【正文】 值得一提的是，由于該傳感器中浮球與磁尺類似，所以該傳感器能和磁尺配合使用。但測(cè)量精度不高，一般廠家標(biāo)稱的誤差都在10mm到20mm之間。當(dāng)液位計(jì)測(cè)量管中的浮子隨被測(cè)液位變化時(shí)，浮子中的磁性體與顯示條上顯示色標(biāo)中的磁性體作用，使其翻轉(zhuǎn)，紅色表示有液，白色表示無(wú)液，以達(dá)到就地準(zhǔn)確顯示液位的目的。 4. 磁翻板式液位計(jì) 磁翻板式液位計(jì)是以磁性浮子為感應(yīng)元件，并通過(guò)磁性浮子與顯示色條中磁性體的耦合作用，反映被測(cè)液位或界面的測(cè)量?jī)x表。 磁浮子傳感器最大的特點(diǎn)就是精度不高，某廠家產(chǎn)品的一組數(shù)據(jù)為：測(cè)量范圍L,當(dāng)500L1000時(shí)，%，當(dāng)L1000時(shí)，%.測(cè)量范圍主要集中在4m以下。 3. 浮球式液位（界面）傳感器 此類傳感器的工作基于浮子的浮力及磁性原理。 2．超聲波液位傳感器 原理與雷達(dá)液位傳感器相同，只是相對(duì)雷達(dá)的電磁波，超聲波液位傳感器是利用空氣的聲納原理，發(fā)射和接受的是一種超聲波。缺點(diǎn)主要是精度不夠高，在短量程方面有暗區(qū)，由于電磁波不能受到干擾，安裝時(shí)應(yīng)避免障礙物，同時(shí)也應(yīng)避免溫度等因數(shù)對(duì)電磁波的影響。雷達(dá)液位傳感器的天線發(fā)射出電磁波，這些波經(jīng)被測(cè)對(duì)象表面反射后，再被天線接收，電磁波從發(fā)射到接收的時(shí)間與到液面的距離成正比。第二類為非接觸式，分為超聲波液位變送器，雷達(dá)液位變送器等。液位的傳遞函數(shù): H(S)Qi(s)=2H0k2H0kFs+1 ()3 過(guò)程儀表的選擇 液位傳感器（靜壓液位計(jì)／液位變送器／液位傳感器／水位傳感器）是一種測(cè)量液位的壓力傳感器．靜壓投入式液位變送器（液位計(jì)）是基于所測(cè)液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，采用國(guó)外先進(jìn)的隔離型擴(kuò)散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)（一般為4～20mA／１～５ＶＤＣ）?，F(xiàn)在分析水位在電磁閥開度擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性。本次設(shè)計(jì)為流量回路控制，即為閉環(huán)控制系統(tǒng)， 液位單回路控制系統(tǒng)框圖 控制系統(tǒng)的總體方框圖及工作過(guò)程 被控對(duì)象的工作原理、傳遞函數(shù)及理論推導(dǎo)如下：，Qi為入口流量，由調(diào)節(jié)閥開度μ加以控制，出口流量則由電磁閥控制產(chǎn)生干擾。若還需要（即水位過(guò)低），則通過(guò)電磁閥控制流量的大小，加大流量，從而使下水箱水位達(dá)到合適位置；若不需要（即水位過(guò)高或剛好合適），則通過(guò)電磁閥使流量保持或減小。在本次控制系統(tǒng)中控制器為計(jì)算機(jī)，采用算法為PID控制規(guī)律，調(diào)節(jié)器為電磁閥，測(cè)量變送為HB、FT兩個(gè)組成，被控對(duì)象為流量PV。雖然計(jì)算機(jī)控制是非連續(xù)的，但由于計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度越來(lái)越快，因此用數(shù)字PID完全可代替模擬調(diào)節(jié)器，并且能得到比較滿意的效果。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)易于調(diào)整，在長(zhǎng)期的應(yīng)用中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。 本設(shè)計(jì)采用的是工業(yè)控制中最常用的PID控制規(guī)律，內(nèi)環(huán)與外環(huán)的控制算法采用PID算法，PID算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，控制效果好，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，外環(huán)PID的輸出作為內(nèi)環(huán)的輸入，內(nèi)環(huán)跟隨外環(huán)的輸出。內(nèi)環(huán)與外環(huán)的控制算法均采用PID算法，PID算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，控制效果好，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。一般情況下，流量是影響液位的主要因素，其時(shí)間常數(shù)較小，將它納入副回路進(jìn)行控制，不僅有效地克服了流量對(duì)液位造成的干擾，而且使系統(tǒng)工作頻率提高，能夠?qū)σ何粚?shí)行較快的控制。液位的時(shí)間常數(shù)T一般很大，因此有很大的容積遲延，如果用單回路控制系統(tǒng)來(lái)控制，可能無(wú)法達(dá)到較好的控制質(zhì)量。為此，需要在單回路的基礎(chǔ)上，采取其它措施，組成復(fù)雜控制系統(tǒng)，而串級(jí)控制系統(tǒng)就是其中一種改善和提高控制品質(zhì)的極為有效的控制系統(tǒng)。但有些調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性雖然并不復(fù)雜，但控制的任務(wù)卻比較特殊，則單回路控制系統(tǒng)就無(wú)能為力了。 2 系統(tǒng)控制方案 控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的重要意義 單回路控制系統(tǒng)是過(guò)程控制中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種形式，它只用一個(gè)調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器也只有一個(gè)輸入信號(hào)，從系統(tǒng)方框圖看，只有一個(gè)閉環(huán)。 （3）根據(jù)與計(jì)算機(jī)串行通訊的需要，正確選用RS485/RS232轉(zhuǎn)換與通訊模塊。 設(shè)計(jì)要求 （1）根據(jù)液位流量串級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)的具體對(duì)象和控制要求，獨(dú)立設(shè)計(jì)控制方案，正確選用過(guò)程儀表。液位和流量是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中最常用的兩個(gè)測(cè)控參數(shù)，因此本課程設(shè)計(jì)課題具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。因此，串級(jí)控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量一般都比單回路控制系統(tǒng)好，而且串級(jí)控制系統(tǒng)利用一般常規(guī)儀表就能夠?qū)崿F(xiàn)，所以，串級(jí)控制是一種易于實(shí)現(xiàn)且效果又較好的控制方法。在單回路控制方案基礎(chǔ)上提出的串級(jí)控制方案，則對(duì)提高過(guò)程控制的品質(zhì)有極為明顯的效果?；诮M態(tài)軟件的串級(jí)液位流量控制系統(tǒng) 1概述 隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程向著大型、連續(xù)和強(qiáng)化方向發(fā)展，對(duì)控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)提出了日益增長(zhǎng)的要求。在這種情況下，簡(jiǎn)單的單回路控制已經(jīng)難以滿足一些復(fù)雜的控制要求。串級(jí)控制系統(tǒng)具有單回路控制系統(tǒng)的全部功能，而且還具有許多單回路控制系統(tǒng)所沒有的優(yōu)點(diǎn)。 本課程設(shè)計(jì)課題討論了一個(gè)簡(jiǎn)單的液位流量串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及步驟。 設(shè)計(jì)的目的 通過(guò)課程設(shè)計(jì)，加深對(duì)所學(xué)傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制原理、轉(zhuǎn)換技術(shù)以及過(guò)程控制的基本原理等基本原理、基本知識(shí)的理解和應(yīng)用，掌握串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和方法，掌握工程整定參數(shù)方法，培養(yǎng)運(yùn)用組態(tài)軟件和計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)的實(shí)際能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，增強(qiáng)動(dòng)手能力，為今后工作打下一定的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。 （2）根據(jù)液位流量串級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)A/D、D/A和開關(guān)I/O的需要，正確選用過(guò)程模塊。（4）運(yùn)用組態(tài)軟件，正確設(shè)計(jì)液位流量串級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)的組態(tài)圖、組態(tài)畫面和組態(tài)控制程序。在大多數(shù)情況下，這種簡(jiǎn)單系統(tǒng)已經(jīng)能夠滿足工藝生產(chǎn)的要求。另外，隨著生產(chǎn)過(guò)程向著大型、連續(xù)和強(qiáng)化方向發(fā)展，對(duì)操作條件要求更加嚴(yán)格，參數(shù)間相互關(guān)系更加復(fù)雜，對(duì)控制系統(tǒng)的精度和功能提出許多新的要求，對(duì)能源消耗和環(huán)境污染也有明確的限制。 液位和流量是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中最常用的兩個(gè)參數(shù)，對(duì)液位和流量進(jìn)行控制的裝置在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的十分普遍。而串級(jí)控制系統(tǒng)可以用一般常規(guī)儀表來(lái)實(shí)現(xiàn)，成本增加也不大，卻可以起到十分明顯的提高控制質(zhì)量的效果，因此往往采用串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)液位進(jìn)行控制。 在本系統(tǒng)中被控參量有兩個(gè)，上水箱液位和管道流量，這兩個(gè)參量具有相關(guān)聯(lián)系，流量的大小可以影響上水箱液位，根據(jù)流量與液位的關(guān)系，故系統(tǒng)采用串級(jí)控制，內(nèi)環(huán)為流量控制，外環(huán)為液位控制。外環(huán)液位控制器的輸出作為內(nèi)環(huán)流量控制器的設(shè)定值，流量控制器的輸出來(lái)控制調(diào)節(jié)閥的大小，來(lái)控制管道流量的大小，進(jìn)而控制上水箱液位。在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。其主要特點(diǎn)是： (1)技術(shù)成熟；PID調(diào)節(jié)是連續(xù)系統(tǒng)理論中技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的控制方法，它的結(jié)構(gòu)靈活，不僅可實(shí)現(xiàn)常規(guī)的PID調(diào)節(jié)，而且還可根據(jù)系統(tǒng)的要求，采用PI、PD、帶死區(qū)的PID控制等； (2)不需求出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型； (3)控制效果好。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 整個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)由控制器、調(diào)節(jié)器、測(cè)量變送、被控對(duì)象組成。 當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，水泵開始抽水，通過(guò)管道分別將水送到上水箱和下水箱，由HB返回信號(hào)，是否還需要放水到下水箱。 控制系統(tǒng)框圖 過(guò)程控制系統(tǒng)由四大部分組成，分別為控制器、調(diào)節(jié)器、被控對(duì)象、測(cè)量變送。被調(diào)量為水箱中的水位H,它反映水的流入與流出量之間的平衡關(guān)系。顯然，在任何時(shí)刻水位的變化均滿足下述物料平衡方程：dHdT=1F(QiQo) ()其中 Qi=Kuu () Qo=kH （）F為水箱的橫截面積；Ku是決定于閥門特性的系數(shù)，可以假定它是常數(shù)；k是與電磁閥開度有關(guān)的系數(shù)，在固定不變的開度下，k可視為常數(shù)。 它分為兩類：一類為接觸式，包括單法蘭靜壓/雙法蘭差壓液位變送器，浮球式液位變送器，磁性液位變送器，投入式液位變送器，電動(dòng)內(nèi)浮球液位變送器，電動(dòng)浮筒液位變送器，電容式液位變送器，磁致伸縮液位變送器，侍服液位變送器等。 常見幾種液位傳感器的比較 原理：D=LCT/2 雷達(dá)液位傳感器發(fā)射—反射—接收的工作模式。 該類型傳感器一般絕對(duì)誤差在2mm左右，由于其非接觸的測(cè)量原理相對(duì)磁尺來(lái)說(shuō)對(duì)被測(cè)介質(zhì)范圍就比較廣，液體，固體（物位）都可以。另外在界面方面，特別是密度相差不是很大界面方面，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如磁尺方便準(zhǔn)確。從性能上來(lái)說(shuō)，超聲波比雷達(dá)具有更穩(wěn)定的性能。當(dāng)浮子隨著液位（界面）上下浮動(dòng)，浮子內(nèi)永磁體的磁力作用于導(dǎo)管內(nèi)的干簧管，使相應(yīng)高度的干簧管閉合，得到正比于液位的電壓信號(hào)，經(jīng)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成4~。相對(duì)來(lái)講，在界面測(cè)量方面有很穩(wěn)定的性能。磁浮子式液位計(jì)和被測(cè)容器形成連通器，保證被測(cè)量容器與測(cè)量管體間的液位相等。 此類傳感器具有顯示直觀醒目、不需電源，安裝方便可靠，維護(hù)量小，維修費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)，是玻璃管、玻璃板液位計(jì)的升級(jí)換代產(chǎn)品。如果需要把現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳還需要加一個(gè)相應(yīng)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳變送器，如下圖所示。這樣，磁翻板就起到現(xiàn)場(chǎng)顯示作用，而磁尺則起到變送遠(yuǎn)傳的功能。而一般的遠(yuǎn)傳變送器的原理是將開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的模擬量的輸出。凡此兩類傳感器主要特點(diǎn)就是精度不高，同時(shí)由于磁性原理也需要在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)注意一些干擾。 此類傳感器由于其原理決定，實(shí)際中根據(jù)被測(cè)介質(zhì)的導(dǎo)電屬性來(lái)選擇各種不同的測(cè)量探頭。由于電容原理的一些特殊性，相比磁尺來(lái)講在穩(wěn)定性方面還是有一定的距離。靜壓式液位計(jì)的探頭構(gòu)造是一個(gè)不銹鋼筒芯，底部帶有膜片，并由一個(gè)帶孔的塑料外殼罩住。 靜壓式液位計(jì)的技術(shù)優(yōu)勢(shì) 靜壓式液位計(jì)最大200m量程，不銹鋼探頭、陶瓷隔膜、橡膠密封，長(zhǎng)期穩(wěn)定性≤%/年，防爆型可選。 工作原理 靜壓式液位計(jì)　CBM－2100　CBM－2700靜壓式液位計(jì)（靜壓液位計(jì)/液位變送器/液位傳感器/水位傳感器）是一種測(cè)量液位的壓力傳感器．靜壓式液位計(jì)（液位計(jì)）是基于所測(cè)液體靜壓與該液體的高 NIVELCO投入靜壓式液位計(jì)度成比例的原理，采用國(guó)外先進(jìn)的隔離型擴(kuò)散硅敏感元件或陶瓷電容壓力敏感傳感器，將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)（一般為4～20mA/1～5VDC）。精巧的結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單的調(diào)校和靈活的安裝方式為用戶輕松地使用提供了方便。 用靜壓測(cè)量原理： 當(dāng)液位變送器投入到被測(cè)液體中某一深度時(shí)，傳感器迎液面受到的壓力公式為：P = ρgh+ P0 式中：P:變送器迎液面所受壓力 ρ：被測(cè)液體密度