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研究生: 吳振廷
CHEN-TING WU
論文名稱: 熱質式流量計自動品質檢測系統發展與校正應用研究
Study of Automated Quality Measurement System and Calibration Application for a Thermal Mass Flow Sensor
指導教授: 蔡明忠
Ming-Jong Tsai
口試委員: 詹朝基
Chao-Chi Chan
林顯群
Sheam-Chyun Lin
郭永麟
Yung-Lin Kuo
嚴孝全
Hsiao-Chuan Yen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 自動化及控制研究所
Graduate Institute of Automation and Control
論文出版年: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 129
中文關鍵詞: 熱質式流量計PID控制溫度控制流量控制資料擷取自動品質檢測
外文關鍵詞: Thermal mass flow sensor, PID control, Temperature control, Flow control, Data acquisition, Automatic quality measurement
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  • 流量感測在工業界有相當多的應用,其中熱質式流量計因為它良好衡量動態現象的能力、簡單的結構和普遍的適用性,熱質式流量感測技術為量測紊流最可靠的方法之一。本研究目的為建構熱質式流量計自動檢測系統,系統包含PC控制器、自行開發的自動檢測人機介面(HMI,Human Machine Interface)、DAQ訊號擷取卡、PID控制器、流量標準源、溫度標準源、流體加熱器、流量控制馬達、訊號傳送器、儲水槽、測試管路與通訊傳輸裝置。
    為達成流量計之自動量程檢測,本研究首先建構一可控制流體溫度與流量大小的穩定測試管路系統,再將熱質式待測計安裝於測試管路內作自動檢測或校正。系統所使用之控制方法為PID控制,藉由溫度標準源與流量標準源回傳之訊號做為迴授訊號。系統會自動對流體加熱與控制流量馬達依預先設定的PID參數施行PID控制,以達到量程所需環境溫度與流量目標值。
    經實驗結果,本研究建立之流體測試環境具有穩定的流體加熱功能與流量控制功能。藉由PID控制,使測試管路內達到量程所要求的環境溫度值與流量值,其溫度控制準確度於溫度量程內可以達到±2℃的範圍,流量控制則是可以達到±1%的誤差準確度,足供熱質式流量計之自動品質檢測用途。


    Flow measurement is very common for modern factory's applications. Thermal mass flow sensor is widely used as a research tool in fluid mechanics, because it’s great ability of dynamic phenomenon measurement, simple construction and common applicability. Thermal mass flow measurement technique is the most reliable method for measuring a turbulent flow. The purpose of this study is to construct a quality measurement system for Thermal Mass Flow Sensor. The system consists of a host PC with self-developed Human Machine Interface, a data acquisition module, two PID controllers, a temperature and flow controlled testing pipe, a standard flow meter , a standard Thermometer, a fluid heater, a flow control motor, a water tank, a transducer module, communication and compensation systems.
    To process a series of temperature and flow span measurement, a stable testing pipe system with controlled temperature and mass flow is built. A thermal mass flow sensor is installed in a testing pipe for automatic quality measurement or calibration. The liquid temperature and mass flow in testing pipe are controlled by two PID controllers. A standard flow meter and a standard Thermometer are worked as the feedback for flow and temperature control respectively. Then the controllers automatically control the flow control motor and fluid heater to achieve the required temperature and flow environment according to the stored PID parameters.
    From the experimental results, a stable system with automated temperature and flow control capability is achieved. With the PID control, the accuracy of temperature control can reach ±2℃, and flow control steady state error can be maintained within 1% . The established system is enabling a thermal mass flow sensor to be verified at different temperatures and flow environment.

    摘 要 I Abstract II 誌 謝 III 目 錄 IV 圖 目  錄 VIII 表 目  錄 XIII 第一章 緒論 1 1.1研究背景 1 1.2研究動機與目的 2 1.3研究內容和步驟 4 1.4本文架構 7 第二章 文獻回顧與相關技術探討 9 2.1 流體的定義與分類 9 2.1.1 流體之流率與流速 10 2.1.2 雷諾數、層流與紊流 11 2.2流量感測器 14 2.2.1差壓式流量計 14 2.2.2渦輪式流量計 19 2.2.3面積式流量計 20 2.2.4超音波式流量計 21 2.2.5電磁式流量計 22 2.2.6熱傳導式流量計 23 2.2.7熱線式流量計 24 2.2.8科氏力式流量計 27 2.2.9各式流量計量測環境比較 29 2.3文獻探討 30 第三章 伺服控制與感測器品質檢測方法 32 3.1伺服迴授控制原理 32 3.2 PID控制理論 36 3.2.1 控制系統之性能指標 39 3.2.2 PID控制系統之系統辨識 40 3.2.3 PID控制系統之參數調整 42 3.3串列通訊原理 46 3.3.1 RS-485傳輸技術介紹 48 3.3.2 Modbus通訊協定原理 50 3.3.3 CRC(循環冗餘檢查 Cyclic Redundancy Check ) 54 3.4標準品質測量程序 55 第四章 系統架構與軟硬體設計 61 4.1 實驗平台架構 61 4.2系統硬體架構 63 4.2.1待校正流量計LFT85 65 4.2.2流量標準源 67 4.2.3溫度標準源與多功能可程式傳送器 69 4.2.4類比數位資料擷取 71 4.2.5 PID控制器 73 4.2.6流體加熱器、流量控制馬達 74 4.2.7測試水道規格 75 4.3系統軟體架構 76 4.3.1 人機介面簡述 78 4.3.2 輸出量程模型 82 4.3.3通訊介面模型 83 第五章 實驗結果與討論 86 5.1 實驗步驟 86 5.2流量控制實驗 87 5.2.1流量控制之PID控制參數設定 88 5.2.2流量量程極限點實驗 98 5.2.3環境溫度與流量大小對系統穩定性影響測試 99 5.2.4 PID流量控制抗干擾實驗 106 5.2.5流量量程輸出規格 108 5.3溫度控制實驗 111 5.3.1熱管效應實驗 112 5.3.2溫度控制之PID控制參數設定 113 5.3.3溫度量程輸出規格 117 5.4熱質式待測計工作效能測試實驗 120 第六章 結論與未來發展方向 124 6.1 結論 124 6.2 未來發展方向 126 參考文獻 127

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    無法下載圖示 全文公開日期 2019/07/31 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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