液位檢測與控制實驗 浙江大學 過程控制基礎及實驗

液位檢測與控制實驗一、實驗目的通過實驗了解液位測量的基本方法、工作原理及使用與校驗方法儀表誤差分析方法了解差壓變送器ST3000的工作原理及使用方法了解零點遷移、滿度調(diào)校等基本概念了解工業(yè)觸摸屏的工作原理熟悉一階對象的數(shù)學模型及其階躍響應曲線根據(jù)由實際測得的單容水箱液位的階躍響應曲線，用相關(guān)的方法分別確定模型參數(shù)二、實驗器材CS1000液位檢測實驗裝置、差壓變送器ST3000、AI808智能調(diào)節(jié)儀、工業(yè)觸摸屏三、實驗原理CS1000型液位檢測實驗裝置對象系統(tǒng)包含有：有機玻璃上水箱、不銹鋼儲水箱。系統(tǒng)動力支路：由循環(huán)水泵、電動調(diào)節(jié)閥組成；裝置檢測變送和執(zhí)行元件有：差壓變送器ST3000、Y-100壓力表、電動調(diào)節(jié)閥等。本次實驗使用ST3000差壓變送器來檢測液位高度，并與實際液位標尺值進行比較，求出ST3000差壓變送器的測量精度等性能指標。差壓變送器的工作原理：當被測介質(zhì)（液體）的壓力作用于傳感器時，壓力傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)歸一化差分放大和輸V/A電壓、電流轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成與被測介質(zhì)（液體）的液位壓力成線性對應關(guān)系的4~20mA標準電流輸出信號。接線如圖1所示。圖1差壓變送器接線圖CS1000裝置的控制系統(tǒng)采用的是具有人工智能算法及通訊接口的AI808智能調(diào)節(jié)儀，上位機選擇的是MCGS觸摸屏。上位機MCGS觸摸屏通過RS232/485轉(zhuǎn)換裝置同AI808儀表側(cè)部的RS485串行接口進行通訊。學生可以直接通過AI808控制器面板上的操作按鈕直接設定SV、PID等調(diào)節(jié)參數(shù)，也可以通過上位機MCGS觸摸屏遠程控制AI808控制器，修改AI808控制器的控制參數(shù)。通過運行觸摸屏組態(tài)文件還可以觀察被控參數(shù)的實時曲線、歷史曲線，SV設定值、PV測量值、OP輸出值、各實驗都設有動態(tài)流程圖、及被測參數(shù)動態(tài)顯示及變化棒圖顯示系統(tǒng)流程圖。觸摸屏的組態(tài)文件可以根據(jù)實際需要自行編輯、下載，非常方便。單容水箱系統(tǒng)如圖2所示

圖2單容水箱系統(tǒng)示意圖階躍響應測試法是系統(tǒng)在開環(huán)運行條件下，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，通過調(diào)節(jié)器或其他操作器，手動改變對象的輸入信號（階躍信號），同時記錄對象的輸出數(shù)據(jù)或階躍響應曲線。然后根據(jù)已給定對象模型的結(jié)構(gòu)形式，對實驗數(shù)據(jù)進行處理，確定模型中各參數(shù)。四、實驗內(nèi)容和步驟將儲水箱加滿水，打開儲水箱與水泵之間的手柄閥，關(guān)閉通往水箱的回水手閥和調(diào)節(jié)閥旁路閥門，保持儲水箱至液位水箱管路暢通。觀察裝置，記錄ST3000的豎直位置。打開控制箱“總電源”、“儀表”、“觸摸屏”電源開關(guān)。4?點擊MCGS觸摸屏上“液位特性實驗”進入實驗畫面，如下圖:MCGS觸摸屏和AI808儀表通訊狀態(tài)為“0”表示通訊成功，將“手自動切換”狀態(tài)改為手動狀態(tài)。調(diào)節(jié)液位進出水閥門開度，升高液柱，在全量程范圍內(nèi)均勻選取10個校驗點，記錄標尺值和液位顯示值。調(diào)節(jié)電子閥門開度，使得液位從一個穩(wěn)態(tài)到達另一個穩(wěn)態(tài)值，記錄液位隨時間的變化五、實驗數(shù)據(jù)記錄

表1液位檢測實驗數(shù)據(jù)記錄表液位變送器讀數(shù)/cm液位標尺讀數(shù)/cm誤差/cm相對誤差/%-0.60-0.6—2.95.5-2.647.2%7.610.1-2.524.8%12.415.0-2.617.3%17.620.1-2.512.4%22.625.1-2.510.0%27.730.2-2.58.3%32.535.0-2.57.1%37.540.1-2.66.5%42.845.2-2.45.3%47.750-2.34.6%55_5—123456789 10 11圖4標尺讀數(shù)與變送器讀數(shù)當液位大于零時，標尺讀數(shù)與顯示儀器讀數(shù)誤差基本穩(wěn)定在2.5cm左右，相對誤差逐步增大。實驗誤差可能來自于偶然誤差，例如讀數(shù)誤差，可通過多次重復測量取平均值的方式減小誤差。液位動態(tài)特性測試實驗：根據(jù)時間常數(shù)T為曲線上升至穩(wěn)態(tài)值的63%所需時間，讀圖可得T約為60s左右六、思考題1.ST3000的引壓點對測量的結(jié)果有無影響？什么是正遷移和負遷移？如何確定引壓點的位置？有影響。在實際中安裝壓力檢測儀表時，取壓口與壓力檢測儀表的水平高度并不一致，會導致測量時產(chǎn)生附加靜壓。需要對壓力變送器的零點進行調(diào)整，使得當液位為零的同時檢測儀表輸出也為零，稱為量程遷移。不同的引壓點會對應不同的量程遷移。當零液位時，差壓傳感器若感受到負壓則稱此時的量程遷移為負遷移，反之則稱之為正遷移。應取使得液位為零時恰好測量值也為零的位置作為引壓點。與敞開容器相比密閉容器在測液位時需注意什么問題？使用敞開容器進行靜壓式液位測量時，需要考慮水面上方氣壓的變化。在做本實驗時，為什么不能任意變化上水箱進出水閥的開度大??？實驗中需要兩次達到穩(wěn)態(tài)值來觀察躍遷曲線，為了避免液位達到上限或為0，應小心控制水閥開度。用兩點法和用切線對同一對象