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壓阻傳感器在真空度控制的應(yīng)用論文
摘要：本文探討壓阻式傳感器MPX10在制筆機(jī)械真空度控制的應(yīng)用，給出了MPX10的技術(shù)數(shù)據(jù)，檢測轉(zhuǎn)換電路，及傳感器在塑料筆桿成型時真空度控制設(shè)計與系統(tǒng)調(diào)試實際應(yīng)用，對其他類似壓差控制具有一定參考意義。
關(guān)鍵詞：MPX10；真空度檢測；真空度控制系統(tǒng)
1控制要求
塑料筆桿生產(chǎn)工藝需要經(jīng)擠出機(jī)模芯擠出成管、牽引冷卻定型、切斷成長管，再經(jīng)切斷機(jī)切斷平口成筆管長度，最后經(jīng)自動攻絲機(jī)雙頭攻絲成為成品。經(jīng)擠出機(jī)模芯初步成形后的筆管，進(jìn)入水槽冷卻固化定型，為保證同心度、壁厚、內(nèi)徑、外徑尺寸，需在冷卻水槽前部設(shè)置一部分真空段，使筆管擴(kuò)張到規(guī)定要求。筆桿型號各樣、材料不同、擠出速度變化、牽引速度變化、水槽前后風(fēng)量變化等很多因素影響著真空段的真空度。在實際生產(chǎn)中，要求真空度穩(wěn)定。
2設(shè)計方案
本文的設(shè)計方案是：冷卻水槽抽真空由1臺三相交流電動機(jī)驅(qū)動的排風(fēng)機(jī)完成，電機(jī)由變頻器控制，水槽相對密封，只有前后筆桿進(jìn)出有空氣進(jìn)入。水槽真空冷卻段上方開孔2個，安裝壓差傳感器檢測真空度、指針式負(fù)壓表指示實際負(fù)壓。變頻器給定需要的真空度，壓力傳感器和變頻器構(gòu)成閉環(huán)控制。壓力檢測：MPX10壓阻式壓差傳感器。P1孔外置于大氣，P2孔檢測水槽內(nèi)負(fù)壓，壓差代表真空度。排風(fēng)機(jī)控制：排風(fēng)電機(jī)用變頻器控制速度，采用變頻器內(nèi)置PID控制器，變頻器面板給定作為真空度給定值，由傳感器MPX10檢測的實際真空度作為反饋量，完成真空度閉環(huán)控制，使各種影響真空度的干擾源包括在內(nèi)，自動完成真空度穩(wěn)定。真空度：本文指相對于大氣壓的負(fù)壓程度，以百分比（%）表示。
3方案實施
控制系統(tǒng)由壓力檢測與轉(zhuǎn)換、變頻器閉環(huán)控制組成。3.1壓差檢測與轉(zhuǎn)換如圖2所示，壓差檢測采用Motorola壓阻型集成芯片MPX10，體積小，集成度高，線性度好，內(nèi)帶電橋平衡電路，實現(xiàn)溫度自動補(bǔ)償。技術(shù)數(shù)據(jù)：壓力范圍為0～10kPa，最大承壓范圍75kPa，靈敏度3.5mV/kPa，零壓偏差典型值20mV，工作電壓+5V（典型值3V）。P1孔外置于空氣，P2孔檢測水槽內(nèi)負(fù)壓，壓差代表真空度，經(jīng)MPX10轉(zhuǎn)換成差分電壓。MPX10的1、3腳為電源，2、4腳輸出差分電壓。轉(zhuǎn)換電路：采用差分式儀表放大器，3個電位器分別調(diào)整芯片工作點、放大比例、零位。零位調(diào)整使P1、P2都置于大氣時放大器輸出電壓為零。轉(zhuǎn)換電路把工作所需最大負(fù)壓轉(zhuǎn)換成+10V輸出。運算放大器為集成電路四運放LM324。3.2變頻器閉環(huán)控制系統(tǒng)使用變頻器內(nèi)置PID，給定真空度范圍1%～100%，由操作面板直接以數(shù)字設(shè)定；反饋0-+10V信號接入變頻器電壓模擬量輸入端，10V對應(yīng)最大負(fù)壓，量化為給定值100%。由于系統(tǒng)較簡單，變頻器內(nèi)置PID完全能夠達(dá)到要求，不必制作PID控制電路板。
4調(diào)試結(jié)果
本文取材于對無錫信立文具用品公司橡塑筆桿制筆設(shè)備改造。（1）電路板調(diào)試：當(dāng)P1、P2均置于大氣壓時，調(diào)節(jié)Rp1使MPX10差分輸出電壓為0；短接儀表放大器輸入端，調(diào)節(jié)Rp3使儀表放大器輸出為0；電路板正常接線，變頻器開環(huán)控制，使真空度達(dá)到需要的最大時，調(diào)節(jié)Rp2使電路板輸出為10V。（2）變頻器參數(shù)設(shè)置：設(shè)定為PID控制，面板百分比給定，模擬電壓輸入為反饋信號；V/F控制模式，負(fù)載為風(fēng)機(jī)水泵；PID參數(shù)，D參數(shù)設(shè)定為0，P參數(shù)影響超調(diào)量設(shè)置中等，I參數(shù)影響真空度穩(wěn)定性，適當(dāng)大些則穩(wěn)定度更好。按照上述設(shè)計，適當(dāng)調(diào)整變頻器PID參數(shù)，達(dá)到真空度控制要求，實際效果很好。由于使用內(nèi)置PID，真空度數(shù)字化更直觀。經(jīng)過改造的設(shè)備，調(diào)試與使用簡單直觀，真空度穩(wěn)定性好。
參考文獻(xiàn)：
[1]Fujicorp.富士G11變頻器使用手冊[EB/OL].2011-12-05.
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