檢測技術及儀表課程設計論文目錄1背景知識.22實驗簡介.33 被測參數及儀表選用43.1 實驗管流體進口、出口溫度測量.43.2實驗管壁溫測量.63.3 水浴溫度.73.4 水位測量.83.5 流量測量.103.6 差壓.114 參考文獻.131背景知識換熱設備污垢的形成過程是一個極其復雜的能量、質量和動量傳遞的物理化學過程，污垢的存在給廣泛應用于各工業企業的換熱設備造成極大的經濟損失，因而污垢問題成為傳熱學界和工業界十分關注而又至今未能解決的難題之一。按對沉積物的監測手段分有：熱學法和非傳熱量的污垢監測法。熱學法中又可分為熱阻表示法和溫差表示法兩種； 非傳熱量的污垢監測法又有直接稱重法、厚度測量法、壓降測量法、放射性技術、時間推移電影法、顯微照相法、電解法和化學法。這些監測方法中，對換熱設備而言，最直接而且與換熱設備性能聯系最密切的莫過于熱學法。這里簡單介紹污垢監測的熱學法中的污垢熱阻法。表示換熱面上污垢沉積量的特征參數有：單位面積上的污垢沉積質量mf，污垢層平均厚度f和污垢熱阻Rf。這三者之間的關系由下式表示： (1) 圖1 清潔和有污垢時的溫度分布及熱阻壁（a）潔凈 （b）污染 壁污垢沉積層通常測量污垢熱阻的原理如下：設傳熱過程是在熱流密度q為常數情況下進行的，圖1a為換熱面兩側處于清潔狀態下的溫度分布，其總的傳熱熱阻為： (3)圖1b為兩側有污垢時的溫度分布，其總傳熱熱阻為 (4)如果假定換熱面上污垢的積聚對壁面與流體的對流傳熱系數影響不大，則可認為。于是從式(4-4)減去式(3)得： （5）式(5)表明污垢熱阻可以通過清潔狀態和受污染狀態下總傳熱系數的測量而間接測量出來。實驗研究或實際生產則常常要求測量局部污垢熱阻，這可通過測量所要求部位的壁溫表示。為明晰起見，假定換熱面只有一側有污垢存在，則有： （6） （7）若在結垢過程中，q、Tb均得持不變，且同樣假定，則兩式相減有： (8)這樣，換熱面有垢一側的污垢熱阻可以通過測量清潔狀態和污染狀態下的壁溫和熱流而被間接測量出來。2實驗裝置簡介如圖所示的實驗裝置是東北電力大學節能與測控研究中心楊善讓教授為首的課題組基于測量新技術軟測量技術開發的多功能實驗裝置。基于本實驗裝置，先后完成國家、東北電力公司、省、市多項科研項目并獲獎，鑒定結論為國際領先。目前承擔國家自然科學基金、973項目部分實驗工作。圖2 多功能動態模擬實驗裝置外形圖本實驗裝置的模擬換熱器是由恒溫水浴作為熱源加熱實驗管段（約2m），水浴溫度由溫控器、電加熱管以及保溫箱體構成。水浴中平行放置兩實驗管，獨自擁有補水箱和集水箱，構成兩套獨立的實驗系統。可以做平行樣實驗和對比實驗。為獲取水處理藥劑的效果、強化換熱管的污垢特性、污垢狀態下強化管的換熱效果等等，管內流體一般為人工配制的易結垢的高硬度水或是含有固體微粒等致垢物質。125834679101112220V冷卻水入口出口圖3 實驗裝置流程圖1-恒溫槽體；2-試驗管段；3-試驗管入口壓力；4-管段入口溫度測點；5-管壁溫度測點；6-管段出口溫度測點；7-試驗管出口壓力；8-流量測量；9-集水箱；10-循環水泵；11-補水箱；12-電加熱管 3被測參數及儀表選用3.1測量實驗管流體進口（2040）、出口溫度（2080 ）此兩處的溫度比較低，測量不便，適合測量此段溫度的主要有液體膨脹式、雙金屬、熱電偶及熱電阻等溫度傳感器，而我們的實驗設備有上位機采集信息，所以最好選用熱電偶或者熱電阻。此處考慮到被測溫度范圍我選用了WZPK-233S|鎧裝Pt100熱電阻。圖4 WZPK-233S|鎧裝Pt100熱電阻圖5 測量端結構形式3.1.1工作原理鎧裝熱電阻是利用物質在溫度變化時，其電阻也隨著發生變化的特征來測量溫度的。當阻值變化時，工作儀表便顯示出阻值所對應的溫度值。3.1.2特點1熱響應時間少，減小動態誤差； 2直徑小，易彎曲，長度不受限制，適宜安裝在管道狹窄和要求快速反應、微型化等特殊場合；3測量精度高；4進口薄膜電阻元件，性能可靠穩定；5可對-200600溫度范圍內的氣體、液體介質和固體表面進行自動檢測，并且可直接用銅導線和二次儀表相連接使用，由于它具有良好的電輸出特性，可為顯示儀、記錄儀、調節器、 掃描器、數據記錄儀以及電腦提供精確的輸入值；6具有很強的抗污染和優良的機械強度，適合安裝在環境惡劣的場合。3.1.3常溫絕緣電阻熱電阻在環境溫度為1535C，相對濕度不大于80%，試驗電壓為10100V（直流）電極與外套管之間的絕緣電阻100M。3.1.4 偶絲直徑材料表1引線形式套管外徑 套管材質單支式 21Cr18Ni9Ti3.1.5測量范圍及允差表2型號分度號測溫范圍C精度等級允 差WZPKPt100-200-+500A級（0.15+0.002 ltl）3.1.6熱響應時間表3套管直徑熱響應時間333.1.7誤差分析主要有分度誤差、通電分度誤差、線路電阻不同或變化引入的誤差、附加電動勢及傳感器熱容量等。3.1.8注意事項通電電流要小，插入管內不能太長也不能太短。3.2實驗管壁溫（2080 ）測量由于被測管道進行水浴加熱，所以選用了WRNK-031G型卡箍式熱電偶。卡箍式管壁熱電偶、熱電阻是專為測溫管壁溫度而設計的，它采用卡箍式夾緊裝置，無需焊接，就可將溫度探頭上的加熱板與管道壓接，具有裝拆方便，反應靈敏、抗壓耐震和測量可靠等優點。同時該產品裝上溫度轉換器后，具有抗干擾、精度高、穩定性好等優點并且節省了補償導線，是天然氣、石化、電站等行業中管道溫度測量的新型溫度傳感器。為了避免水浴的影響，安裝時先在管壁上開一個和熱電偶測量端能良好接觸的槽（深度大約是壁厚的一半），安裝后縫隙最好能用和管壁導熱系數相當的材料填充。圖6 WRNK-031G型卡箍式熱電偶3.2.1技術指標表4型號分度號測量范圍精度等級接線盒形式導熱板材料安裝板材料管道直徑DmmWRNK-031GK0800大防噴接線盒1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti50200圖7 WRNK-031G型卡箍式熱電偶尺寸3.2.2誤差分析導熱誤差，傳熱誤差，輻射誤差以及水浴影響，另外由于冷端溫度也會產生誤差。3.2.3注意事項盡量避免水浴影響，并進行恰當的冷端處理3.3水浴溫度（2080 ）水浴溫度測量選用SARN-23000-M27-300/150-10帶溫度變送器熱電偶。圖8 SARN-23000-M27-300/150-10帶溫度變送器熱電偶3.3.1工作原理及應用熱電偶在工作狀態下所測得的熱電勢（電阻）的變化，經過溫度變送器的電橋產生不平衡信號，經放大后轉換成為4-20mA電信號給工作儀表，工作儀表便顯示所對應的溫度值。通常和顯示儀表、記錄儀表、電子計算機等配套使用，輸出4-20mA，直接測量生產現場存在碳氯化合物等爆炸物的-200-1300范圍內液體、蒸汽的氣體質以及固體表面溫度。3.3.2主要特點1二線制輸出4-20mA，抗干擾能力強；2節省補償導線及安裝溫度變送器費用；3測量范圍大；4冷端溫度自動補償，非線性校正電路。3.3.3技術指標表5主要技術指標基本誤差基本誤差=熱電偶允差對應輸出基本誤差+變送器精度（0.2%）輸出的基本誤差負載電阻0-500輸出信號4-20mA供電電源變送器工作電源電壓最低12VDC，最高35VDC，額定工作電壓24VDC環境溫度2580（危險場所不高于70）。相對濕度595RH熱電偶類型E分度號|鎳鎘-銅鎳熱電偶對數單支式|通常接線端子為2個安裝固定裝置螺紋M272接線盒形式防水式熱電偶外徑 mm16mm常用熱電偶保護管材料1Cr18Ni9Ti測溫元件形式傳統裝配式芯子熱電偶精度等級II級變送器量程01503.3.4誤差分析導熱誤差，溫度計在水中插入的深度影響觀測值（插入太深，測量值偏高；插入太淺，測量值偏低）3.3.5注意事項溫度計以適當的長度直立插入水中。3.4水位測量補水箱上位安裝，距地面2m，其水位要求測量并控制，以適應不同流速的需要，水位變動范圍200mm500mm。在此我選用型號為UHZ-517C16耐腐蝕PPR型磁翻柱液位計，由于此儀表輸出信號穩定性好，防水、防污、防腐蝕性能好，準確度高，便于信號遠傳，便于對補水箱水位進行讀取。圖9 UHZ-517C16耐腐蝕PPR型磁翻柱液位計3.4.1 工作原理 液位計根據浮力原理和磁性耦合作用原理工作的。當被測容器中的液位升降時，液位計主導管中的浮子也隨之升降，浮子內的永久磁鋼通過磁耦合傳遞到現場指示器，驅動紅白翻柱轉180，當液位上升時，翻柱由白色轉為紅色，當液位下降時翻柱由紅色轉為白色，指示器的紅、白界位處為容器內介質液位的實際高度，從而實現液位的指示。3.4.2特點 1使用被測介質廣泛，可測油、水及與316不銹鋼兼容的糊狀物，具有一定的防腐能力；2高準確度、高穩定性、選用進口原裝傳感器，線性好，溫度穩定性高；3體積小、重量輕、安裝、調試、使用方便；4不銹鋼全封閉外殼，防水好；5壓力傳感器直接感測被測液位壓力，不受介質起泡、沉積的影響；6輸出信號穩定性高易遠傳。3.4.3 技術指標 表6主要技術指標測量范圍1508000mm，對中心距超過8000mm的或遠輸條件不允許超過長度的液位計可采用分段制造。精 度0.5級負載電阻750使用環境溫度-2090工作壓力0.6MPa1.0MPa外殼材料PPR介質粘度0.4Pa.s,對于粘度大的介質或測量溫度低時易結晶的介質,可選用加熱夾套型液位計供電電壓12-36VDC輸出信號4-20mA介質密度0.52.0g/cm3環境振動頻率25Hz振幅0.5mm過程連接旁路側面安裝法蘭；DN25,PN1.0凸面3.4.4 誤差分析： 1 壓力的泄漏；2 引壓管道的摩擦損失；3 液體介質的管路中積集氣體。3.4.5 注意事項： 1 腐蝕或過熱的介質不能與變送器直接接觸；2 防止渣子在引壓管內部沉積；3 盡可能短地使用引壓管；4 兩引壓管里的液壓高度應保持平衡；3.5流量測量實驗管內流體流量需要測量，管徑25mm，流量范圍0.54m3/h。考慮到被測流量為微小流量，并且被測流體為人工配制的易結垢的高硬度水或是含有固體微粒等致垢物質的流體，考慮到它的腐蝕性，選用了一體式電磁流量計（DN100，精度0.5）型號：HM69-EMF。圖10 一體式電磁流量計HM69-EMF3.5.1工作原理一體式電磁流量計是根據法拉第電磁感應定律制定，用來測量導電流體的體積流量。由于獨特的特點，目前已廣泛地應用于工業上各種導電液體的測量。電磁流量計特別設計了帶背光寬溫的中文液晶顯示器，功能齊全實用、顯示直觀、操作使用方便，可以減少其他電磁流量計英文菜單所帶來的不便。另外設計4-6多電極結構，進一步保證了測量精度并且任何時候無需接地環，減輕了儀表體積和安裝維護的麻煩。電磁流量計在滿足現場顯示的同時，還可以輸出420mA電流信號供記錄、調節和控制用。3.5.2特點 1 儀表結構簡單、可靠，無可動部件，工作壽命長；2 無截流阻流部件，不存在壓力損失和流體堵塞現象；3 無機械慣性，響應快速，穩定性好，可應用于自動檢測、調節和程控系統；4 測量精度不受被測介質的種類及其溫度、粘度、密度、壓力等物理的影響；5 采用聚四氟乙烯或橡膠材質襯里和Hc、Hb、316L、Ti等電極材料的不同組合可適應不同介質的需要；6 備有管道式、插入式等多種流量計型號；7 采用EEPROM存貯器，測量運算數據存貯保護安全可靠；8 具備一體化和分離型兩種型式；9 高清晰度LCD背光顯示。3.5.3技術參數表7儀表精度管道式0.2、0.5級、1.0級；插入式2.5級測量介質流速范圍工作壓力環境溫度介質溫度外殼防護輸出信號通訊輸出電氣連接電源電壓最大功耗電導率大于5S/cm的各種液體和液固兩相流體0.215m/s4.0MPa-40+70聚四氟乙烯襯里180 橡膠材質襯里65IP65420mA.DC，負載電阻0750RS485或CAN總線M201.5內螺紋，10電纜孔85265V.AC、2410%V.DC20W3.5.4誤差分析1管內液體未充滿2液體中含有固相液體中含有粉狀、顆粒或纖維等固體，可能產生的故障有：漿液噪聲；電極表面玷污；導電沉積層或絕緣沉積層覆蓋電極或襯里；襯里被磨損或被沉積物覆蓋，流通截面積縮小；3液體電導率超過允許范圍引發的問題液體導電率若接近下限值也有可能出現晃動現象。3.5.5注意事項1水平安裝，要使兩電極在同一水平面上，并保證測量導管都充滿液體2安裝地點要遠離一切磁源3流量計前必須有10D左右的直管道，以消除各種局部阻力對流線分布對稱性的影響。3.6差壓由于結垢導致管內流動阻力增大，需要測量流動壓降，范圍為050mm水柱。由于被測流體為高硬度水并且差壓較小，所以我選用PTP801一體化型微差壓傳感器（液壓）。圖11 PTP801一體化型微差壓傳感器（液壓）3.6.1特點及結構采用OEM硅壓阻式差壓充油芯體組裝而成。外殼為全不銹鋼結構，具有很強的耐腐蝕性，兩個壓力接口為M201.5螺紋連接, 可直接安裝在測量管道上或通過引壓管連接。應用于航空，航天，汽車，醫療設備等領域的差壓、液位、流量測控等。 3.6.2主要技術參數表8量程010KPa35MPa綜合精度0.1%FS、0.3%FS、0.5%FS輸出信號420mA(二線制)、05V、15V、010V(三線制)供電電壓24DCV(936DCV)介質溫度