槽内溢流孔经管道流出。 5 6 图2过程量测量和控制实验平台 液位管L1液位计 电动调节阀 下3电破 P1压力 流量计 变送器1 街流量计 水泵 孔板流量计玻璃观察窗 /P1压力 P压力 热棒 变送器2 变送器3 T1温度变送器 图3实验装置台 四、实验用主要仪器设备、数量 实验设备名称 型号规格 数量 备注 安装PCI9112数采卡和 计算机 1 及相关实验操作软件 含电源、继电器等电力 控制柜 1 器件 水泵 1 包括电机 储水箱 1 -4-
- 4 - 槽内溢流孔经管道流出。 图 2 过程量测量和控制实验平台 图 3 实验装置台 四、 实验用主要仪器设备、数量 实验设备名称 型号规格 数量 备注 计算机 --- 1 安装PCI9112数采卡和 及相关实验操作软件 控制柜 --- 1 含电源、继电器等电力 器件 水泵 --- 1 包括电机 储水箱 --- 1
恒压槽 800*800*800 1 包括溢流槽、液位管 手动阀门 - 10 -- 电动阀门 -- 2 导波雷达液位计 FMP40-APP2CRJB212A 1 电磁流量计 10W50-ULOA1AA0C4AA 1 涡街流量计 72F50-SK0BA1AAC4AW 1 -- 差压式流量计 PMD75-ABB7F21BAAA 1 压力变送器 PMC71-ABB1H2GEAAA 3 Pt100温度变送 TMT142-A22331AAA1 1 器 电阻式加热棒* 功率750瓦-- 3 变频器 VS-606V7 可控硅触发器 KY3-D 3 可控硅 MTC-55A-16 9 -- -5
- 5 - 恒压槽 800*800*800 1 包括溢流槽、液位管 手动阀门 --- 10 --- 电动阀门 --- 2 --- 导波雷达液位计 FMP40-APP2CRJB212A 1 --- 电磁流量计 10W50-UL0A1AA0C4AA 1 --- 涡街流量计 72F50-SK0BA1AAC4AW 1 --- 差压式流量计 PMD75-ABB7F21BAAA 1 --- 压力变送器 PMC71-ABB1H2GEAAA 3 --- Pt100温度变送 器 TMT142-A22331AAA1 1 --- 电阻式加热棒* 功率750瓦--- 3 --- 变频器 VS-606V7 1 --- 可控硅触发器 KY3-D 3 --- 可控硅 MTC-55A-16 9 ---
五实验原理、原始计算数据和应用的公式 5.1仪表原理 5.1.1电磁流量计（以下简称EMF) EMF是利用法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。 EMF的基本原理是法拉第电磁感应定律，即导体在磁场中切割磁力线运动时在其 两端产生感应电动势。导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动，与流动 方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势，电动势的方向按“弗来明右手规 则”。应用于测量电导率≥50uS/cm的液体流量，如饮用水、废水、污水和污泥。 本次实验选用的10W50-UL0A1AA0C4AA型号电磁流量计。 5.1.2涡街流量计（以下简称VSF) 在特定的流动条件下，一部分流体动能转化为流体振动，其振动频率与流速（流 量)有确定的比例关系，依据这种原理工作的流量计称为流体振动流量计。目前 流体振动流量计有三类：涡街流量计(VSF)、旋进（旋涡进动）流量计和射流流 量计。 VSF是在流体中安放一根（或多根）非流线型阻流体(bluff body),流体在阻 流体两侧交替地分离释放出两串规则的旋涡，在一定的流量范围内旋涡分离频率 正比于管道内的平均流速，通过采用各种形式的检测元件测出旋涡频率就可以推 算出流体的流量。 本实验选用的E+H公司72F50-SK0BA1AAC4AW型号涡街流量计适用于水 和污水的流量测量，化工、石化、电厂和供热系统及其它工业领域，测量气体、 蒸汽和液体的体积流量。 5.1.3差压式流量计（以下简称DPF) DP℉根据安装于管道中流量检测件产生的差压、已知的流体条件和检测件与管 道的几何尺寸来测量流量的仪表。DP℉由一次装置（检测件）和二次装置（差压转换 和流量显示仪表)组成。通常以检测件的型式对DP℉分类，如孔扳流量计、文丘里 管流量计及均速管流量计等。二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计， 差压变送器和流量显示及计算仪表，它已发展为三化（系列化、通用化及标准化） 程度很高的种类规格庞杂的一大类仪表。 差压计既可用于测量流量参数，也可测量其他参数（如压力、物位、密度等）。 本文选用E+H公司的PMD75-ABB7F21BAAA型号传感器应用范围主要有：气 体、蒸汽和液体流量（体积或质量流量），液体的物位、体积或质量流量测量， -6-
- 6 - 五 实验原理、原始计算数据和应用的公式 5.1 仪表原理 5.1.1 电磁流量计（以下简称 EMF） EMF 是利用法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。 EMF 的基本原理是法拉第电磁感应定律，即导体在磁场中切割磁力线运动时在其 两端产生感应电动势。导电性液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动，与流动 方向垂直的方向上产生与流量成比例的感应电势，电动势的方向按“弗来明右手规 则”。应用于测量电导率≥50μS/cm 的液体流量，如饮用水、废水、污水和污泥。 本次实验选用的 10W50-UL0A1AA0C4AA 型号电磁流量计。 5.1.2 涡街流量计（以下简称 VSF） 在特定的流动条件下，一部分流体动能转化为流体振动，其振动频率与流速（流 量）有确定的比例关系，依据这种原理工作的流量计称为流体振动流量计。目前 流体振动流量计有三类：涡街流量计（VSF）、旋进（旋涡进动）流量计和射流流 量计。 VSF 是在流体中安放一根（或多根）非流线型阻流体（bluff body），流体在阻 流体两侧交替地分离释放出两串规则的旋涡，在一定的流量范围内旋涡分离频率 正比于管道内的平均流速，通过采用各种形式的检测元件测出旋涡频率就可以推 算出流体的流量。 本实验选用的 E+H 公司 72F50-SK0BA1AAC4AW 型号涡街流量计适用于水 和污水的流量测量，化工、石化、电厂和供热系统及其它工业领域，测量气体、 蒸汽和液体的体积流量。 5.1.3 差压式流量计(以下简称 DPF) DPF 根据安装于管道中流量检测件产生的差压、已知的流体条件和检测件与管 道的几何尺寸来测量流量的仪表。DPF 由一次装置(检测件)和二次装置(差压转换 和流量显示仪表)组成。通常以检测件的型式对 DPF 分类，如孔扳流量计、文丘里 管流量计及均速管流量计等。二次装置为各种机械、电子、机电一体式差压计， 差压变送器和流量显示及计算仪表，它已发展为三化(系列化、通用化及标准化) 程度很高的种类规格庞杂的一大类仪表。 差压计既可用于测量流量参数，也可测量其他参数(如压力、物位、密度等)。 本文选用 E+H 公司的 PMD75-ABB7F21BAAA 型号传感器应用范围主要有：气 体、蒸汽和液体流量（体积或质量流量），液体的物位、体积或质量流量测量
过滤器和泵的差压监测。 5.1.4雷达液位计 雷达液位计采用发射一反射一接收的工作模式。雷达液位计的天线发射出电磁 波，这些波经被测对象表面反射后，再被天线接收，电磁波从发射到接收的时间 与到液面的距离成正比。 天线接收反射的微波脉冲并将其传输给电子线路，微处理器对此信号进行处 理，识别出微脉冲在物料表面所产生的回波。正确的回波信号识别由智能软件完 成，精度可达到毫米级。如图4所示，距离物料表面的距离D与脉冲的时间行程 T成正比： 20mA 100% E D 4mA 0% 图4雷达液位计截面图 D=C×T/2 其中C为光速 因空罐的距离E已知，则物位L为： L=E-D 雷达液位计记录脉冲波经历的时间，而电磁波的传输速度为常数，则可算出液 面到雷达天线的距离，从而知道液面的液位。 通过输入空罐高度E(=零点)，满罐高度F(=满量程)等参数来进行标定， 对应于4一20mA输出。 5.1.5压力变送器 压力变送器是一种能感受压力，并将压力信号转换成可传递的统一输出信号的 仪表，而且其输出信号与压力信号之间有一给定的连续线性函数关系。[17刀 -7
- 7 - 过滤器和泵的差压监测。 5.1.4 雷达液位计 雷达液位计采用发射—反射—接收的工作模式。雷达液位计的天线发射出电磁 波，这些波经被测对象表面反射后，再被天线接收，电磁波从发射到接收的时间 与到液面的距离成正比。 天线接收反射的微波脉冲并将其传输给电子线路，微处理器对此信号进行处 理，识别出微脉冲在物料表面所产生的回波。正确的回波信号识别由智能软件完 成，精度可达到毫米级。如图 4 所示，距离物料表面的距离 D 与脉冲的时间行程 T 成正比： 图 4 雷达液位计截面图 D=C×T/2 其中 C 为光速 因空罐的距离 E 已知，则物位 L 为： L=E-D 雷达液位计记录脉冲波经历的时间，而电磁波的传输速度为常数，则可算出液 面到雷达天线的距离，从而知道液面的液位。 通过输入空罐高度 E（=零点），满罐高度 F（=满量程）等参数来进行标定， 对应于 4－20mA 输出。 5.1.5 压力变送器 压力变送器是一种能感受压力，并将压力信号转换成可传递的统一输出信号的 仪表，而且其输出信号与压力信号之间有一给定的连续线性函数关系。[17]
压力变送器从一般意义上往往指压力变送器和差压变送器，主要由测压元件传 感器、测量电路和过程连接件等组成。它能将接收的气体、液体等压力信号转变 成标准的电流信号(4~20mADC),以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表 进行测量、指示和过程调节。 压力变送器根据测压范围可分成一般压力变送器(0.001MPa~20MP3)和微 差压变送器(0~1.5kPa),负压变送器三种。 压力变送器的主要作用：把压力信号传到电子设备，进而在计算机显示压力。 本实验用到E+HPMC71-ABB1H2 GEAAA压力变送器主要应用于：测量各种 场合下气体、蒸汽或液体的的绝压和表压，对液体的物位、体积或质量测量。 5.2控制系统原理框图 5.2.1液位控制 + 三相供电频率 设定液位 实际液位 控制算法 变频电机 水泵 数采卡 5.2.2温度控制 设定温度+ 水温 PID控制算法 →可控硅控制器 加热棒 Pt100温度变送器 5.2.3流量控制 -8-
- 8 - 压力变送器从一般意义上往往指压力变送器和差压变送器，主要由测压元件传 感器、测量电路和过程连接件等组成。它能将接收的气体、液体等压力信号转变 成标准的电流信号(4~20mADC)，以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表 进行测量、指示和过程调节。 压力变送器根据测压范围可分成一般压力变送器（0.001MPa～20MP3）和微 差压变送器（0～1.5kPa），负压变送器三种。 压力变送器的主要作用: 把压力信号传到电子设备，进而在计算机显示压力。 本实验用到 E+H PMC71-ABB1H2GEAAA 压力变送器主要应用于： 测量各种 场合下气体、蒸汽或液体的的绝压和表压，对液体的物位、体积或质量测量。 5.2 控制系统原理框图 5.2.1 液位控制 设定液位 变频电机 数采卡 控制算法 + _ 三相供电频率 实际液位 水泵 5.2.2 温度控制 5.2.3 流量控制