ - 9 - 2.2.4 误差分析........................................................................................................ - 9 - 2.3 管壁温度测量............................................................................................................ - 9 - 2.3.1 检测方法设计以及依据................................................................................ - 9 - 2.3.2 仪表种类选用以及设计依据........................................................................ - 9 - 2.3.3 测量注意事项.............................................................................................. - 10 - 2.3.4 误差分析...................................................................................................... - 11 -第2章水位的测量.................................................................................................................. - 12 - 3.1 补水箱水位测量...................................................................................................... - 12 - 3.1.1 检测方法设计以及依据.............................................................................. - 12 - 3.1.2 仪表种类选用以及设计依据...................................................................... - 12 - 3.1.3 测量注意事项.............................................................................................. - 13 - 3.1.4 误差分析...................................................................................................... - 14 -第4章流量的测量.................................................................................................................. - 15 - 4.1 试验管内流体的流量测量...................................................................................... - 15 - 4.1.1 检测方法设计以及依据.............................................................................. - 15 - 4.1.2 仪表种类选用以及设计依据...................................................................... - 15 - 4.1.3 测量注意事项.............................................................................................. - 17 - 4.1.4 误差分析...................................................................................................... - 18 -第5章差压的测量................................................................................................................ - 19 - 5.1 实验管出入口差压.................................................................................................. - 19 - 5.1.1 检测方法设计以及依据.............................................................................. - 19 - 5.1.2 仪表种类选用以及设计依据...................................................................... - 19 - 5.1.3 测量注意事项.............................................................................................. - 21 - 5.1.4 误差分析...................................................................................................... - 21 -设计心得体会............................................................................................................................ - 22 -参考文献.............................................................................................................................. - 23 -
检测技术及仪表课程设计报告 1、1 课程设计目的针对“应用技术主导型”普通工科高等教育的特点，从工程创新的理念出发，以工程思维模式为主，旨在培养突出“实践能力、创新意识和创业精神”特色的、适应当前经济社会发展需要的“工程应用型人才”。通过在模拟的实战环境中系统锻炼，使学生的学习能力、思维能力、动手能力、工程创新能力和承受挫折能力都得到综合提高。以增强就业竞争力和工作适应力。 1、2课题介绍本课设题目以多功能动态实验装置为对象，要求综合以前所学知识，完成此实验装置所需参数的检测。设计检测方案，包括检测方法，仪表种类选用以及需要注意事项，并分析误差产生的原因等等。 1、3 实验背景知识换热设备污垢的形成过程是一个极其复杂的能量、质量和动量传递的物理化学过程，污垢的存在给广泛应用于各工业企业的换热设备造成极大的经济损失，因而污垢问题成为传热学界和工业界分关注而又至今未能解决的难题之一。 1、4 实验原理 1、4、1 检测方法按对沉积物的监测手段分有：热学法和非传热量的污垢监测法。热学法中又可分为热阻表示法和温差表示法两种；非传热量的污垢监测法又有直接称重法、厚度测量法、压降测量法、放射技术、时间推移电影法、显微照相法、电解法
和化学法。这些监测方法中，对换热设备而言，最直接而且与换热设备性能联系最密切的莫过于热学法。这里选择热学法中的污垢热阻法。 1、4、2 热阻法原理简介表示换热面上污垢沉积量的特征参数有：单位面积上的污垢沉积质量mf，污垢层平均厚度δf和污垢热阻Rf。这三者之间的关系由式表示： （1-1）图1-1 清洁和有污垢时的温度分布及热阻通常测量污垢热阻的原理如下：设传热过程是在热流密度q为常数情况下进行的，图1a为换热面两侧处于清洁状态下的温度分布，其总的传热热阻为： （1-2）图1b为两侧有污垢时的温度分布，其总传热热阻为： （1-3）忽略换热面上污垢的积聚对壁面与流体的对流传热系数影响，则可认为（1-4）于是两式相减得： （1-5）该式表明污垢热阻可以通过清洁状态和受污染状态下总传热系数的测量而间接测量出来。实验研究或实际生产则常常要求测量局部污垢热阻，这可通过测量所要求部位的壁温表示。为明晰起见，假定换热面只有一侧有污垢存在，则有：（1-6）（1-7）若在结垢过程中，q、Tb均得持不变，且同样假定（1-8）则两式相减有： （1-9）这样，换热面有垢一侧的污垢热阻可以通过测量清洁状态和污染状态下的壁温和热流而被间接测量出来。
课程设计报告 ( 2015 -- 2016 年度第一学期 ) 名称：《过程参数检测及仪表》课程设计题目：标准节流装置的计算 院系： 班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 设计周数： 成绩： 日期：年月日
一、课程设计的目的与要求 本课程设计为自动化专业《过程参数检测及仪表》专业课的综合实践环节。通过本课程设计，使学生加深过程参数检测基本概念的理解，掌握仪表的基本设计方法和设计步骤。 二、设计正文 第一类命题 1. 已知：流体为水，工作压力（表压力）0.58MPa p =，工作温度30t =℃；管道 100mm D 20=，材料为20号钢旧无缝管；节流装置采用角接取压标准孔板，材料为 1Cr18Ni9Ti ，50.38mm d 20=；差压Pa 105p 4?=Δ，求给定差压值下的水流量m q 。 解题过程： (1)辅助计算。 工作压力（绝对压力）：0.68MPa 0.10.58p p p b a =+=+= 查表可得：水密度31/m 995.5502kg =ρ，其动力粘度s Pa 10828.0053-6??=η， 管道线膨胀系数/1011.16-6D ?=λ℃，节流件线膨胀系数/1016.60-6d ?=λ℃， 将水视为不可压缩流体则其可膨胀性系数1=ε。 m 100.01116m 20)](t [1D D D 20t =-+=λ 50.38836mm 20)](t [1d d d 20t =-+=λ 0.50383D d t t == β 5 316681.148-1D p d 0.004 0.354A 4 t 12t =?=β ηρεΔ (2)题目未对管道直管段长度做出要求，故无需考虑此项检查；由于没有查出20号钢旧无缝管的管壁等效绝对粗糙度K ，无法检查管道粗糙度K/D 是否满足要求。 (3)迭代计算。 对角接取压标准孔板：0.75 D 62.5 8 2.1 )Re 10(0.00290.1840.03120.5959C βββ+-+= 令∞=D Re ，得初值0.60253C 0=。 在MATLAB 中编写迭代程序： A=316681.1485;
《过程检测技术及仪表》课程设计 学院： 班级： 姓名： 学号：
课程设计说明书 1、设计背景及任务 1.1背景知识 换热设备污垢的形成过程是一个极其复杂的能量、质量和动量传递的物理化学过程，污垢的存在给广泛应用于各工业企业的换热设备造成极大的经济损失，因而污垢问题成为传热学界和工业界十分关注而又至今未能解决的难题之一。 按对沉积物的监测手段分有：热学法和非传热量的污垢监测法。热学法中又可分为热阻表示法和温差表示法两种； 非传热量的污垢监测法又有直接称重法、厚度测量法、压降测量法、放射性技术、时间推移电影法、显微照相法、电解法和化学法。这些监测方法中，对换热设备而言，最直接而且与换热设备性能联系最密切的莫过于热学法。 1.2实验装置简介 图1-1 实验装置流程图 1-恒温槽体；2-试验管段；3-试验管入口压力；4-管段出口温度测点；5-管壁温度测点；6-管段出口温度测点；7-试验管出口压力；8-流量测量；9-集水箱；10-循环水泵；11-补水箱；12-电加热管 上图是东北电力大学节能与测控研究中心杨善让教授为首的课题组基于测量新技术—软测量技术开发的多功能实验装置。本实验装置的模拟换热器是由恒温水浴作为热源加热实验管段（约2m ），水浴温度由温控器、电加热管以及保温箱体构成。水浴中平行放置两实验管，独自拥有补水箱和集水箱，构成两套独立的实验系统。可以做平行样实验和对比实验。为获取水处理药剂的效果、强化换1 2 5 8 3 4 6 7 9 10 11 12 220V 冷却水入口 出口
热管的污垢特性、污垢状态下强化管的换热效果等等，管内流体一般为人工配制的易结垢的高硬度水或是含有固体微粒等致垢物质。 1.3题目简介 本课设题目以上述动态实验装置为对象，要求综合以前所学知识，完成此实验装置所需检测参数的检测。设计检测方案，包括检测方法、仪表种类选用以及需要注意事项，并分析误差产生的原因等等。 1.4需要检测和控制的参数主要有： 1、温度：包括实验管流体进口（20℃-40℃）、出口温度（20℃-80℃） 2、实验管壁温（20℃—80℃）以及水浴温度（20℃—80℃） 3、水位：补水箱上位安装，距地面2m，其水位要求测量并控制，以适应不同流速的需要，水位变动范围200mm—500mm 4、流量：实验管内流体流量需要测量，管径Φ25mm，流量范围0.5—4m3/h 5、差压：由于结垢导致管内流动阻力增大，需要测量流动压降，范围为0—50mm水柱 1.5目的 针对“应用技术主导型”普通工科高等教育的特点，从工程创新的理念出发，以工程思维模式为主，旨在培养突出“实践能力、创新意识和创业精神”特色的、适应当前经济社会发展需要的“工程应用型人才”。 通过在模拟的实战环境中系统锻炼，使学生的学习能力、思维能力、动手能力、工程创新能力和承受挫折能力都得到综合提高。以增强就业竞争力和工作适应力。 2、入口、出口及水浴温度均选用铂电阻进行检测 2.1选择依据 由于入口、出口及水浴温度均在20℃-80℃范围内，属于中低温，所以选用铂电阻进行检测。热电阻是电阻性的元件，由金属制成如铂，镍，铜等，所选金属必须具有可以预测的电阻值随温度变化的特性，其物理性能要易于加工制造，电阻温度系数必须足够大，使其电阻随温度的改变易于准确测量。其他的温度检测器件，如热电偶，并不能让设计人员有一种相当线性的电阻随温度变化特性，
… 过程控制系统 课程设计 { 班级： 本组成员： 、 2012年01月12日 设计报告目录
【1】内容一：过程控制课程设计的相关资料 (1) , 【2】内容二：过程控制课程设计 (6) （1）过程控制系统设计及其主要内容 (6) （2）被控对象特性分析 (6) （3）控制系统控制结构原理图 (7) （4）控制系统工艺流程图 (8) （5）一次仪表选型表 (10) （6）课程设计总结 (11) （7）参考文献 (12) . . 内容一：过程控制课程设计的相关资料
一．液位控制系统中PID控制 数字PID控制是在实验研究和生产过程中采用最普遍的一种控制方法，在水箱控制系统中有着极其重要的控制作用。 常用的PID控制系统原理框图如下所示： # PID控制器是一种线性控制器，它是根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成偏差 PID控制规律为： 写成传递函数形式为： -
PID是比例,积分,微分的缩写形式： 比例调节作用：是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。 积分调节作用：是使系统消除稳态误差,提高无差度。因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。反之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。 微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。因此,可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。微分作用不能单独使用,需要与另外两种调节规律相结合,组成PD或PID控制器 * 二．自适应控制
河南理工大学 检测技术与自动化仪表课程设计说明书汽车倒车防撞警报系统设计 姓名： 专业班级： 学号： 指导老师： 时间：
汽车倒车防撞警报系统设计 电科级班指导老师： 摘要：本文在查阅、分析了现有的几种不同的测距原理分析确定了超声波测距，并对基于超声波测距的倒车雷达预警系统的研制进行了深入探讨和研究。该系统分为测距模块、系统控制模块和显示报警模块，并分别对其进行方案分析，最终确定汽车倒车防撞警报系统的系统构架和设计方案；在硬件电路中，详细阐述了运用单片机技术实现的倒车雷达预警系统的测距实现原理，分析了以AT89S52单片机为主控单元的系统硬件和软件设计，并对该系统进行误差分析，使我们对于系统的各种性能有了进一步认识。 试验结果显示，该系统对有限距离的距离测量具有较高的精度，实现倒车提示和距离报警功能，其主要技术指标达到了系统设计要求。 关键词：倒车雷达；超声波；测距
目录 1 绪论 (1) 2 系统硬件电路设计 (4) 3 软件编程 (10) 3.1控制电路 (12) 3.3接收收电路 (12) 3.4语音报警电路 (13) 3.5显示电路 (14) 4结论........................................................ (15) 参考文献 (16)
1概述 改革开放以来，人们的生活越来越好，在满足基本的生活需求之后，对生活的质量有更高的要求。在国家要想富先修路的号召下，公路的建设发展迅速，这也带动汽车的发展。交通事故的发生越来越高，这就要求汽车安装汽车倒车防撞报警系统。 汽车防撞的关键技术是车辆测距技术和实时监控技术。驾驶员凭借测距装置实时测量前后左右障碍物距离，通过警报系统或数码屏幕显示来了解汽车与障碍物之间的状态，从而避免因疏忽误判引起的碰撞事故。 本系统采用以以8051系列的AT89S52单片机系统为核心开发超声波测距系统。系统硬件原理图如图1-1： 系统硬件原理图1-1由超声波发射，回波信号接收，计时测量、数据处理和智能算法、显示和报警等构成。整个系统由微处理器控制，根据“回波测距”的原理设计的。由超声波的发射电路发射超声波，超声波在空气中传播至障碍物后发生反射，反射的回波经空气传播给超声波接收换能器接收并转换成电信号，再经滤波、放大、整形后，输入到微处理器的外部中断口INTO处产生中断，计数器停止计数，测出从超声波发射脉冲串时刻到接收回波信号时刻差，超声波在同温同介质中的传播速度由测温系统得知，将时刻差与声速相乘得出距离，并在显示系统上显示。它的各部分电路的说明如下。 (1) AT89S52 单片机系统是超声波测距仪的核心部分，主要任务有：控制一个40KHz的脉冲驱动振荡电路，启动振荡电路工作，振荡电路振荡出与超声波发射器的固有频率相同频率，使换能器能最大效率工作；实现串Ca通讯；TO计时，完成
目录 1设计目的 (2) 2题目介绍 (2) 3 背景意义 (2) 3.1实验装置简介 (2) 3.2研究污垢传热的理论知识 (3) 4参数检测与控制 (5) 4.1进出口温度水浴温度测量 (5) 4.1.1 仪表种类选用及依据 (5) 4.1.2 注意事项 (6) 4.1.3 可能误差 (6) 4.2 实验管壁温测量 (7) 4.2.1 仪表种类选用及依据 (7) 4.2.2 可能误差 (7) 4.3 水位的测量 (7) 4.3.1 仪表种类选用及依据 (7) 4.3.2 注意事项 (8) 4.3.3 可能误差 (8) 4.4 实验管内流体流量的测量 (8) 4.4.1仪表种类选用与依据 (8) 4.4.2 可能误差 (10) 4.5 差压测量 (10) 4.5.1仪表种类选用与依据 (10) 4.5.2 可能误差 (11) 5.参考文献 (12)
第1章绪论 1.1设计目的 针对“应用技术主导型”普通工科高等教育的特点，从工程创新的理念出发，以工程思维模式为主，旨在培养突出“实践能力、创新意识和创业精神”特色的、适应当前经济社会发展需要的“工程应用型人才”。通过在模拟的实战环境中系统锻炼，使学生的学习能力、思维能力、动手能力、工程创新能力和承受挫折能力都得到综合提高。以增强就业竞争力和工作适应力。 2题目介绍 本课设题目以一多功能动态实验装置为对象，要求综合以前所学知识，完成此实验装置所需检测参数的检测。设计检测方案，包括检测方法、仪表种类选用以及需要注意事项，并分析误差产生的原因等等。 该实验装置上，需要检测和控制的参数主要有： 1、温度：包括实验管流体进口（20~40℃）、出口温度（20~80 ℃）， 2、实验管壁温（20~80 ℃）以及水浴温度（20~80 ℃） 3、水位：补水箱上位安装，距地面2m，其水位要求测量并控制，以适应不同流速的需要，水位变动范围200mm~500mm 4、流量：实验管内流体流量需要测量，管径Φ25mm，流量范围0.5~4m3/h 5、差压：由于结垢导致管内流动阻力增大，需要测量流动压降，范围为0~50mm 水柱 3 背景意义 3.1实验装置简介 如图3—1所示的实验装置是东北电力大学节能与测控研究中心杨善让教授为首的课题组基于测量新技术—软测量技术开发的多功能实验装置。 基于本实验装置，先后完成国家、东北电力公司、省、市多项科研项目并获奖，鉴定结论为国际领先。目前承担国家自然科学基金、973项目部分实验工作。
第1章过程控制 1-1 过程控制有哪些主要特点？为什么说过程控制多属慢过程参数控制？ 解：1．控制对象复杂、控制要求多样 2. 控制方案丰富3．控制多属慢过程参数控制4．定值控制是过程控制的一种主要控制形式5．过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成 1-2 什么是过程控制系统？典型过程控制系统由哪几部分组成？ 解：过程控制系统：一般是指工业生产过程中自动控制系统的变量是温度、压力、流量、液位、成份等这样一些变量的系统。 组成：由被控过程和过程检测控制仪表（包括测量元件，变送器，调节器和执行器）两部分组成。 1-4 说明过程控制系统的分类方法，通常过程控制系统可分为哪几类？ 解：分类方法说明：按所控制的参数来分，有温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；按控制系统所处理的信号方式来分，有模拟控制系统与数字控制系统；按控制器类型来分，有常规仪表控制系统与计算机控制系统；按控制系统的结构和所完成的功能来分，有串级控制系统、均匀控制系统、自适应控制系统等；按其动作规律来分，有比例（P）控制、比例积分（PI）控制，比例、积分、微分（PID）控制系统等；按控制系统组成回路的情况来分，有单回路与多回路控制系统、开环与闭环控制系统；按被控参数的数量可分为单变量和多变量控制系统等。 通常分类：1．按设定值的形式不同划分：（1）定值控制系统（2）随动控制系统（3）程序控制系统 2．按系统的结构特点分类：（1）反馈控制系统（2）前馈控制系统（3）前馈—反馈复合控制系统 1-5 什么是定值控制系统? 解：在定值控制系统中设定值是恒定不变的，引起系统被控参数变化的就是扰动信号。
1-6 什么是被控对象的静态特性？什么是被控对象的动态特性？二者之间有什么关系？ 解：被控对象的静态特性：稳态时控制过程被控参数与控制变量之间的关系称为静态特性。 被控对象的动态特性：。系统在动态过程中，被控参数与控制变量之间的关系即为控制过程的动态特性。 1-7 试说明定值控制系统稳态与动态的含义。为什么在分析过程控制系统得性能时更关注其动 态特性？ 解： 稳态：对于定值控制，当控制系统输入（设定值和扰动）不变时，整个系统若能达到 一种平衡状态，系统中各个组成环节暂不动作，它们的输出信号都处于相对静止状态，这种状态称为稳态（或静态）。 动态：从外部扰动出现、平衡状态遭到破坏、自动控制装置开始动作，到整个系统又建立新的稳态（达到新的平衡）、调节过程结束的这一段时间，整个系统各个环节的状态和参数都处于变化的过程之中，这种状态称为动态。 在实际的生产过程中，被控过程常常受到各种振动的影响，不可能一直工作在稳态。只有将控制系统研究与分析的重点放在 各个环节的动态特性，才能设计出良好的控制系统。 1-8 评价控制系统动态性能的常用单项指标有哪些？各自的定义是什么？ 解：单项性能指标主要有：衰减比、超调量与最大动态偏差、静差、调节时间、振荡频率、上升时间和峰值时间等。 衰减比：等于两个相邻的同向波峰值之比n ； 过渡过程的最大动态偏差：对于定值控制系统，是指被控参数偏离设定值的最大值A ； 超调量：第一个波峰值1y 与最终稳态值y （∞）之比的百分数σ；1 100%() y y σ= ?∞ 残余偏差C ： 过渡过程结束后，被控参数所达到的新稳态值y （∞）与设定值之间的偏差C 称为残余偏差，简称残差；
中南大学 《过程控制仪表》 课程设计报告 设计题目液位控制系统 指导老师 设计者 专业班级 设计日期 2011年6月 目录 第一章过程控制课程设计的目的和意义 (2) 1.1课程设计的目的 (2) 1.2课程设计的意义 (3) 1.3课程设计在教学计划中的地位和作用 (3) 第二章液位控制系统的设计任务 (3)
2.1设计内容及要求 (3) 2.2课程设计的要求 (4) 第三章实验内容及调试中遇到的具体问题和解决的办法 (4) 3.1实验目的 (4) 3.2实验内容 (5) 3.2.1流量单闭环控制系统 (5) 3.2.2流量比值控制系统 (6) 3.3实验调试中遇到的具体问题和解决办法 (7) 第四章液位控制系统总体设计方案 (9) 4.1液位控制系统在工业上的应用 (9) 4.2液位控制系统变送器以及开关阀的选择 (10) 4.3控制算法 (11) 4.4系统控制主机的选择 (11) 4.5系统的硬件设计（单纯的逻辑控制） (13) 4.5.1 水塔液位控制系统的主电路图 (13) 4.5.2 I/O接口的分配 (13) 4.5.3 水塔液位控制系统的I/O设备 (14) 4.5.2 控制系统硬件介绍 (14) 第五章系统软件设计 (16) 5.1系统软件设计1（单纯的逻辑控制） (16) 5.1.1水塔液位控制系统的程序流程图 (16) 5.1.2 水塔液位控制系统的工作过程 (17) 5.1.3 水塔液位控制系统的梯形图 (19) 5.2系统控制的程序 (20) 5.3 加入PID控制的指令的软件程序 (20) 5.3.1PID控制系统梯形图 (21) 5.3.2PID控制系统的指令： (24) 第六章收获、体会和建议 (25) 参考文献 (26) 第一章过程控制课程设计的目的和意义 1.1课程设计的目的 本课程设计是为《过程控制仪表》课程而开设的综合实践教学环节，是对《现代检测技术》、《自动控制理论》、《过程控制仪表》、《计算机控制技术》等前期课堂学习内容的综合应用。其目的在于培养学生综合运用理论知识来分析和解决实
第1章绪论 1.1 课题背景与意义 换热设备污垢的形成过程是一个极其复杂的能量、质量和动量传递的物理化学过程，污垢的存在给广泛应用于各工业企业的换热设备造成极大的经济损失，因而污垢问题成为传热学界和工业界十分关注而又至今未能解决的难题之一。 1.1.1目的 针对“应用技术主导型”普通工科高等教育的特点，从工程创新的理念出发，以工程思维模式为主，旨在培养突出“实践能力、创新意识和创业精神”特色的、适应当前经济社会发展需要的“工程应用型人才”。 通过在模拟的实战环境中系统锻炼，使学生的学习能力、思维能力、动手能力、工程创新能力和承受挫折能力都得到综合提高。以增强就业竞争力和工作适应力。 以多功能动态实验装置为对象，成此换热设备污垢的实验装置所需检测参数的检测。 1.2污垢的研究 换热设备污垢的形成过程是一个极其复杂的能量、质量和动量传递的物理化学过程，污垢的存在给广泛应用于各工业企业的换热设备造成极大的经济损失，因而污垢问题成为传热学界和工业界十分关注而又至今未能解决的难题之一。 1.2.1污垢的形成和现状 近10年来，基于污垢形成机理认识的逐步深入，污垢的预测和模拟都取得了明显进展。然而换热设备污垢形成的影响因素众多，是在动量、能量、质量传递以及生物活动同时存在的多相、多组分流动过程中进行的，其理论基础除传热传质学外，还涉及到化学动力学、流体力学、胶体化学、热力学与统计物理、微生物学、非线性科学以及表面科学等相关学科，是一个典型的多学科交叉的高度复杂问题，因而对其机理的清晰理解和准确把握仍是一项极为艰巨的任务。在20世纪80年代中Epstein曾以矩阵形式对污垢形成过程的理论分析和实验研究作了形象的概括，指出了发展趋势；Pinhero则比较了当时已有的各预测模型，
控制仪表课程设计 说明书
摘要 煤气炉是工业生产中常见的加热设备，广泛应用于冶金、机械、建材、化工等行业，其温度控制系统常见的控制技术有PID 控制、模糊控制技术等，但由于煤气炉是一个时变的、大滞后的被控对象，且升温具有单向性，很难建立精确的数学模型。而PID 控制因其成熟、容易实现、并具有可消除稳态误差的优点，基本能够满足系统性能要求。 KMM可编程程序调节器是一种多输入/输出、多功能、多用途的数学式控制仪表。它与模拟式调节器相比，具有与模拟仪表兼容，运算，控制及通信功能丰富、通用性强、可靠性高，使用维护方便等优点，用KMM进行系统设计，只要根据控制流程图进行组态即可，经过各种运算模块的不同组态能够实现多种控制功能，如平、PID控制、前馈控制等，非常简便。用它进行控制，P、I、D参数调整方便，数字显示直观，适合于小规模生产装置的控制、显示和操作，也能够经过通信接口挂到数据通道同集散控制系统连接起来，实现中、大规模的分散控制、集中监视、操作和管理。 一总体方案设计 煤气炉是工业生产的重要装置之一，它的任务是经过煤气的燃烧，产生一个理想的温度，以供生产、生活之用。在产品的工艺加工过程中，温度对产品质量的影响很大，温度检测和控制很
重要。基于常见的单回路控制系统结构简单但控制精度较低的实际，本设计提出了基于KMM可编程控制器的串级控制系统。1、串级控制系统 1.1 串级控制系统的基本概念 串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。 前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。 整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。 一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。 主参数（主变量）：串级控制系统中起主导作用的那个被调节参数称为主参数。 副参数（副变量）：其给定值随主调节器的输出而变化，能提前反应主信号数字变化的中间参数称为副参数。