【文章內(nèi)容簡介】 示儀表組成。渦輪流量變送器包括渦輪、導流器、磁電感應轉(zhuǎn)換器、外殼及前置放大器等部分。渦輪是用高導磁系數(shù)的不銹鋼材料制成，葉輪芯上裝有螺旋形葉片，流體作用于葉片上使之旋轉(zhuǎn)。導流器用以穩(wěn)定流體的流向和支撐葉輪。磁電感應轉(zhuǎn)換器由線圈和磁鐵組成，用以將葉輪的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成相應的電信號。渦輪流量計的外殼由非導磁不銹鋼制成，用以固定和保護內(nèi)部零件，并與流體管道連接。前置放大器用以放大磁電感應轉(zhuǎn)換器輸出的微弱電信號，進行遠距離傳送。渦輪流量計的工作原理：當流體通過安裝有渦輪的管路時，流體的動能沖擊渦輪發(fā)生旋轉(zhuǎn)，流體的流速愈高，動能越大，渦輪轉(zhuǎn)速也就愈高。在一定的流量范圍和流體粘度下，渦輪的轉(zhuǎn)速和流速成正比。當渦輪轉(zhuǎn)動時，渦輪葉片切割置于該變送器殼體上的檢測線圈所產(chǎn)生的磁力線，使檢測線圈磁電路上的磁阻周期性變化，線圈中的磁通量也跟著發(fā)生周期性變化，檢測線圈產(chǎn)生脈沖信號，即脈沖數(shù)。其值與渦輪的轉(zhuǎn)速成正比，也即與流量成正比。這個電訊號經(jīng)前置放大器放大后，即送入電子頻率儀或渦輪流量積算指示儀，以累積和指示流量。渦輪流量計的實用流量方程為 () () 式中、—分別為體積流量，m3/s，質(zhì)量流量，kg/s；f—流量計輸出信號的頻率Hz；K—流量計的儀表系數(shù)，P/m3。優(yōu)點:(1) 測量精度高,，%，～；(2) 對被測信號變化的反應快，若被測介質(zhì)為水，渦輪流量計的時間常數(shù)一般只有幾毫秒到幾十毫秒，因此特別適用于對脈動流量的測量；(3)重復性好；(4)無零點漂移,抗干擾能力好；(5)范圍度寬；(6)結(jié)構(gòu)緊湊。缺點:(1)不能長期保持校準特性；(2)流體物性對流量特性有較大影響。（5）電磁流量計電磁流量計有一系列優(yōu)良特性,可以解決其它流量計不易應用的問題,如臟污流、腐蝕流的測量。電磁流量計是根據(jù)法拉弟電磁感應定律設(shè)計的，在測量管軸線和磁場磁力線相互垂直的管壁上安裝一對檢測電極，當導電液體沿測量管在交變磁場中。與磁力線成垂直方向運動時，導電液體切割磁力線產(chǎn)生感應電勢，此感應電勢由測量管上的兩個檢測電極檢出．。用下列公式表示： () 式中：—感應電動勢；—與磁場分布及軸向有關(guān)的系數(shù)；—磁感應強度；—導電液體平均流速；—管道內(nèi)徑，即切割磁力線的導體長度。優(yōu)點:(1)測量通道是段光滑直管,不會阻塞,適用于測量含固體顆粒的液固二相流體,如紙漿、泥漿、污水等；(2)不產(chǎn)生流量檢測所造成的壓力損失,節(jié)能效果好；(3)所測得體積流量實際上不受流體密度、粘度、溫度、壓力和電導率變化的明顯影響；(4)流量范圍大,口徑范圍寬；(5)可應用腐蝕性流體。缺點:(1)不能測量電導率很低的液體,如石油制品；(2)不能測量氣體、蒸汽和含有較大氣泡的液體；(3)不能用于較高溫度。二、液位檢測轉(zhuǎn)換元件：（1）浮力式液位計浮力液位計是根據(jù)阿基米德原理工作的，即液體對一個物體浮力的大小，等于物體所排開液體的重量。浮力式液位計可分為兩種：一種為恒浮力式液位計，在整個測量過程中其浮力維持不變（如浮標式、浮球式等液位計），在工作時浮標隨液位高低而變化；另一種為變浮力式液位計（如沉筒式液位計），它根據(jù)浮筒在液體內(nèi)浸沒的深度不同而所受浮力不同來測量液位。[1]，浮標置于被測介質(zhì)中，為了平衡浮標的重量，設(shè)有平衡錘、浮標，指針與平衡錘用鋼絲繩連接。當液位變化時，浮標隨著浮動，通過指針便可直接指示出液位高度。如果把浮標的位移轉(zhuǎn)換為電量的變化，則可以進行液位的遠距離指示或記錄。（2）靜壓式液位計對于不可壓縮的液體，液位高度與液體的靜壓力成正比，所以測出液體的靜壓力，即可知道液體的高度。[1]。壓力計與容器的底部相連，根據(jù)壓力計指示的壓力大小，即可知道液位的高度，其關(guān)系為 ()式()中，H是液位的高度；是液體重度；是容器內(nèi)取壓平面上的靜壓力。（3）電容式液位計在平行板電容之間充以不同的介質(zhì)時，其電容量的大小是不同的。所以，可以用測量電容量的變化來檢測液位或兩種不同介質(zhì)的液位分界面?？衫貌迦肴萜髦械囊桓鶎Ь€與容器壁作為兩個電極來測量液位，其總電容量為 ()式()中，K是常數(shù)，與電極的尺寸、形狀有關(guān)；是被測液體的介電系數(shù)；是氣體的介電系數(shù)；是電極總高度。在實際應用中，電極的尺寸、形狀已定，介電系數(shù)是基本不變的。所以，測量電容量的變化就可知道液位的高低。當電極幾何形狀及尺寸一定時，、相差愈大，則儀表靈敏度愈高；如果介電常數(shù)、發(fā)生變化，則會使測量結(jié)果產(chǎn)生誤差。[1]電容量的變化可以用高頻交流電橋等來測量。，交流電橋由AB、BC、CD、DA四個橋臂組成，高頻電源E經(jīng)電感LL4耦合到LL3，與CC2組成的電橋。AB為可調(diào)橋臂，R1C1可用來調(diào)整儀表的零點，使橋路平衡（此時AC中沒有電流輸出）。DA為測量橋臂，利用開關(guān)S來檢測儀表的工作情況。工作時，利用開關(guān)S將被測電容CX接入測量橋臂。當要檢查儀表時，將開關(guān)S按下，使電容C2接入橋臂。若儀表工作正常，毫安表應指示在某一定值，當橋臂阻抗ZABZCD=ZBCZDA時，電橋處于平衡狀態(tài)，電橋沒有輸出電流。當被測液位電容CX因液位變化而變化時，電橋平衡狀態(tài)被破壞，不平衡電流經(jīng)二極管VD整流后，由毫安表指示輸出電流值，此值即反映了液位的高度。各種液位檢測儀表都有其特點和適用范圍，選擇時必須考慮測量范圍、測量精度、被測介質(zhì)的物理化學性質(zhì)、環(huán)境操作條件、容器結(jié)構(gòu)形狀等因素。在液位檢測中最常用的就是靜壓式和浮力式測量方法，但必須在容器上開孔安裝引壓管或在介質(zhì)中插入浮筒，因此在介質(zhì)為高粘度或者易燃易爆場合不能使用這種方法。三、適合本系統(tǒng)的檢測轉(zhuǎn)換元件 本系統(tǒng)流量檢測轉(zhuǎn)換元件為渦輪流量計，而液位檢測轉(zhuǎn)換元件為靜壓式液位計。 執(zhí)行元件的選擇、性能參數(shù)本系統(tǒng)所使用實驗裝置可用提升泵或電磁閥作為執(zhí)行機構(gòu)。提升泵用來控制進水流量，而電磁閥可用來改變出水流量，產(chǎn)生干擾。一、提升泵提升泵為交流異步電動機構(gòu)成。當系統(tǒng)運行時，由調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差產(chǎn)生相應電壓輸送給變頻器，變頻器將一定頻率信號輸送給提升泵，從而改變其轉(zhuǎn)速，使流量發(fā)生變化。本實驗裝置所使用提升泵的性能參數(shù)如下：最大揚程：40m最大流量：吸程：8m二、電磁閥電磁閥理想流量特性為線性。其中，Q/Qmax為相對流量，即調(diào)節(jié)閥某一開度流量Q與全開流量Qmax之比；l/L為相對開度，即調(diào)節(jié)閥某一開度行程l與全行程L之比。Q/Qmax(%)l/L(%) 測試廣義對象的響應曲線并辨識其傳遞函數(shù)一、廣義對象示意圖液位廣義對象由水箱液位、變頻器、提升泵、差壓液位傳感器和變送器組成。流量廣義對象由變頻器、提升泵、流量、渦輪流量變送器組成。水泵變頻器流量調(diào)節(jié)器流量測量變送器液位對象△U儲水箱液位調(diào)節(jié)器液位測量變送器△f二、測試步驟 (1)接通進水管道的手動閥，保證進水暢通。打開出水通道的閥門。其余閥門關(guān)閉。(2)接通實驗裝置的電源，啟動計算機，保證計算機與實驗裝置通信正常。(3)進入計算機中組態(tài)軟件（已編制好控制程序的）的液位(流量)控制的界面，待液位處于平衡狀態(tài)時（初始為零），通過組態(tài)軟件的設(shè)定功能改變變頻器的頻率，改變幅度為20Hz或30Hz或40Hz。(4)觀察液位(流量)變化曲線并記錄。(5)做完一次實驗后，放掉水箱里的水使液位回復到初始零位置，再做第二次實驗。(6)由響應曲線辨識出廣義對象的傳遞函數(shù)三、廣義流量對象的階躍響應曲線：，可用下式進行擬合： ()上式中表示該傳遞函數(shù)為副變量傳遞函數(shù)，、為對應的增益和時間常數(shù)。 ()對應2%的誤差帶，： ()所以 ()則 ()四、廣義液位對象的階躍響應曲線，可用下式進行擬合： ()上式中表示該傳遞函數(shù)為主變量的傳遞函數(shù)，、分別為對應的增益和時間常數(shù)。在遠小于的情況下，可將式()改為： () ()對應5%的誤差帶，： ()所以 ()所以 ()式()所示為液位在自吸泵的作用下的傳遞函數(shù)，自吸泵通過流量而操縱液位，液位在流量作用下的傳遞函數(shù)可用下式表示：()167。 不加校正裝置的控制系統(tǒng)的性能分析 基本控制系統(tǒng)的方框圖液位調(diào)節(jié)器流量調(diào)節(jié)器執(zhí)行機構(gòu)流量對象液位對象流量變送器液位變送器 未加校正裝置的閉環(huán)控制系統(tǒng)的方框圖系統(tǒng)未加校正，即未加入控制規(guī)律時， 中、的傳遞函數(shù)均為1，此時它們都不起控制作用。 所示。 1１1１可計算出此時系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為： 未加校正的控制系統(tǒng)的仿真計算一、仿真計算程序在MATLAB