哈工大自动控制元件课程设计报告.doc

自动控制元件课程设计报告 ——工厂空气调节及净化装置 班级： 组员： 一、项目背景 在现代印刷厂在生产过程中，湿度、粉尘以及一些有害或易燃气体都对印刷厂的生产及员工的身体健康有着很大影响。 其中，湿度不当可能造成的结果有： 1：产生静电。纸张易产生静电。工作人员常有电击感，并伴有静电打手现象，尤其在秋冬干燥季节经常出现。静电的强度与环境湿度有着密不可分的关系，湿度越低静电越活跃。随着湿度增加而逐渐减弱。 2：纸张伸缩变形。由于纸张的品种不同，其膨胀收缩率不同。如果纸张与环境不能达到湿度平衡就会造成以下情况：纸张吸收水分而膨胀、失去水分而收缩。印完的纸张伸缩不一，给下道加工工序带来很多麻烦。 3：纸张起皱。纸张起皱的原因是由于其出现“荷叶边”或“紧边”等现象，使纸张不能平坦舒展，印刷时出现褶皱。此现象会使印刷器出现大量废品。 由于印刷厂大量纸张中含有纸粉并且空气中含有灰尘，在干燥的室内到处飞扬，对印刷品的质量有着严重的影响。 印刷厂的原料及在纸张的印刷过程中会产生一些有害易燃气体，如甲苯等，会对员工的身体健康造成危害。 因此，需要将湿度控制在一定范围内，并将粉尘及有害易燃气体浓度保持在一定标准以下。 二、设计目标 1、湿度控制：将厂房湿度控制在50%~65%的范围内，当湿度超过规定值时，通过风机与除湿装置配合，将湿度降低；当湿度低于规定值时，用离心式加湿装置与风机配合组成加湿设备，将湿度升高。将湿度信号通过传感器进行信号的采集并转换成电信号，再通过单片机进行数据的分析，并驱动执行元件（风机和离心机等）进行湿度调节。 2、粉尘及有害气体控制：通过粉尘及甲苯气体传感器，测量室内空气中粉尘和甲苯的含量，反馈给单片机，与设置的标准值进行比较，再由单片机输出控制信号，驱动风机运行，将含有粉尘及有害气体的空气过滤后排到室外。 三、总体方案设计 1、系统的性能指标和技术要求 1、湿度检测精度：3%RH；湿度保持范围：50%RH-65%RH 2、粉尘浓度允许上限：8 3、甲苯气体浓度允许上限：0.2 4、风机的风量：5000 5、尽量满足节能和经济性要求 2、系统的总体结构 本系统主要由以下部分组成：测量元件，执行元件，功率放大元件，主控电路，调节装置，信号转换装置。 系统湿度调节部分的流程图： 系统粉尘及甲苯浓度调节流程图： 四、主要元器件的选择及设计 1、测量元件的选择 湿度传感器的选择 湿度传感器产品的基本形式都是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。由湿度引起湿度传感器物理或化学变化的种类，可将湿度传感器分为电容式、电阻式和湿涨式。电容式是其高分子材料吸湿后引起介电常数发生变化；电阻式是其高分子材料吸湿后引起电阻率发生变化；湿涨式是其高分子材料吸湿后引起体积发生变化。 湿敏电阻的优点是灵敏度高，主要缺点是线性度和产品的互换性差。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，在高分子膜上各蒸镀一电极膜片，上方的电极为多孔性以吸收水份，高分子膜吸收水份之后，其介电系数将改变，致使感湿组件之电容量改变来达到测量湿度的目的常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酷酸醋酸纤维等。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。湿敏电容的主要优点是灵敏度高、产品互换性好、响应速度快、湿度的滞后量小、便于制造、容易实现小型化和集成化，其精度一般比湿敏电阻要低一些。。 国外生产湿敏电容的主厂家有Humirel公司、Philips公司、Siemens公司等。目前，国外生产集成湿度传感器的主要厂家及典型产品分别为Honeywell公司（HIH-3602、HIH-3605、HIH-3610型），Humirel公司（HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223型），Sensiron公司（SHT11、SHT15型）。这些产品可分成以下三种类型： (1)线性电压输出式集成湿度传感器；典型产品有 HIH3605/3610、HM1500/1520。其主要特点是采用恒压供电，内置放大电路，能输出与相对湿度呈比例关系的伏特级电压信号，响应速度快，重复性好，抗污染能力强。 (2)线性频率输出集成湿度传感器；典型产品为HF3223型。它采用模块式结构，属于频率输出式集成湿度传感器，在55%RH时的输出频率为8750Hz（型值），当上对湿度从10%变化到95%时，输出频率就从9560Hz减小到8030Hz。这种传感器具有线性度好、抗干扰能力强、便于配数字电路或单片机、价格低等优点。 (3)频率/温度输出式集成湿度传感器；典型产品为HTF3223型。它除具有