自动检测课程设计报告
课程设计报告湿度传感器及应用
摘要
在现代社会信息科技的不断迅速发展中，计算机技术、网络技术和传感器技术的高速更新，使得湿度的测量正朝着自动化、智能化、网络化发展。随着2011年物联网作为新兴产业列入国家发展战略，传感器技术作为物联网的最前端—感知层，在其发展中占了举足轻重的地位。而湿度作为日常生产、生活中最重要的参数之一，它的检测在各种环境，各个领域都对起了重要作用。
湿度是表示空气中水蒸气含量的物理量，湿度传感器是指检测外界环境湿度的传感器，它将所测环境湿度转换为便于处理、显示、记录的电(频率)信号等。它与人们的生产、生活密切相关。湿度的检测广泛应用于工业、农业、国防、科技、生活等各个领域。例如，集成电路的生产车间相对湿度低于30%时，容易产生静电感应而影响生产；粉尘大的车间由于湿度小产生静电易发生爆炸；纺织厂的湿度低于65～70%RH时会断线。它是一类重要的化学传感器，在仓贮、工业生产、过程控制、环境监测、家用电器、气象等方面有着广泛的应用。
测量电路由湿度传感器，差动放大器，同相加法放大器等主电路组成；为了实现温度补偿功能，选择铂电阻温度传感器采集环境温度，通过转换电桥和差动放大，输入同相加法器实现加法运算，补偿环境温度对湿度传感器的影响，其中转换电桥工作电压由差动放大器输出电压通过电压跟随器提供。
应用IH3605型温度传感器与集成运放设计测量湿度的电路，测量相对湿度(RH)的范围为0%~l00%，电路输出电压为0~10V。要求测量电路具有调零功能和温度补偿功能。使用环境温度为0℃~85℃。
本次设计的是湿度传感器，主要对湿度传感器的工作原理、组成结构加以论述，并对其测量原理图进行分析，进而使我们能够更深层的对湿度传感器进行理解；除此之外，在本次设计中也简要介绍了湿度传感器的相关特性以及参数如何选择，以便于用户能够正确选用相应的种类和型号。
另外，我又结合了实际案例对湿度传感器的应用技术和应用领域加以分析，并概括了其日后的发展趋势。
关键词：工作原理；组成结构；测量原理图；特性及参数选择；应用；发展趋势
目录第一章引言
1.1 背景介绍
1.2 目的和意义
第二章湿度传感器的概述
2.1 湿度及其表示方法
2.1.1 绝对湿度
2.1.2 相对湿度
2.1.3 含湿量
2.2 湿度传感器及其特性参数
2.3 湿度传感器的分类
第三章、湿度传感器的原理及框图3.1、湿度传感器的原理
3.2 电路设计原理框图
3.3各组成部分的工作原理
第四章、湿度传感器的选用及应用4.1、如何选用湿度传感器
4.1.2、湿度传感器的分类及特点
4.2、对湿度传感器性能作初步判断的方法4.2.1测量范围
4.2.2测量精度
4.3、湿度传感器的应用
4.3.1、在湿度测量系统中的应用
4.3.2、在工业过程自动控制中的应用
第一章引言
1.1 背景介绍
湿度是表示空气中水蒸气含量的物理量，它与人们的生产、生活密切相关。湿度的检测广泛应用于工业、农业、国防、科技、生活等各个领域。例如，集成电路的生产车间相对湿度低于30%时，容易产生静电感应而影响生产；粉尘大的车间由于湿度小产生静电易发生爆炸；纺织厂的湿度低于65～70%RH时会断线。可见，湿度测量在各个行业都是至关重要的。
湿度是控制人类生活条件基本因素之一。最早是气象部门需要对人类生存环境中的湿度进行观测和测量。随着信息产业的发展及工业化的进步,湿度不仅仅直接或间接影响着人类的基本生活条件,还表现在对工农业、生物制品、医药卫生、科学研究、国防建设等方面的影响。所以，在这些领域内，越来越需要采用湿度传感器，对产品质量的要求越来越高，对环境温湿度的控制以及对工业材料水份值的监测与分析都已成为比较普遍的技术条件之一。
湿度传感器是现代传感技术发展方向之一。世界各国对湿度传感器的研究非常活跃，研究重点之一是开发新型湿度敏感元件，因为新型高灵敏度和适用范围广的湿度敏感元件是实现湿度传感器技术新突破的前提。而敏感元件的性能主要取决于两个重要因素，即构成元件的材料和制备元件的加工技术，因此应用新技术、新材料是研究开发新型湿度敏感元件的重要手段，也是设立本课题的着眼点所在。湿度敏感元件的性能除了由其功能材料决定以外，还与其加工工艺有关。将现代先进制造技术引入传感器技术，例如水热腐蚀制备纳米薄膜技术、钝化技术等，能制作出质地均匀、性能稳定、可靠性高、体积小、重量轻的敏感元件。近几年，以纳米多孔硅为感湿材料的湿度传感器开始在国际上受到关注，这是因为它初步显示出了一些优异的性能。
1.2 目的和意义
课程设计是专业课《自动检测技术及仪表》课程教学中的重要组成环节，其目的是通过课程设计的教学实践，使学生对所学的基础理论和专业知识得到巩固，并使学生得到运用所学理论知识解决实际问题的初步认识和锻炼。掌握相关课题的资料收集、整理；方案的设计和对比；提高学生的分析、综合能力以及工程设计中计算和绘图的基本能力，为后续的毕业设计和工程实践作必要
2
的准备。
课程设计的主要任务是使学生掌握相关传感器或检测仪表的原理、结构及在工程中的实际应用。
同时，在课程设计的过程中，能够锻炼同学们解决问题和分析问题的能力。在此基础上，能够对所设计的传感器或仪表得到更进一步地认识和了解，为以后学习更深的知识打下扎实的基础。
第二章、湿度传感器的概述
2.1 湿度及其表示方法
在自然界中，凡是有水和生物的地方，在其周围的大气里总是含有或多或少的水汽。
大气中含有水汽的多少，表示大气的干、湿程度，用湿度来表示，也就是说，湿度是表示大气干湿程度的物理量。
大气湿度有三种常用的表示方法，即绝对湿度、相对湿度和含湿量。
2.1.1 绝对湿度
每m3湿空气在标况下（0℃，1大气压）所含湿空气的重量，即水蒸气密度，单位为g/m3。
由气体状态方程：
式（2.1.1）
式（2.1.2）
所以测得被测空气的水蒸气分压力，及干球温度即可求得绝对湿度。
绝对湿度只能说明湿空气中实际所含水蒸汽的质量，而不能说明湿空气干燥或潮湿的程度及吸湿能力的大小。
2.1.2 相对湿度
空气中水蒸气分压力Pn Pb 的比值。
式（2.1.3）
式
T R V P n n n =B A P P s w s b n )(.θθ--=
（2.1.4） 式（2.1.5）
其中：
Pb.s —相应于湿球温度的饱和水蒸气压力；
Pb —干球温度对应的饱和水蒸气压力；
B —大气压力；
A —与风速有关的系数。
相对湿度表征湿空气中水蒸气接近饱和含量的程度。φ值小，说明湿空气饱和程度小，吸收水蒸气的能力强；φ值大则说明湿空气饱和程度大，吸收水蒸气的能力弱。
2.1.3 含湿量
空气由干空气和湿空气组成，每kg 干空气所含水蒸气的量，称为含湿量。符号d ，单位g/kg 。
式）
应用理想气体状态方程
水蒸气： 式（2.1.7）
干空气： 式（2.1.8）
因为水蒸气与干空气均匀混合，故Vn=Vw ，Tn=Tw ，又：Rn=461，Rw=287
式（2.1.9）
所以，当大气压力为定值，含湿量是水蒸气分压力的函数。
)
,,,(B v f s w θθ?=n
n s n n T R m V P =w w w w w T R m V P =b b n n w n w n w w w w n n n n w S P B P P B P P P P P V P T R T R V P m m d ??-=-===?==622622622461287100010001000b b n n w n w n w w w w n n n n w S P B P P B P P P P P V P T R T R V P m m ??-=-==?=622622622461287100010001000b b n n w n w w w w n n n n w S P B P P B P P P V P T R T R V P m m d ??-=-===?==622622622100010001000b b w n w w w w n n n n P B P P P V P T R T R V P ??-=?6222871000
2.2 湿度传感器及其特性参数
湿度传感器是指能将湿度转换为与其成一定比例关系的电量输出的器件式装置。
湿度传感器的特性参数如下：
一、湿度量程
保证一个湿敏期间能够正常工作所允许环境相对湿度可以变化的最大范围，称为这个湿敏器件的湿度量程。湿度量程越大，其实际使用价值越大。理想的湿敏元件的使用范围应当是0-100%RH的全量程。
二、感湿特征量----相对湿度特性曲线
每一种湿敏元件都有其感湿特征量，如电阻、电容、电压、频率等。湿敏元件的感湿特征量随环境相对湿度变化的关系曲线，称为该元件的感湿特征量——相对湿度特性曲线，简称感湿特性曲线。人们希望特性曲线应当在全量程上是连续的，曲线各处斜率相等，即特性曲线呈直线。斜率应适当，因为斜率过小，灵敏度降低；斜率过大，稳定性降低，这些都会给测量带来困难。
三、灵敏度
湿敏元件的灵敏度，就其物理含义而言，应当反映相对于环境湿度的变化、元件感湿特征量的变化程度。因此，它应当是湿敏元件的感湿特性曲线斜率。在感湿特性曲线是直线的情况下，用直线的斜率来表示湿敏元件的灵敏度是恰当而可行的。
然而，大多数湿敏元件的感湿特性曲线是非线性的，在不同的相对湿度范围内曲线具有不同的斜率。因此，这就造成用湿敏元件感湿特性曲线的斜率来表示灵敏度的困难。
目前，虽然关于湿敏元件灵敏度的表示方法尚未得到统一，但较为普遍采样的方法使用元件在不同环境湿度下的感湿特征量之比来表示灵敏度。
四、湿度温度系数
湿敏元件的湿度温度系数是表示感湿特性曲线随环境温度而变化的特性参数，在不同的环境温度下，湿敏元件的感湿特性曲线是不相同的，它直接给测量带来误差。
湿敏元件的湿度温度系数定义为：在湿敏元件感湿特征量恒定的条件下，该感湿特征量值所表示的环境相对湿度随环境温度的变化率。
综上所述，作为理想的湿度传感器希望能满足下列要求：
（1）在各种气体环境下特性稳定，不受尘埃附着的影响，使用寿命长；
（2）受温度的影响小；
（3）线性重复性好，灵敏度高，迟滞回差小，响应速度快；
（4）小型，易于制作和安装，且互换性好。
2.3 湿度传感器的分类
湿度传感器的种类很多，据不完全统计，湿度传感器系列、类型分为物性型、结构型和其他形式，而物性型有分为电解质系、半导体及陶瓷系和有机高分子聚合物系。所以，其种类繁多可见一斑。
在此处，仅将部分列举如下：
（1）电解质型：以氯化锂为例，它在绝缘基板上制作一对电极，涂上氯化锂盐胶膜。氯化锂极易潮解，并产生离子导电，随湿度升高而电阻减小。
（2）陶瓷型：一般以金属氧化物为原料，通过陶瓷工艺，制成一种多孔陶瓷。利用多孔陶瓷的阻值对空气中水蒸气的敏感特性而制成。
（3）高分子型：先在玻璃等绝缘基板上蒸发梳状电极,通过浸渍或涂覆,使其在基板上附着一层有机高分子感湿膜。有机高分子的材料种类也很多,工作原理也各不相同。
（4）单晶半导体型：所用材料主要是硅单晶，利用半导体工艺制成。制成二极管湿敏器件和MOSFET湿度敏感器件等。其特点是易于和半导体电路集成在一起。
第三章、湿度传感器的原理及框图
3.1、湿度传感器的原理
湿度传感器测量电路由湿度传感器，差动放大器，同相加法放大器等主电路组成；为了实现温度补偿功能，选择铂电阻温度传感器采集环境温度，通过转换电桥和差动放大，输入同相加法器实现加法运算，补偿环境温度对湿度传感器的影响，其中转换电桥工作电压由差动放大器输出电压通过电压跟随器提供。
湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。
湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生
变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。
电子式湿敏传感器的准确度可达2-3%RH，这比干湿球测湿精度高。
湿敏元件的线性度及抗污染性差，在检测环境湿度时，湿敏元件要长期暴露在待测环境中，很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。这方面没有干湿球测湿方法好。下面对各种湿度传感器进行简单的介绍。
1、氯化锂湿度传感器
（1）电阻式氯化锂湿度计
第一个基于电阻-湿度特性原理的氯化锂电湿敏元件是美国标准局的F.W.Dunmore研制出来的。这种元件具有较高的精度，同时结构简单、价廉，适用于常温常湿的测控等一系列优点。
氯化锂元件的测量范围与湿敏层的氯化锂浓度及其它成分有关。单个元件的有效感湿范围一般在20%RH 以内。例如0.05%的浓度对应的感湿范围约为（80～100）%RH ，0.2%的浓度对应范围是（60～80）%RH 等。由此可见，要测量较宽的湿度范围时，必须把不同浓度的元件组合在一起使用。可用于全量程测量的湿度计组合的元件数一般为5个，采用元件组合法的氯化锂湿度计可测范围通常为（15～100）%RH，国外有些产品声称其测量范围可达（2 ～100）%RH 。（2）露点式氯化锂湿度计
露点式氯化锂湿度计是由美国的 Forboro 公司首先研制出来的，其后我国和许多国家都做了大量的研究工作。这种湿度计和上述电阻式氯化锂湿度计形式相似，但工作原理却完全不同。简而言之，它是利用氯化锂饱和水溶液的饱和水汽压随温度变化而进行工作的。
2、碳湿敏元件
碳湿敏元件是美国的 E.K.Carver 和 C.W.Breasefield 于1942年首先提出来的，与常用的毛发、肠衣和氯化锂等探空元件相比，碳湿敏元件具有响应速度快、重复性好、无冲蚀效应和滞后环窄等优点，因之令人瞩目。我国气象部门于70年代初开展碳湿敏元件的研制，并取得了积极的成果，其测量不确定度不超过±5%RH ，时间常数在正温时为2～3s，滞差一般在7%左右，比阻稳定性亦较好。
3、氧化铝湿度计
氧化铝传感器的突出优点是，体积可以非常小（例如用于探空仪的湿敏元件仅90μm厚、12mg重），灵敏度高（测量下限达-110℃露点），响应速度快（一般在 0.3s 到 3s 之间），测量信号直接以电参量的形式输出，大大简化了数据处理程序，等等。另外，它还适用于测量液体中的水分。如上特点正是工业和气象中的某些测量领域所希望的。因此它被认为是进行高空大气探测可供选择的几种合乎要求的传感器之一。也正是因为这些特点使人们对这种方法产生浓厚的兴趣。然而，遗憾的是尽管许多国家的专业人员为改进传感器的性能进行了不懈的努力，但是在探索生产质量稳定的产品的工艺条件，以及提高性能稳定性等与实用有关的重要问题.
上始终未能取得重大的突破。因此，到目前为止，传感器通常只能在特定的条件和有限的范围内使用。近年来，这种方法在工业中的低霜点测量方面开始崭
露头角。
4、陶瓷湿度传感器
在湿度测量领域中，对于低湿和高湿及其在低温和高温条件下的测量，到目前为止仍然是一个薄弱环节，而其中又以高温条件下的湿度测量技术最为落后。以往，通风干湿球湿度计几乎是在这个温度条件下可以使用的唯一方法，而该法在实际使用中亦存在种种问题，无法令人满意。另一方面，科学技术的进展，要求在高温下测量湿度的场合越来越多，例如水泥、金属冶炼、食品加工等涉及工艺条件和质量控制的许多工业过程的湿度测量与控制。因此，自60年代起，许多国家开始竟相研制适用于高温条件下进行测量的湿度传感器。考虑到传感器的使用条件，人们很自然地把探索方向着眼于既具有吸水性又能耐高温的某些无机物上。实践已经证明，陶瓷元件不仅具有湿敏特性，而且还可以作为感温元件和气敏元件。这些特性使它极有可能成为一种有发展前途的多功能传感器。寺日、福岛、新田等人在这方面已经迈出了颇为成功的一步。他们于 1980 年研制成称之为“湿瓷 - Ⅱ型”和“湿瓷 - Ⅲ型”的多功能传感器。前者可测控温度和湿度，主要用于空调，后者可用来测量湿度和诸如酒精等多种有机蒸气，主要用于食品加工方面。
以上两种是应用较多的传感器，另外还有其他根据不同原理而研制的湿度
湿度传感器测量电路由湿度传感器，差动放大器，同相加法放大器等主电路组成；为了实现温度补偿功能，选择铂电阻温度传感器采集环境温度，通过转换电桥和差动放大，输入同相加法器实现加法运算，补偿环境温度对湿度传感器的影响，其中转换电桥工作电压由差动放大器输出电压通过电压跟随器提供。
3.2 电路设计原理框图
原理框图：
图3-1 原理框图
3.3各组成部分的工作原理
总的工作原理图：
1、差动放大电路
差动放大器:是把二个输入信号分别输入到运算放大器的同相和反相二个输入端，然后在输出端取出二个信号的差模成分，而尽量抑制二个信号的共模成分的电路。采用差动放大器电路，有利于抑制共模干扰和减小漂移。
图4-1 差动放大电路
2
4
3
4
1
2
1
1
2
o
)
1(
i
i
u
R
R
R
R
R
u
R
R
u
+
+
+
-
=
。
：则
如果满足)
(
/
/
1
2
1
2
o
3
4
1
2i
i
u
u
R
R
u
R
R
R
R-
-
=
=
2、温度补偿电路
湿度传感器具有正或负的温度系数，其温度系数大小不一，工作温区有宽有窄。所以要考虑温度补偿问题。
对于半导体陶瓷传感器，其电阻与温度的的关系一般为指数函数关系，通常其温度关系属于NTC型，即
H：相对湿度； T：绝对温度；
R0：在T=0℃相对湿度H=0时的阻值；
A：湿度常数；B：温度常数。
温度系数＝ 湿度系数＝
湿度温度系数＝
若传感器的湿度温度系数为0.07％RH/℃，工作温度差为30℃，测量误差为0.21％RH/℃，则不必考虑温度补偿；若湿度温度系数为0.4％RH/℃，则引起12％RH/℃的误差,必须进行温度补偿。在考虑到对湿度传感器进行线性处理和温度补偿，常常采用电桥放大电路构成湿度测量电路。
由传感器电桥和运算放大器组成的放大电路或由传感器和运算放大器构
成的电桥都称为电桥放大电路。
电桥放大电路应用于电参量式传感器，如电感式、电阻应变式、电容式传感器等，经常通过电桥转换电路输出电压或电流信号，并用运算放大器作进一步放大，或由传感器和运算放大器直接构成电桥放大电路，输出放大了的电压信号。
图4-2 差动输入电桥放大电路 。，时：＞＞当u u u R R R u u R R R b o a δδ++=++==212)2(121 ∞ -
+ + N R 2=R 1
u o R 1 u
R (1+δ)
u a
u b
R R R
。）１２１＋＝，则，即若运放工作在理想状态１4
2/()(u R R u u u o b a δδ+=
3、加法比例运算电路
运算放大器在各种测量线路中完成信号调理和运算功能。当今，第四代运算放大电路已经非常接近理想放大器特性运算放大器加法比例运算电路可以实现信号的求和以及放大。
取32R R =Rf R 1，则uo=(1+1R Rf )(323R R R +ui1+3
22R R R +ui2) 当R2=R3时，uo=21
（1+
1R Rf )(ui1+ui2) 第四章、湿度传感器的选用及应用
4.1、如何选用湿度传感器
4.1.2、湿度传感器的分类及特点
湿度传感器，分为电阻式和电容式两种，产品的基本形式都为在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件。国内外各厂家的湿度传感器产品水平不一，质量价格都相差较大，用户如何选择性能价格比最优的理想产品确有一定难度，需要在这方面作深入的了解。湿度传感器具有如下特点：
uo R1 Rf
ui
1.精度和长期稳定性
湿度传感器的精度应达到±2%~±5%RH，达不到这个水平很难作为计量器具使用，湿度传感器要达到±2%~±3%RH的精度是比较困难的，通常产品资料中给出的特性是在常温（20℃±10℃）和洁净的气体中测量的。
在实际使用中，由于尘土、油污及有害气体的影响，使用时间一长，会产生老化，精度下降，湿度传感器的精度水平要结合其长期稳定性去判断，一般说来，长期稳定性和使用寿命是影响湿度传感器质量的头等问题，年漂移量控制在1%RH水平的产品很少，一般都在±2%左右，甚至更高。
2.湿度传感器的温度系数
湿敏元件除对环境湿度敏感外，对温度亦十分敏感，其温度系数一般在
0.2~0.8%RH/℃范围内，而且有的湿敏元件在不同的相对湿度下，其温
度系数又有差别。温漂非线性，这需要在电路上加温度补偿式。采用单片机软件补偿，或无温度补偿的湿度传感器是保证不了全温范围的精度的，湿度传感器温漂曲线的线性化直接影响到补偿的效果，非线性的温漂往往补偿不出较好的效果，只有采用硬件温度跟随性补偿才会获得真实的补偿效果。湿度传感器工作的温度范围也是重要参数。多数湿敏元件难以在40℃以上正常工作。
3.湿度传感器的供电
金属氧化物陶瓷，高分子聚合物和氯化锂等湿敏材料施加直流电压时，会导致性能变化，甚至失效，所以这类湿度传感器不能用直流电压或有直流成份的交流电压。必须是交流电供电。
4.互换性
目前，湿度传感器普遍存在着互换性差的现象，同一型号的传感器不能互换，严重影响了使用效果，给维修、调试增加了困难，有些厂家在这方面作出了种种努力，（但互换性仍很差）取得了较好效果。
5.湿度校正
校正湿度要比校正温度困难得多。温度标定往往用一根标准温度计作标准即可，而湿度的标定标准较难实现，干湿球温度计和一些常见的指针式湿度计是不能用来作标定的，精度无法保证，因其要求环境条件非常严格，一般情况，（最好在湿度环境适合的条件下）在缺乏完善的检定设备时，通常用简单的饱和盐溶液检定法，并测量其温度。
4.2、对湿度传感器性能作初步判断的方法
在湿度传感器实际标定困难的情况下，可以通过一些简便的方法进行湿度传感器性能判断与检查。一致性判定，同一类型，同一厂家的湿度传感器产品最好一次购买两支以上，越多越说明问题，放在一起通电比较检测输出值，在相对稳定的条件下，观察测试的一致性。若进一步检测，可在24h内间隔一段时间记录，一天内一般都有高、中、低3种湿度和温度情况，可以较全面地观察产品的一致性和稳定性，包括温度补偿特性。
4.2.1测量范围
和测量重量、温度一样，选择湿度传感器首先要确定测量范围。除了气象、科研部门外，搞温、湿度测控的一般不需要全湿程(0-100%RH)测量。在当今的信息时代，传感器技术与计算机技术、自动控制技术紧密结合着。测量的目的
在于控制，测量范围与控制范围合称使用范围。当然，对不需要搞测控系统的应用者来说，直接选择通用型湿度仪就可以了。
4.2.2测量精度
和测量范围一样，测量精度同是传感器最重要的指标。每提高—个百分点．对传感器来说就是上一个台阶，甚至是上一个档次。因为要达到不同的精度，其制造成本相差很大，售价也相差甚远。例如进口的1只廉价的湿度传感器只有几美元，而1只供标定用的全湿程湿度传感器要几百美元，相差近百倍。所以使用者一定要量体裁衣，不宜盲目追求“高、精、尖”。
生产厂商往往是分段给出其湿度传感器的精度的。如中、低湿段(0一80%RH)为±2%RH，而高湿段(80—100%RH)为±4%RH。而且此精度是在某一指定温度下(如25℃)的值。如在不同温度下使用湿度传感器．其示值还要考虑温度漂移的影响。众所周知，相对湿度是温度的函数，温度严重地影响着指定空间内的相对湿度。温度每变化0.1℃。将产生0.5%RH的湿度变化(误差)。使用场合如果难以做到恒温，则提出过高的测湿精度是不合适的。因为湿度随着温度的变化也漂忽不定的话，奢谈测湿精度将失去实际意义。所以控湿首先要控好温，这就是大量应用的往往是温湿度—体化传感器而不单纯是湿度传感器的缘故。
4.3、湿度传感器的应用
4.3.1、在湿度测量系统中的应用
1、在70℃以下（通常在-40℃以上）时，若环境较干净，则使用高分子传感器，污染严重的使用陶瓷传感器（加热清洗再生型）。由于它存在加热清洗过程，不能连续测量，且耗能较大(1～10W)。但寿命长，使用时可选加热清周期较长的传感器，如氯氧基磷灰石陶瓷传感器，2～3个月洗一次，此外，
内热式比外热型耗能低。
2、在70～100℃范围内测湿度，使用具有加热清洗的陶瓷传感器，为提高精度可进行线性及温度补偿。为了实现更高精度则要配以微机．在高温高湿时需频繁地加热清洗，如80% RH以上时，需30S清冼一次，最好装有自动加热清洗装置。
3、在100～150℃范围内测湿度，在国际上，大都采用陶瓷湿度传感器制作高温湿度仪。
4.3.2、在工业过程自动控制中的应用
为了改善产品的质量和节能，通常在产品干燥系统、反应堆的湿度控制、锅炉水蒸气的漏泄检测、集成电路或磁头加工厂的空调等大都使用陶瓷湿度传感器进行控制；各种空调系统、医疗系统的湿度控制可采用高分子或陶瓷湿度传感器进行。
4.3.3、在蒸汽检漏系统中的应用
在火力发电站、原子能电站、蒸汽机车、锅炉等高温高压设备中，为了预防漏气，防止人身事故，可使用湿度传感器进行检漏。
4.3.4、在其他系统中的应用
在家电中结露传感器可用作磁带录像机结露检测，汽车车窗结露、结霜检测等。
自动化仪表工程主要施工程序
自动化仪表工程主要施工程序 自动化仪表工程施工的原则是：先土建后安装，先地下后地上，先安装设备再配管布线，先两端(控制室，就地盘，现场和就地仪表)后中间(电缆槽，接线盒，保护管，电缆，电线和仪表管道等)。 仪表设备安装应遵循的原则是：先里后外，先高后底，先重后轻。 仪表调校应遵循的原则是：先取证后校验，先单校后联校，先单回路再复杂回路;先单点后网络。 (一) 自动化仪表工程施工程序 施工准备(施工技术，施工现场，施工机具设备，施工人员，标准仪器审查标定)-配合土建制造安装盘柜基础-盘柜，操作台安装-电缆槽，接线箱(盒)安装-取源部件安装，仪表单体校验，调整安装-电缆初验，敷设，导通，绝缘试验，校、接线-测量管、伴热管、气源管、气动信号管安装-综合控制系统试验-回路试验、系统试验-保运-竣工资料编制、-交工验收。 (二) 仪表管道安装 仪表管道有测量管路，气动信号管道，气源管道，液压管道和伴热管道等。 仪表管道安装主要工作内容有：管材管件出库检验;管材及支架的除锈，防腐;阀门压力试验;管路预制，弯制和敷设，固定;测量管道的压力试验;气动信号管道和气源管道的压力试验与吹扫;伴热管道的压力试验;管材及支架的二次防腐。 (三) 仪表设备安装及试验 仪表设备主要有仪表盘，柜，操作台及保护(温)箱，温度检测仪表，压力检测仪表，流量检测仪表，物位检测仪表，机械量检测仪表，成分分析和物性检测仪表及执行器等。 仪表设备安装及试验主要内容有：取源部件安装，仪表单体校验，调整;现场仪表支架预制安装，仪表箱保温箱和保护箱的安装;现场仪表安装(温度检测仪表，压力检测仪表，流量检测仪表，物位检测仪表，机械量检测仪表，成分分析和物性检测仪表等);执行器安装。 (四) 仪表线路安装 仪表线路是仪表电线、电缆、补偿导线、光缆和电缆槽、保护管等附件的总称。其主要工作内容有：型钢的除锈、防腐;各种支架的制作与安装;电缆槽安装(电缆槽按其制造的材质主要为玻璃钢电缆槽架、钢制电缆槽架和铝合金槽架。);现场接线箱安装;保护管安装;电缆，电线敷设;电缆、电线导通、绝缘试验;仪表线路的配线。 (五) 中央控制室内的施工项目 施工项目包括：盘、柜、操作台型钢底座安装;盘、柜、操作台安装;控制室接地系统、控制仪表安装;综合控制系统设备安装;仪表电源设备安装与试验;内部卡件测试;综合控制系统试验;回路试验和系统试验(包括检测回路试验、控制回路试验、报警系统、程序控制系统和联锁系统的试验)。 (六) 工程验收 仪表工程的回路试验和系统试验进行完毕，即可开通系统投入运行;仪表工程连续48h 开通投入运行正常后，即具备交接验收条件;编制并提交仪表工程竣工资料。
自动化课程设计报告
东北大学自动化专业 课程设计报告设计题目：位置和转速双闭环控制系统设计 班级：自动化140X班 学号：2014XXXX 姓名：XXX 指导教师：闫士杰钱晓龙 设计时间：2017年6月19日~2011年7月7日 目录 1.引言 (2) 1.1课题的背景 (2) 1.2课题的内容（三道题） (2) 1.3课题的意义 (3) 1.4课设的主要任务 (3) 1.5课设的具体安排 (4) 2正文 (4) 2.1仪器与设备 (4) 错误！未定义书签。 错误！未定义书签。 错误！未定义书签。 2.2实验原理 (7) 错误！未定义书签。 错误！未定义书签。 错误！未定义书签。 2.2.4 EB8000人机界面使用原理 .......................................... 错误！未定义书签。 2.3解题思路与方案程序 (8) 2.3.1第一题 ............................................................................. 错误！未定义书签。 2.3.2第二题 ............................................................................. 错误！未定义书签。 2.3.3第三题 ............................................................................. 错误！未定义书签。 2.4实验效果的观测与分析 (12) 错误！未定义书签。 2.5实验错误 (12) 2.5.1错误的产生 ..................................................................... 错误！未定义书签。 2.5.2错误的解决 ..................................................................... 错误！未定义书签。
检测技术及仪表课程设计报告
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 - = + + + =
自动控制课程设计报告书
1 设计目的 (2) 2 设计容与条件 (2) 2.1 设计容 (2) 2.2 设计条件 (2) 3 滞后校正特性及设计一般步骤 (2) 3.1 滞后特性校正 (2) 3.2滞后校正设计一般步骤 (3) 4 校正系统分析 (3) 4.1校正参数确定 (3) 4.2校正前后系统特征根及图像 (6) 4.3 函数动态性能指标及其图像 (10) 4.4系统校正前后根轨迹及其图像 (11) 4.5 Nyquist图 (12) 4.6 Bode图 (15) 5 设计心得体会 (17) 6 设计主要参考文献 (18)
串联滞后校正装置设计 1、设计目的： 1) 了解控制系统设计的一般方法、步骤。 2) 掌握对系统进行稳定性分析、稳态误差分析以及动态特性分析的方法。 3) 掌握利用MATLAB 对控制理论容进行分析和研究的技能。 4) 提高分析问题解决问题的能力。 2、设计容与条件： 2.1设计容： 1) 阅读有关资料。 2) 对系统进行稳定性分析、稳态误差分析以及动态特性分析。 3) 绘制根轨迹图、Bode 图、Nyquist 图。 4) 设计校正系统，满足工作要求。 2.2设计条件： 已知单位负反馈系统的开环传递函数0 K G(S)S(0.0625S 1)(0.2S 1) = ++， 试用频率法设计 串联滞后校正装置，使系统的相位裕度050γ=，静态速度误差系数1 v K 40s -=，增 益欲度>17dB 。 3、滞后校正特性及设计一般步骤： 3.1滞后特性校正： 滞后校正就是在前向通道中串联传递函数为)(s G c 的校正装置来校正控制系统，)(s G c 的表达式如下所示。 1,11)(<++= a Ts aTs s G c 其中，参数a 、T 可调。滞后校正的高频段是负增益，因此，滞后校正对系统中高频噪声有削弱作用，增强了抗干扰能力。可以利用滞后校正的这一低通滤波所造成的高频衰减特性，降低系统的截止频率，提高系统的相位裕度，以改善系统的暂态性能。 滞后校正的基本原理是利用滞后网络的高频幅值衰减特性使系统截止频率下降，从而使系统获得足够的相位裕度。或者，是利用滞后网络的低通滤波特性，
自动化仪表安装概述
自动化仪表安装概述 自动化仪表要完成其检测或调节任务，其各个部件必须组成一个回路或组成一个系统。仪表安装就是把各个独立的部件即仪表、管线、电缆、附属设备等按设计要求组成回路或系统完成检测或调节任务。也就是说，仪表安装根据设计要求完成仪表与仪表之间、仪表与工艺管道、现场仪表与中央控制室、现场控制室之间的种种连接。这种连接可以用管道连接（如测量管道、气动管道、伴热管道等），也可以是电缆（包括电线和补偿导线）连接。通常是两种连接的组合和并存。 第一节安装术语与符号 一、安装术语 （1）一次点指检测系统或调节系统工程中，直接与工艺介质接触的点。如压力测量系统中的取压点，温度检测系统中的热电偶（电阻体）安装点等等。一次点可以工工艺管道上，也可以在工艺设备上。 （2）一次部件又称取源部件。通常指安装在一次点的仪表加工件。如压力检测系统中的温度计接头（又称凸台）。一次部件可能是仪表元件，如流量检测系统中的节流元件，也可能是仪表本身，如容积式流量计、转子流量计等，更多的可能是仪表加工件。 （3）一次阀门又称要部阀、取压阀。指直接安装在一次部件上的阀门。如与取压短节相连的压力测量系统的阀门，与孔板正、负压室引出管相连的阀门等。 （4）一次仪表现场仪表的一种。是指安装在现场且直接与工艺介质相接触的仪表。如弹簧管压力表、双金属温度计、双波纹管差压计。热电偶与热电阻不称作仪表，而作为感温元件，所以又称一次元件。 （5）一次调校通称单体调校。指仪表安装前后校准。按《工业自动化仪表工程施工及、验收规范》GBJ93-86的要求，原则上每台仪表都要经过一次调校。调校的重点是检测仪表的示值误差、奕差；调节仪表的比例度、积分时间、微分时间的误差，控制点偏差，平衡度等。只有一次调校符合设计或产品说明书要求的仪表，才能安装，以保证二次调校的质量。 （6）二次仪表是仪表示值信号不直接来自工艺介质的各类仪表的总称。二次仪表的仪表示值信号通常由变送器变换成标准信号。二次仪表接受的标准信号一般有三种：①气动信号，0.02～0.10kpa②Ⅱ型电动单元仪表信号0～10mADC。③Ⅲ型电动单元仪表信号受的标准信４～20mADC.也有个别的不用标准信号，一次仪表发出电信呈，二次仪表直接指示，如远传压力表等。二次仪表通常安装在仪表盘上。按安装位臵又可分为盘装仪表和架装仪表。 （7）现场仪表是安装在现场仪表的总称，是相对于控制室而言的。可以认为除安装在控制室的仪表外，其他仪表都是现场仪表。它包括所有一次仪表，也包括安装在现场的二次仪表。 （8）二次调校又称二次联校、系统调校。指仪表现场安装结束，控制室配管配线完成且校验通过后，对整个检测回路或自动调节系统的检验。也是仪表交付正式使用前的一次全面校准。其校验方法通常是在测量外节上上加一干扰信号，然后
自动化自动控制课程设计方案报告
动控制课程设计报告 班级：自动化08-1班 学号：08051116 姓名：刘加伟 2018.7.17
任务一、双容水箱的建模、仿真模拟、控制系统设计 一、控制系统设计任务 1、通过测量实际装置的尺寸，采集DCS系统的数据建立二阶水箱液位对象 模型。<先建立机理模型，并在某工作点进行线性化，求传递函数） 2、根据建立二阶水箱液位对象模型，在计算机自动控制实验箱上利用电 阻、电容、放大器的元件模拟二阶水箱液位对象。 3、通过NI USB-6008数据采集卡采集模拟对象的数据，测试被控对象的开 环特性，验证模拟对象的正确性。 4、采用纯比例控制，分析闭环控制系统随比例系数变化控制性能指标<超调 量，上升时间，调节时间，稳态误差等）的变化。 5、采用PI控制器，利用根轨迹法判断系统的稳定性，使用Matlab中 SISOTOOLS设计控制系统性能指标，并将控制器应用于实际模拟仿真系统，观测实际系统能否达到设计的性能指标。 6、采用PID控制，分析不同参数下，控制系统的调节效果。 7、通过串联超前滞后环节校正系统，使用Matlab中SISOTOOLS设计控制系统性能指 标，并将校正环节应用于实际模拟仿真系统，观测实际系统能否达到设计的性能指标。
(一)建立模型 (二)实验模型及改变阶跃后曲线： 1．取阶跃曲线按照以下模型建立系统辨识模型： 一般取为0.4和0.8 计算上行阶跃各参数： T1=171.26 T2=50.50 K=160.47 t1=141 t2=338 建立传递函数为： G(s>= 计算下行阶跃各参数： T1=84.20 T2=48.67 K=148.08 t1=89 t2=198 建立传递函数为： G(s>= 2．建立机理模型
检测技术课程设计
检测技术课程设计 一、课程设计的目的 综合应用已修课程所学知识，完成被测信号的提取、转换、处理的一次综合性设计实践。它的作用如下： 获得工程师基本训练，培养学生综合运用所学理论和技术知识，解决工程实际问题的能力。 （1）提高学生查阅科技文献资料能力。 （2）开发学生的主观能动性与创造性。 （3）加深学生对课程内容的理解，拓展所学知识面。 （4）使学生初步建立正确的设计思想。掌握系统的设计方法和设计步骤。 二、课程设计时间 检测技术课程设计为1周。 三、课程设计的任务 以任务书的形式给出。 任务书的主要内容有： （1）给予的对象； （2）设计题目； （3）设计要求； （4）撰写的设计报告要求； （5）时间安排。 设计报告内容包括：目录，设计题目，前言，设计方案与设计工艺流程，各部分设计原理，设计计算及说明，器件、仪器设备的选择，设计图纸，参考文献，附录。设计图用专用计算机软件绘制，打印。 四、课程设计报告的一般格式 课程设计报告包括封面、目录、绪论、主体部分、结尾部分。 1、绪论 主要说明设计的目的、设计的任务和要求等。 2、主体部分 （1）总体设计方案的设计
（2）软硬件电路的设计 （3）设计结果（实验数据等） （4）参考文献 2、结束语 阐述本次设计的收获与体会，课题进一步完善的建议与意见。致谢等。如有附录可放在结尾处。
设计题目一电机自动监控系统设计 一、电机控制系统描述 电机作为一种拖动动力设备，在机床加工、运输、电力等领域有着广泛的应用。为了保证电机系统的正常运行，需要通过检测控制装置对它进行监控。重点监控的参数是电机 A、B、C三相线圈的温度、电机轴的径向振动振幅、电机轴的转速。 二、控制要求 上图为电机供电主电路。三相电经过空气开关KQ、交流接触器Z、热继电器PT，加到电机上，当接触器常开触点接通时，电机得电，运转。可以通过控制接触器线圈的方式控制接触器主常开触点的通断。正常接触器线圈得电，接触器主常开触点接通，异常接触器线圈断电，接触器主常开触点断开。 常规电机控制电路如图。 START STOP
自动化及仪表安装工程-技术规格书
不锈钢公司料场改造工程自动化及仪表施工工程 技术规格书 唐山电通科技有限公司 二零一六年九月
目录
1、工程概况 不锈钢公司料场改造工程自动化仪表施工工程，本着自动控制、远程监管、减员增效、节能减排、安全运行目的而进行编制。创新使用先进的工业控制技术、计算机网络技术实现了远程及自动控制现场设备的功能。 技术规格书作为直接指导施工的依据，在保证工程质量、工期、安全生产、成本的前提下，对加强施工管理、有效的调配人员、提高施工效率、节约工程成本、保证施工现场的安全文明有积极作用。 2、工程范围 本工程主要包括以下专业： 1.电气自动化系统工程安装； 2.自动化仪器仪表安装。 3、技术标准 GB3368《工业自动化仪表电源、电压》 GB777《工业自动化仪表用模拟气动信号》 GB3369《工业自动化仪表用模拟直流电流信号》 GB3386《工业过程测量和控制系统用电动和气动模拟记录仪和指示仪性能测定方法》 GB/T13283《工业过程测量和控制用检测仪表和显示仪表精度等级》 GB4830《工业自动化仪表用气源压力范围和质量》
ZBY120《工业自动化仪表工作条件温度和大气压》 ZBY092《工业自动化仪表电磁干扰电流畸变影响试验方法》 GB4439《工业自动化仪表工作条件～振动》 GB7353《工业自动化仪表盘基本尺寸及型式》 JB/T1396《工业自动化仪表盘盘面布置图绘制方法》 ZBN10004《工业自动化仪表公称通径值系列》 ZBN10005《工业自动化仪表工作压力值系列》 GB1314《流量测量仪表基本参数》 《工业自动化仪表通用试验方法-接地影响》 GB/T8566-1995《计算机软件开发规范》 GB/T 12504-1990《计算机软件质量保证计划规范?》 GB/T 12505-1990《计算机软件配置管理计划规范?》 GB/T 15532-1995《计算机软件单元测试》? GB/T 15538-1995《软件工程标准分类法》? GB/T 15853-1995《软件支持环境》? GJB/Z 102-1997《软件可靠性和安全性设计准则》 JGJ46-88《施工现场临时用电安全技术防范》 GB/T 《控制系统功能表图的绘制》 GB 16655-1996《工业自动化系统集成制造系统安全的基本要求》
青岛农业大学电子设计自动化与专用集成电路课程设计报告汇总
青岛农业大学 理学与信息科学学院 电子设计自动化及专用集成电路 课程设计报告 设计题目一、设计一个二人抢答器二、密码锁 学生专业班级 学生姓名（学号） 指导教师 完成时间 实习（设计）地点信息楼121 年 11 月 1 日
一、课程设计目的和任务 课程设计目的：本次课程设计是在学生学习完数字电路、模拟电路、电子设计自动化的相关课程之后进行的。通过对数字集成电路或模拟集成电路的模拟与仿真等，熟练使用相关软件设计具有较强功能的电路，提高实际动手，为将来设计大规模集成电路打下基础。 课程设计任务： 一、设计一个二人抢答器。要求： （1）两人抢答，先抢有效，用发光二极管显示是否抢到答题权。 （2）每人两位计分显示，打错不加分，答对可加10、20、30分。 （3）每题结束后，裁判按复位，重新抢答。 （4）累积加分，裁判可随时清除。 二、密码锁 设计四位十进制密码锁，输入密码正确，绿灯亮，开锁；不正确，红灯亮，不能开锁。密码可由用户自行设置。 二、分析与设计 1、设计任务分析 （1）二人抢答器用Verilog硬件描述语言设计抢答器，实现： 1、二人通过按键抢答，最先按下按键的人抢答成功，此后其他人抢答无效。 2、每次只有一人可获得抢答资格，一次抢答完后主持人通过复位按键复位，选手再从新抢答。 3、有从新开始游戏按键，游戏从新开始时每位选手初始分为零分，答对可选择加10分、20分，30分，最高九十分。 4、选手抢答成功时其对应的分数显示。 （2）密码锁 1、第一个数字控制键用来进行密码的输入 2、第二个按键控制数字位数的移动及调用密码判断程序。当确认后如果显示数据与预置密码相同，则LED 亮；如不相等，则无反应。按下复位键，计数等均复位
课程设计报告-车牌识别系统的设计
车牌识别系统的设计 一、摘要: 随这图形图像技术的发展，现在的车牌识别技术准确率越来越高，识别速度越来越快。无论何种形式的车牌识别系统，它们都是由触发、图像采集、图像识别模块、辅助光源和通信模块组成的。车牌识别系统涉及光学、电器、电子控制、数字图像处理、计算视觉、人工智能等多项技术。触发模块负责在车辆到达合适位置时，给出触发信号，控制抓拍。辅助光源提供辅助照明，保证系统在不同的光照条件下都能拍摄到高质量的图像。图像预处理程序对抓拍的图像进行处理，去除噪声，并进行参数调整。然后通过车牌定位、字符识别，最后将识别结果输出。 二、设计目的和意义: 设计目的： 1、让学生巩固理论课上所学的知识，理论联系实践。 2、锻炼学生的动手能力，激发学生的研究潜能，提高学生的协作精神。 设计意义： 车牌定位系统的目的在于正确获取整个图像中车牌的区域，并识别出车牌号。通过设计实现车牌识别系统，能够提高学生分析问题和解决问题的能力，还能培养一定的科研能力。 三、设计原理: 牌照自动识别是一项利用车辆的动态视频或静态图像进行牌照号码、牌照颜色自动识别的模式识别技术。其硬件基础一般包括触发设备、摄像设备、照明设备、图像采集设备、识别车牌号码的处理机等，其软件核心包括车牌定位算法、车牌字符分割算法和光学字符识别算法等。某些牌照识别系统还具有通过视频图像判断车辆驶入视野的功能称之为视频车辆检测。一个完整的牌照识别系统应包括车辆检测、图像采集、牌照识别等几部分。当车辆检测部分检测到车辆到达时触发图像采集单元，采集当前的视频图像。牌照识别单元对图像进行处理，定位出牌照位置，再将牌照中的字符分割出来进行识别，然后组成牌照号码输出。 四、详细设计步骤:
计算机控制技术课程设计报告
《计算机控制技术》课程设计单闭环直流电机调速系统
1 设计目的 计算机控制技术课程是集微机原理、计算机技术、控制理论、电子电路、自动控制系统、工业控制过程等课程基础知识一体的应用性课程，具有很强的实践性，通过这次课程设计进一步加深对计算机控制技术课程的理解，掌握计算机控制系统硬件和软件的设计思路，以及对相关课程理论知识的理解和融会贯通，提高运用已有的专业理论知识分析实际应用问题的能力和解决实际问题的技能，培养独立自主、综合分析与创新性应用的能力。 2 设计任务 2.1 设计题目 单闭环直流电机调速系统 实现一个单闭环直流电机调压调速控制，用键盘实现对直流电机的起/停、正/反转控制，速度调节要求既可用键盘数字量设定也可用电位器连续调节，需要有速度显示电路。扩展要求能够利用串口通信方式在PC上设置和显示速度曲线并且进行数据保存和查看。 2.2 设计要求 2.2.1 基本设计要求 （1）根据系统控制要求设计控制整体方案；包括微处理芯片选用，系统构成框图，确定参数测围等； （2）选用参数检测元件及变送器；系统硬件电路设计，包括输入接口电路、逻辑电路、操作键盘、输出电路、显示电路； （3）建立数学模型，确定控制算法； （4）设计功率驱动电路； （5）制作电路板，搭建系统，调试。 2.2.2 扩展设计要求 （1）在已能正常运行的微计算机控制系统的基础上，通过串口与PC连接； （2）编写人机界面控制和显示程序；编写微机通信程序；实现人机实时交互。
3方案比较 方案一：采用继电器对电动机的开或关进行控制。这个方案的优点是电路较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。 方案二：采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速，而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小，但电流很大；分压不仅会降低效率，而且实现很困难。 方案三：采用由电力电子器件组成的H 型PWM 电路。用单片机控制电力电子器件使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在电力电子器件的饱和截止模式下，效率非常高；H 型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM 调速技术。 兼于方案三调速特性优良、调整平滑、调整围广、过载能力大，因此本设计采用方案三。 4单闭环直流电机调速系统设计 4.1单闭环调速原理 4.1.1 闭环系统框图 4.1.2 调速原理 直流电机转速有： 常数Ke Ka 不变，Ra 比较小。 所以调节Ua 就能调节n 。 n n I K R K U K R I U n d d a e e d ?-=Φ -Φ=-=0φa a a U I U ≈-
自动化仪表安装施工程序和要求
自动化仪表安装施工程 序和要求 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
自动化仪表安装施工程序和要求 一、施工现场准备 1、大中型项目的仪表工程应有材料库房，加工预制厂，仪表库房，仪表调校室及工具。 2、仪表调校室应符合要求：仪表安装前的校准和实验应在室内进行，室温维持10~35℃，空气相对湿度不大于85%。 3、仪表实验的电源电压应稳定：交流电及60V以上的直流电源电压波动不应超过±10%，60V以下的直流电源电压波动不应超过±5%。 4、仪表实验的气源应符合要求：气源清洁、干燥、漏点比最低环境温度低10℃以上。 二、施工机具和标准仪器的准备 1、调校用标准仪器、仪表基本误差的绝对值，不宜超过被校准仪表基本绝对值的1/3. 三、仪表设备及材料的保管要求 1、测量仪表、控制仪表、计算机及其他外部设备等精密设备，宜存放在温度为5~40℃、相对湿度不大于80%的保温库内。 2、仪表设备及材料在安装前的保管期限，不应超过1年； 3、设备由温度低于-5℃的环境移入保温库时，应在库内放置24h后再开箱。
自动化仪表设备安装要求 一、就地仪表的安装位置 1、仪表中心距操作地面的高度为~； 2、显示仪表应安装在便于观察示值的位置； 3、仪表不应安装在有振动、潮湿、易受机械损伤、有强电磁场干扰、高温、温度度变化剧烈和有腐蚀性气体的位置 4、检测元件应安装在能真实反映输入变量的位置 二、压力实验 1、直接安装在管道上的仪表安装完毕后，应随同设备或管道系统进行压力实验，宜在管道吹扫后压力实验前安装，当必须与管道同时安装时，在管道吹扫前应将仪表拆下 三、仪表上接线盒 1、引入口不宜朝上； 2、应采取密封措施。 四、测温元件的安装 1、测温元件安装在易受被测物料强烈冲击的位置，应按设计规定采取防弯曲措施 五、压力检测仪表 1、测量气体介质压力时，变送器安装位置宜高于取压点 2、测量液体或蒸汽压力时，变送器安装位置宜低于取压点
Wincc课程设计报告——自动化
内蒙古建筑职业技术学院《组态软件WINCC及其应用》设计报告 水箱液位的WinCC监控 姓名： 学号： 专业班级： 指导老师： 所在学院： 年月日
本设计是基于SIMATIC WinCC的水箱液位监控系统，可以自动完成蓄水和排水功能，满足工业生产过程中的需要。SIMATIC WinCC是第一个使用最新的32位技术的过程监视系统，具有良好的开放性和灵活性。 随着科学技术的发展，工业生产过程的自动化水平越来越高，相应的要求其控制界面也应该越来越人性化和简洁化，人们也逐渐意识到原有的上位机编程的开发方式。WINCC软件是一种通用的工业监控软件，它把过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理与一体，实现最优化管理。它基于Microsoft Windows XP/NT2000操作系统，用户可以在企业网络的所有层次的各个位置上都可以获得系统的实时信息。采用组态王软件开发工业监控工程，可以极大地增强用户生产控制能力、提高工厂的生产力和效率、提高产品的质量、减少成本及原材料的消耗。它适用于从单一设备的生产运营管理和故障诊断，到网络结构分布是大型集中监控管理系统的开发。它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。 关键字：WinCC、自动化、工业监控
This design is based on SIMATIC WinCC water control system, you can auto-complete of water storage and drainage features, and meet the needs of industrial production processes. SIMATIC WinCC is the first process monitoring systems with the latest 32-bit technology, openness and flexibility with good. With the development of science and technology, the industry increasingly higher level of automation of the production process, the corresponding requirements under its control interface should be more humane and simplicity of, people also come to realize that the original development of computer programming.WINCCsoftware is a general industrial monitor software, it design, hands-on process control and plant resource management and integration, achieving optimal management. It is based on the Microsoft Windows XP/NT2000 operating system, the user can at all levels of the corporate network wherever it can get real time information system. Using the kingview software development industry to monitor the project, can greatly enhance user control, to improve productivity and efficiency, improve product quality, reduce costs and raw material consumption. It is suitable for production and operations management from a single device and troubleshooting to the network structure is the distribution of the large concentrated monitoring system development. It to a standard industry computer software and hardware platforms constitute integrated system to replace the traditional closed systems. Keywords: WinCC,Automation , industrial monitor
检测技术及仪表课程设计报告
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。
车站信号自动控制课程设计报告
1设计目的 在学习了“车站信号自动控制”课程的基础上，加深对6502电气集中电路的理解；掌握信号平面布置图的设计，熟悉各个轨道区段的划分、各类信号机的布置和命名；轨道电路极性交叉的配置和轨道送受电端扼流变压器的设置。通过本次课程设计，提高工程设计技能，为后续课程的学习和毕业设计打下基础。 2设计要求及内容 2.1设计内容 此次课程设计内容包括车站信号平面图及双线轨道电路图的绘制。车站信号平面布置图是车站信号工程设计和施工的重要依据，是车站联锁系统的根本基础，双线轨道电路的极性交叉是列车安全运行的保障。掌握该设计的原则对我们今后所从事的工作意义重大。 (1) 使用CAD绘图软件绘制出5#站信号平面布置图； (2) 使用CAD绘图软件绘制出5#站信号平面布置对应的双线轨道电路图。 2.2设计要求 要求在老师的指导下独立完成设计任务，设计中一方面要利用已有的资料，合理参考，尽快完成课程设计，另一方面，不能盲目地﹑机械地抄袭，要具体问题具体分析﹑有针对性的进行设计，课程设计结束时，绘制出图纸，按要求写出课程设计报告。报告应能够充分说明所涉及的内容，语言流畅，逻辑性强，书写规范。 3图纸说明 本次课程设计的主要任务包括熟悉与车站信号相关的各种工程实践环节及运用所学的车站信号自动控制知识进行基本的工程设计，其中包括两张CAD工程图纸的绘制及编写，即： (1)5#站信号平面布置图(如附图1所示)； (2)5#站下行咽喉双线轨道电路图(如附图2所示)； 3.15#站信号平面布置图 3.1.1信号平面布置图的布置原则 附图1为5#站信号平面布置图，可反映出道岔直向位置﹑轨道电路区段的划分及列车的运行情况等。信号平面布置图的布置包括以下几个方面：
检测技术课程设计资料
课程设计报告 物位检测学院 学科专业 姓名学号 指导教师 起止周次 提交日期
关键词：物位测量仪，原理，应用 简介：物位测量仪表按所使用的物理原理可分为直读式物位仪表、差压式物位仪表（包括压力式）、浮力式物位仪表、电测式（电阻式，电容式与电感式）物位仪表、超声式物位仪表、核辐射式物位仪表等。直读式物位仪表。从测量机构上可直接读出液位，玻璃管（或玻璃板）液位计就是利用连通器原理，用旁通玻璃管（或玻璃板）读数。根据测量要求，有透光式和反射式等型式。 浮力式物位仪表，利用液面上的浮子或沉浸在液体中浮筒（也称沉筒）受到浮力作用而工作。这类仪表分为两种：一种是在测量过程中浮力维持不变，如浮球液位计、浮标液位计，工作时浮标随液面高低变化，通过杠杆或钢丝绳等机构将浮标位移传递出去，再经电位器、数码盘等转换为模拟或数字信号；另一种是在测量过程中浮力发生变化，如浮筒式液位计，液位改变时浮筒在液体内浸没的程度不同，所受的浮力也不同，将浮力的变化量转换成差动变压器铁芯的位移，就可输出相应的电信号，供指示、记录、报警和调节之用，也可远距离传送。 在工业生产过程中测量液位、固体颗粒和粉粒位，以及液-液、液-固相界面位置的仪表。一般测量液体液面位置的称为液位计，测量固体、粉料位置的称为料位计,测量液-液、液固相界面位置的称为相界面计。在工业生产过程中广泛应用物位测量仪表，测量锅炉水位的液位计就是一例。发电厂大容量锅炉水位是十分重要的工艺参数，水位过高、过低都会引起严重安全事故，因此要求准确地测量和控制锅炉水位。水塔的水位、油罐的油液位、煤仓的煤块堆积高度、化工生产的反应塔溶液液位等，都需要采用物位测量仪表测量。
自动控制原理课程设计报告
成绩： 自动控制原理 课程设计报告 学生姓名：黄国盛 班级：工化144 学号：201421714406 指导老师：刘芹 设计时间：2016.11.28-2016.12.2
目录 1.设计任务与要求 (1) 2.设计方法及步骤 (1) 2.1系统的开环增益 (1) 2.2校正前的系统 (1) 2.2.1校正前系统的Bode图和阶跃响应曲线 (1) 2.2.2MATLAB程序 (2) 3.3校正方案选择和设计 (3) 3.3.1校正方案选择及结构图 (3) 3.3.2校正装置参数计算 (3) 3.3.3MATLAB程序 (4) 3.4校正后的系统 (4) 3.4.1校正后系统的Bode图和阶跃响应曲线 (4) 3.4.2MATLAB程序 (6) 3.5系统模拟电路图 (6) 3.5.1未校正系统模拟电路图 (6) 3.5.2校正后系统模拟电路图 (7) 3.5.3校正前、后系统阶跃响应曲线 (8) 4.课程设计小结和心得 (9) 5.参考文献 (10)
1.设计任务与要求 题目2：已知单位负反馈系统被控制对象的开环传递函数 ()() 00.51K G s s s =+用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计。 任务：用串联校正的频率域方法对系统进行串联校正设计，使系统满足如下动态及静态性能 指标： （1）在单位斜坡信号作用下，系统的稳态误差0.05ss e rad <； （2）系统校正后，相位裕量45γ> 。 （3）截止频率6/c rad s ω>。 2.设计方法及步骤 2.1系统的开环增益 由稳态误差要求得：20≥K ，取20=K ；得s G 1s 5.0201)s(0.5s 20)s (20+=+=2.2校正前的系统 2.2.1校正前系统的Bode 图和阶跃响应曲线 图2.2.1-1校正前系统的Bode 图
自动化仪表安装
自动化仪表安装 1.自动化仪表安装工程主要内容 仪表、仪表箱及仪表接线箱、仪表及控制柜、电缆保护管、接地极根接地母线。 2.施工准备 根据设计图纸、随机技术文件以及相关的规范、规程标准要求，结合施工现场的具体条件编制专业施工技术方案，进行必要的技术培训和详尽的技术交底。做好设计院设计图纸会审工作，根据随机技术文件提供的各种检测系统的技术要求及参数，对已确定的设计图纸及拟采用的施工方法进行核实，确保满足仪表正常工作的技术要求。 按照各类仪表自身对工作环境、保管存放环境的要求，检查施工现场，安装现场环境应有与仪表运行保管存放环境基本相当的条件，现场仪表安装时，其它安装施工应基本结束，现场环境应清洁，温、湿度应满足要求。 根据各种仪表、材质及技术要求，选择适当的脱脂方法，确定施工中必须的机具，备好仪表单位校验、系统模拟试验所需的各种检验设备、仪器仪表。 3.主要施工程序 线路敷设：现场检测仪表、集中控制设备施工定位→配合土建预埋保护管及基础型钢安装→桥架及明设管路安装→接地安装测试→仪表箱盘柜安装及内部接线检验→线缆敷设→接线检验。 仪表安装：仪表开箱检查→仪表清洗→仪表单体检验→现场检测仪表定位→现场检测仪表安装→导压管路随工艺管道试压→检测回路信号线校接→单回路模拟试验。 材料检查及计量器具要求 施工中所用的材料必须是合格产品，并附有产品合格证、质保书、准用证，各种材料的型号、规格、使用环境、电压等级、精度等级等技术指标必须符合设计要求。 设备开箱检查，必须保证供货商、业主或监理、施工诸方共同参加，并对包
装外观、箱号进行检查，依据装箱单核实箱内设备、零部件、随机工具等，设备型号、规格、数量必须与装箱单相符，箱内随机技术文件应齐全，设备不应有机械外伤、变形、锈蚀等缺陷，并对设备表面质量作出宏观初步评价。 施工中所用的检验工具及仪器必须符合《自动化仪表安装工程质量检验评定标准》（GBJ131-90）附录一要求。 4.施工方法 4.1保护管敷设 安装程序：熟悉图纸→放线定位→材料检查→锉口套丝→配管→质量检查→管内杂物清理→管内穿引线→封闭管口→隐蔽验收。 4.2金属保护管敷设 保护管不应有变形裂缝，内部应清洁无毛刺，管口应光滑，保护管弯曲处不应有凹陷、裂缝和明显的弯扁，弯曲半径；当空铠装电缆或暗敷设时大于10D，当穿无铠装电缆且明敷设时≥6D，保护管直角弯不应小于90度，全长不应超过2个弯，否则应加拉线盒；两端口应装设护线箍。 管子连接一般采用螺纹连接，管端螺纹长度不应小于管接头的1/2，管子连接后应焊跨接地线。 在有爆炸和火灾危险的场所，以及可能有粉尘、液体、蒸汽、腐蚀性或潮湿气体进入管内的地方敷设的保护管，其两端管口应密封。 4.3塑料管敷设 弯管时加热应均匀，管子不应有明显变形与烧焦，用套管加热连接时，管子插入深度宜大于外径的1.5倍，当使用粘合剂连接时，应大于1.1倍。 支架间距：DN25以下≤1m，DN25以上≤1.5m，管端及连接部件的两侧300㎜处应加以固定，管线直线长度大于30m时，应采取热膨胀补偿措施。 与未绝热的高温工艺设备，管道表面间的距离≥500㎜。 4.4保护管安装的其它规定 保护管与检测元件或就地仪表之间，应用金属软管连接，并有防水弯，金属软管应做接地处理，与就地仪表箱、分线箱，接线盒等连接时应密封，并用锁紧螺母将管固定牢固。