论文设计-盐度控制器系统设计

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1、.毕业设计(论文)题 目： 盐度控制器设计 学 生： 詹 飞 学院(系)：_电信学院 专业班级： 自动化1024班 指导教师： 刘 强 国 辅导教师： 刘 强 国 时 间： 至_ 一、前言根据大学本科毕业要求，本科毕业生在毕业时都要完成毕业项目设计，按照自动化专业本专业的要求，经本人结合个人学习特点，选定并经指导老师同意，决定选做本题盐度控制器的设计作为毕业设计科目。盐度控制器的设计整个系统涉及到电子电路，传感器电路，单片机等几大科目。根据指导导师的设计要求，本设计主体部分为盐度测量传感器部分电路的设计，再加上由于温度的影响，使测量出现误差，所以还必须加上温度补偿电路部分设计，其它部分电路设计

2、不作过高要求。 盐度测量技术由电导测盐法代替了传统的化学滴定法，并研制出多种不同型式的盐度计，它们显示了各自的长处，目前，应用最广泛的是感应式盐度计和电极式盐度计。本装置根据电导法原理，以两根平行安置的圆柱状金属电极做探头，具有经济耐用、不易损坏的特点。由于盐度不同，电导率不同，从而探头两端电阻值不同，电桥将电阻的变化转换为输出电压的变化（或者采取串连电阻分压法），接着经放大和线性补偿后传给AD转换器，最后由MCS51单片机系统读出A/D转换值，经计算处理核算出盐度值，并驱动液晶显示器进行盐度数字显示，同时和门槛值比较后，决定系统的控制动作。二、盐度控制器系统设计1、设计任务与要求设计能较好地

3、完成海水淡化的盐度控制系统。其原理示意11所示 。图11 设计应该包括的内容为1、盐度控制测量的原理2、系统整体设计框图3、控制电路图与控制原理4、温度传感器的选用及电路设计5、盐度传感器的选用及电路设计参数要求，要求设计出的盐度传感器测量范围在020×10-6，分辨率为1×10-6，超过15×10-6既报警；正常工作温度为3050。2、盐度控制器系统框图总体叙述本系统主要有四大部分组成，即盐度测量系统、温度控制系统、单片机处理系统、执行系统。其中盐度测量系统由以下电路组成，振荡器、传感器测量电路、放大电路、电桥整流电路、功放电路。道先整个系统由振荡器发出一个直流

4、或交流信号送给盐度测量传感器电路，经测量由电桥转换得到一个测量信号再经放大电路加以放大整流再次加以放大，最后送入单片机处理。经单片机处理后的控制信号再送入执行机构进行盐度控制并同是送入显示器是路进行显示。同时也由于测量时温度的不同，所以可能导至测量出的盐度浓度数据不准确，从而影响盐度的控制，所以必须在测量系统基础上增加一个温度补偿控制系统，来补偿由于温度引起的误差，从而达到工业的控制要求。3、设计方案 盐度传感器电路的设计盐度传感器电路组成框图如下图12图所示。 图12盐度传感器整体原理图1、振荡器电路设计设计方案一振荡器电路用于产生一个电压和电流信号用于供给测量传感器电路信号的供给，此信号可

5、以是一个直流电信号也可以设计成交流电信号，方案一可选用一由555振荡器电路产生一个方波信号作为传感器测量供给信号。其电路原理图如下图13所示图13-555振荡器电路555产生的方波信号由于是一个直流电信号，虽然能够供给测量传感器电路一个电信号，直流信号送到传感器电极上但由于直流电信号极性为单一方向的，由于电极常期放入盐水中，因此容易被氧化，从而传感器不能准确测量，甚至不能测量。所以必须加以改进，换用交流信号发生器，其设计如下示。 设计方案二由R-C元件选频网络和放大电路两部分组成的RC振荡电路一般用于产生1HZ1MHZ范围的低频信号，其电路原理图如下图14所示。 图14RC振荡器电路适当调整负

6、反馈的强弱，使进入振荡时Av=1+Rt/R1的值略大于3，之后稳定时为3，其输出波形为正弦波。经查表运算放大器选用AD522为专门测量仪器使用运算放大器，其工作输入电源电压±10V，输入电阻为109K相对输入电阻来说为无穷大，输出电阻为70100,其输出信号电压有效电压规定要求为Vom=10mv，输出频率规定要求为=1596HZ。其电路参数计算如下： 令f=0 a=0振荡频率与振荡波形 =1596HZ 和=0=Z1= R+ =Z2=由=1596HZ= R取10K得C=×1596=9977×10-9F=9977×10-3µF=0.00977

7、81;F约取C1=C2=001µF 由振荡器平衡条件AV3=1+Rf/R1=又由AV=1+3可得2 取Rf为67K，R1取33K又输出有效电压V1Om=10mv 得VOmmax=×10mv=14.14mv2、传感器电桥电路设计设计方案一测量盐度的的敏感元件，可选用一盐度敏感电阻器件而不用两电极型式探头，将其放入盐液中时，其电阻值会随着盐度浓度的增加面增加（减小），再串联一分压电阻，最后从分压电阻两端取出电压信号送入放大电路进行放大，此电路设计的优点是结构简单，设计方便经济，其不足之处为电路输出灵敏度不高，分辨率低，使测量达不到测量要求，所以本次设计中不使用此电路。设计方案二

8、 电导分析法电导分析法原理为电解质溶液的电导率是溶液是各种离子的总贡献，溶液的浓度和组成部分改变时，电导率随之改变，两者存在定量的关系。电导（G）既电阻的倒数，是衡量电解质溶液导电能力的物理量，单位为西门子（S）。电解质溶液的电导与与电导率（），电极面积（A）及两电极之间距离（L）关系为G=· 以交流电桥作为传感器测量转换电路，其单臂工作电桥电路图如下图15所示图15-电桥电路。电桥中R1作为盐度测量部分，其设计原理如下，以R1为两电极放入盐水中，根据盐水的盐度浓度的改变不同其两电极间导电率也不同，从而使电极间的电阻值发生改变，引起输出电压信号的大小变化，再从分压电阻两端取出电压信号

9、达到测量目的。对负载而言，既从输出端向电桥看去，电桥可等效为ZO与UO的串联，其参数计算如下。电桥输出内阻 ZO=（Z1/Z2）+（Z3/Z4）=+ 电桥开路输出电压为 U2O=U2i·（-）=U2i· 式1-1-1负载电流为IL= = （ZL为负载阻抗取500K，这就保证了传感器工作于交流小信号下，有效地防止了传感器电极的氧化电离。负载电压为UL= U2O· 取ZLZO，故ULU2O=10mv电桥平衡（U2O=0）的条件为相对两臂阻抗乘积相等，既 Z1·Z3Z2·Z4当电桥工作时，此时为单臂工作，既电桥均接入电阻传感器，既Z1=R1+R1，且

10、初始时，R1=0，Zi=Ri满足电桥平衡条件=n 式1-1-2当盐度值从0开始变化时，既被测量使电导式传感器电阻发生变化，Ri0，电桥输出电压，可由Zi=Ri+Ri代入上式1-1-1计算求得 式1-1-3将上式1-1-2代入，并考虑RiRi,且略去Ri的二阶微量,并化简得 式1-1-4 式1-1-5e称为电桥输出的非线性误差,因RiRi,故e1,忽略非线性误差e，并取n=1,化简得 式1-1-6 式1-1-7经查阅有关资料四桥臂电阻器选用R1初值为100正常工作温度为2080，当其测量时，线性段工作测量变化电阻值范围定为（510）.R2R4选用固定电阻器，分别各为100，工作于常温之下。测量时

11、此时为单臂工作，电桥均接入电导传感器，既Z1=R1+R1，Z2=R2=R1=100，Z3=R3=R4=Z4=100，由上式1-1-6和式1-1-7得UO=Ui· Ui=10mv电桥输出非线性误差e=其转换计算列举如下1、 刚开始假设盐度值为0，电导率没有发生变化，则R1=0，输出电压为0，此时和没有测量时读值均为02、 当盐度值发生变化，电导率增加，由G=·得电阻减小， 取刚好使R1=5，测UO=Ui·=10mv×=0.125mv.3、 当盐度值达到饱和值时，电导率增加到最大，刚好使R1=10，测UO=Ui·=10mv×=025mv则