个桥臂组成，高频电源E经电感L1、L4耦合到L2、L3，与C1、C2组成的电桥。AB为可调桥臂，R1C1可用来调整仪表的零点，使桥路平衡（此时AC中没有电流输出）。DA为测量桥臂，利用开关S来检测仪表的工作情况。工作时，利用开关S将被测电容CX接入测量桥臂。当要检查仪表时，将开关S按下，使电容C2接入桥臂。若仪表工作正常，毫安表应指示在某一定值，当桥臂阻抗ZABZCD=ZBCZDA时，电桥处于平衡状态，电桥没有输出电流。当被测液位电容CX因液位变化而变化时，电桥平衡状态被破坏，不平衡电流经二极管VD整流后，由毫安表指示输出电流值，此值即反映了液位的高度。
各种液位检测仪表都有其特点和适用范围，选择时必须考虑测量范围、测量精度、被测介质的物理化学性质、环境操作条件、容器结构形状等因素。在液位检测中最常用的就是静压式和浮力式测量方法，但必须在容器上开孔安装引压管或在介质中插入浮筒，因此在介质为高粘度或者易燃易爆场合不能使用这种方法。
三、适合本系统的检测转换元件
本系统流量检测转换元件为涡轮流量计，而液位检测转换元件为静压式液位计。
2.2.3 执行元件的选择、性能参数
本系统所使用实验装置可用提升泵或电磁阀作为执行机构。提升泵用来控制进水流量，而电磁阀可用来改变出水流量，产生干扰。 一、提升泵
提升泵为交流异步电动机构成。当系统运行时，由调节器根据偏差产生相应电压输送给变频器，变频器将一定频率信号输送给提升泵，从而改变其转速，使流量发生变化。本实验装置所使用提升泵的性能参数如下：
最大扬程：40m 最大流量：2.5m3/h 吸程：8m 二、电磁阀
电磁阀理想流量特性为线性。如图2.10所示。其中，Q/Qmax为相对流量，即调节阀某一开度流量Q与全开流量Qmax之比；l/L为相对开度，即调节阀某
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一开度行程l与全行程L之比。
Q/Qmax(%) l/L(%) 图2.10
2.2.4 测试广义对象的响应曲线并辨识其传递函数 一、广义对象示意图
液位广义对象由水箱液位、变频器、提升泵、差压液位传感器和变送器组成。流量广义对象由变频器、提升泵、流量、涡轮流量变送器组成。
液位 调节器 △U 变频器 流量 调节器 液位对象 流量 测量 变送器 △f 水泵 液位 测量 变送器 储水箱 图2.11
二、测试步骤
(1)接通进水管道的手动阀，保证进水畅通。打开出水通道的阀门。其余阀
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门关闭。
(2)接通实验装置的电源，启动计算机，保证计算机与实验装置通信正常。 (3)进入计算机中组态软件（已编制好控制程序的）的液位(流量)控制的界面，待液位处于平衡状态时（初始为零），通过组态软件的设定功能改变变频器的频率，改变幅度为20Hz或30Hz或40Hz。
(4)观察液位(流量)变化曲线并记录。
(5)做完一次实验后，放掉水箱里的水使液位回复到初始零位置，再做第二次实验。
(6)由响应曲线辨识出广义对象的传递函数 三、广义流量对象的阶跃响应曲线：
图2.12
对图2.12所示阶跃响应曲线，可用下式进行拟合： Go2?s??K2 (2.26) T2s?1上式中Go2?s?表示该传递函数为副变量传递函数，K2、T2为对应的增益和时间常数。
K2?Q????Q?0?1160?1? (2.27) ??38.67?L/h?Hz????f30对应2%的误差带，由图2.12可得：
4T2?7?s? (2.28) 所以 T2?1.75?s? (2.29)
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则 Go2?s??四、广义液位对象的阶跃响应曲线
38.67 (2.30)
1.75s?1
图2.13
对图2.13所示阶跃响应曲线，可用下式进行拟合：
K1??sGo1??s??e (2.31)
T1s?1上式中Go1??s?表示该传递函数为主变量的传递函数，K1、T1分别为对应的增益和时间常数。
在?远小于T1的情况下，可将式(2.31)改为：
Go1??s??K1 (2.32)
?s?1Ts?1???1?K1?H????H?0?165??8.25?mm/Hz? (2.33)
f20对应5%的误差带，由图2.13可得：
3T1?3460?s? (2.34)
所以 T1?而?由图2.13可得??18?s? 所以 Go1??s??3460?1153.33?s? (2.35) 38.25 (2.36)
18s?11153.33s?1????19
式(2.36)所示为液位在自吸泵的作用下的传递函数，自吸泵通过流量而操纵液位，液位在流量作用下的传递函数可用下式表示：
Go1??s?0.21?1.75s?1?8.251.75s?1Go1?s?????(2.37)
Go2?s??18s?1??1153.33s?1?38.67?18s?1??1153.33s?1?§2.3 不加校正装置的控制系统的性能分析
2.3.1 基本控制系统的方框图
液位 调节器 Gc1?s? 流量 调节器 Gc2?s? 执行 机构 Gv?s? 流量 对象 Go2?s? 液位 对象 Go1?s? Gm2?s? 流量 变送器 液位 变送器 Gm1?s? 图2.14
2.3.2 未加校正装置的闭环控制系统的方框图
系统未加校正，即未加入控制规律时，即图2.14 中Go1?s?、Go2?s?的传递函数均为1，此时它们都不起控制作用。如图2.15 所示。
38.671.75s?1110.21?1.75s?1? ?18s?1??1153.33s?1?图2.15
可计算出此时系统的闭环传递函数为：
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