太陽(yáng)能集熱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)畢業(yè)論文（含外文翻譯）

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　題 目 太陽(yáng)能集熱監(jiān)測(cè)系統(tǒng) </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 08級(jí)機(jī)電三班 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　學(xué)生姓名

2、 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　設(shè)計(jì)所在單位 </p><p><b>　　2012年 5 月</b></p><p><b>　　太

3、陽(yáng)能集熱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)</b></p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　太陽(yáng)能作為一種清潔的可再生能源，是新能源開發(fā)和利用的主要對(duì)象，迄今為止，太陽(yáng)能的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，但最終可歸結(jié)為太陽(yáng)能熱利用和光利用兩個(gè)方面。太陽(yáng)能熱水器是目前效率最高的光熱利用項(xiàng)目。</p><p>　　本文的目的就是針對(duì)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，設(shè)計(jì)

4、測(cè)量系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過(guò)傳感器測(cè)量并且采集系統(tǒng)的水溫、流量和環(huán)境因素，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)集熱器工作性能的目的。所用到的設(shè)備有溫度變送器、流量傳感器、風(fēng)速傳感器、總輻射傳感器和數(shù)據(jù)采集卡。</p><p>　　通過(guò)太陽(yáng)能集熱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以對(duì)太陽(yáng)能熱水器的工作性能進(jìn)行監(jiān)測(cè),該系統(tǒng)可實(shí)際用于戶用型太陽(yáng)能熱水器的監(jiān)測(cè)，具有操作簡(jiǎn)單、顯示準(zhǔn)確的特點(diǎn)。</p><p>　　太陽(yáng)能光熱測(cè)量可以幫助人們較準(zhǔn)

5、確的掌握太陽(yáng)能的光熱利用效率，對(duì)光熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、改進(jìn)、使用提供有效的依據(jù)。有助于光熱利用的發(fā)展和推廣。</p><p>　　關(guān)鍵詞：集熱器，監(jiān)測(cè)，傳感器，數(shù)據(jù)采集</p><p>　　Thermal solar energy monitoring system</p><p><b>　　Abstract:</b></p><

6、;p>　　Solar energy as the one kind of clean and renewable energy, is the new energy development and utilization of the main target, so far, the solar energy application field is very wide, but ultimately boils down to

7、a solar thermal utilization and light use two aspects. The solar energy water heater is currently the most efficient solar-thermal use project.</p><p>　　The purpose of this paper is to solar hot water system

8、, design measuring system and data collecting system, through the sensor and collection system of water temperature and flow rate and environment factors, achieve the purpose of the performance monitoring collector. Use

9、to have the equipment temperature transmitter, flow sensor, wind speed sensor, total radiation sensors and data acquisition card.</p><p>　　Through the thermal solar energy monitoring system design, can the w

10、orking performance of solar energy water heater monitoring, this system can be used in the actual door type solar energy water heater with the monitoring, the operation is simple, accurate with the characteristics of the

11、 show.</p><p>　　The solar-thermal measurement can help people relatively accurate grasp of the efficiency in the use of solar energy field, warmth to the design of the system, the improvement, to provide the

12、 basis for the effective use. Help to the development and promotion of warmth.</p><p>　　Key words： collectors, monitoring, sensor, data collection</p><p><b>　　目錄</b></p><p

13、><b>　　第一章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1研究背景1</b></p><p>　　1.2 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)介紹1</p><p>　　1.2.1太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)組成1</p><p>　　1.2.2太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)2</p><p&

14、gt;　　1.2.3太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的缺點(diǎn)2</p><p>　　1.3 本文研究的內(nèi)容3</p><p>　　第二章 傳感器技術(shù)4</p><p>　　2.1 傳感器的分類4</p><p>　　2.1.1傳感器的定義4</p><p>　　2.1.2傳感器的組成4</p><p>

15、;　　2.1.3傳感器的分類4</p><p>　　2.1.4對(duì)傳感器的性能要求5</p><p>　　2.2 電阻式傳感器及應(yīng)變儀5</p><p>　　2.2.1變阻器式傳感器5</p><p>　　2.2.2電阻應(yīng)變式傳感器6</p><p>　　2.2.3電阻應(yīng)變儀6</p><

16、p>　　2.3 磁電式傳感器及電感式傳感器7</p><p>　　2.3.1磁電式傳感器7</p><p>　　2.3.2電感式傳感器8</p><p>　　第三章 太陽(yáng)能集熱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1 集熱器監(jiān)測(cè)部分設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.1.1溫度變送器的原理11&l

17、t;/p><p>　　3.1.2溫度變送器的選型11</p><p>　　3.1.3流量傳感器的原理12</p><p>　　3.1.4渦輪流量流量傳感器的選擇13</p><p>　　3.2 環(huán)境監(jiān)測(cè)部分設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.2.1溫度變送器的選型13</p><p>　　3

18、.2.2風(fēng)速傳感器的原理14</p><p>　　3.2.3風(fēng)速傳感器的選型14</p><p>　　3.2.4總輻射傳感器的原理15</p><p>　　3.2.5總輻射傳感器的選型15</p><p>　　第四章 太陽(yáng)能集熱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案17</p><p>　　4.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景17</p>

19、;<p>　　4.1.1光熱利用17</p><p>　　4.1.2太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)17</p><p>　　4.1.3太陽(yáng)能集熱監(jiān)測(cè)的意義17</p><p>　　4.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.2.2各監(jiān)測(cè)量18</p&

20、gt;<p>　　4.3 MPS多功能數(shù)據(jù)采集卡18</p><p>　　4.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想19</p><p>　　4.4.1測(cè)量方法：排水法（GB/T 18708-2002）19</p><p>　　4.4.2計(jì)算公式20</p><p>　　4.5 實(shí)驗(yàn)步驟20</p><p>　　4.

21、6 實(shí)驗(yàn)測(cè)量21</p><p>　　4.7 測(cè)量原理圖21</p><p>　　第五章 總結(jié)與展望22</p><p><b>　　5.1 結(jié)論22</b></p><p><b>　　5.2 展望22</b></p><p><b>　　致謝24&

22、lt;/b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)25</b></p><p><b>　　附錄26</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　1.1研究背景</b></p><p

23、>　　隨著世界人口的增加和人們對(duì)能源依賴程度的增加，能源問(wèn)題成為越來(lái)越嚴(yán)重的問(wèn)題。根據(jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)家和科學(xué)家的普遍估計(jì)，到本世紀(jì)中葉，即2050年左右，石油資源將會(huì)開采殆盡，其價(jià)格升到很高，不再適合大眾化普及應(yīng)用的時(shí)候，如果新的能源體系尚未建立，能源危機(jī)將席卷全球，尤以歐美極大依賴于石油資源的發(fā)達(dá)國(guó)家受害最重。最嚴(yán)重的狀態(tài)，莫過(guò)于工業(yè)大幅度萎縮，或甚至因搶占剩余的石油資源而引發(fā)戰(zhàn)爭(zhēng)，能源問(wèn)題已成為世界重大戰(zhàn)略問(wèn)題。</p>

24、<p>　　對(duì)于中國(guó)而言，能源問(wèn)題更是不容忽視。當(dāng)前，我國(guó)正面臨新一輪經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，居民消費(fèi)結(jié)構(gòu)升級(jí)，城市化進(jìn)程加速，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)能源的依賴度不斷增大。到2020年，我國(guó)將全面進(jìn)入小康社會(huì)，要實(shí)現(xiàn)以能源翻一番保證GDP翻兩番的目標(biāo)面臨巨大挑戰(zhàn)。黨中央、國(guó)務(wù)院高度重視能源問(wèn)題，將其視為關(guān)系我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定和國(guó)家安全的重大戰(zhàn)略問(wèn)題。</p><p>　　近年來(lái)，受石油價(jià)格上漲和全球氣候變化的影響，可再

25、生能源開發(fā)利用日益受到國(guó)際社會(huì)的重視。我國(guó)《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要》明確提出：“實(shí)行優(yōu)惠的財(cái)稅、投資政策和強(qiáng)制性市場(chǎng)份額政策，鼓勵(lì)生產(chǎn)與消費(fèi)可再生資源，提高在一次能源消費(fèi)中的比重?！?lt;/p><p>　　我國(guó)資源潛力大、發(fā)展前景好的可再生資源包括水能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、太陽(yáng)能和地?zé)崮堋Ｔ诒姸嗟目稍偕Y源中，最理想的是太陽(yáng)能，與其他可再生資源相比，其有普遍、無(wú)害、巨大、長(zhǎng)久的優(yōu)點(diǎn)。迄今為止，太陽(yáng)能的應(yīng)

26、用領(lǐng)域非常廣泛，但最終可歸結(jié)為太陽(yáng)能熱利用和光利用兩個(gè)方面。我國(guó)三分之二以上國(guó)土的太陽(yáng)能年日照時(shí)間均大于2200h，年輻射總量平均大于5900MJ/m2，資源非常豐富。</p><p>　　目前，我國(guó)太陽(yáng)能的利用技術(shù)特別是太陽(yáng)能的光熱利用技術(shù)日趨成熟，太陽(yáng)能熱水器行業(yè)經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，取得了大批的科技成果，并形成了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。太陽(yáng)能熱水器是我國(guó)太陽(yáng)能熱利用中最廣泛、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最迅速的太陽(yáng)能產(chǎn)品。由我國(guó)自主開發(fā)生

27、產(chǎn)的全玻璃真空管太陽(yáng)能集熱器科技水平、制造技術(shù)、生產(chǎn)規(guī)模均處于國(guó)際領(lǐng)先水平。</p><p>　　除戶用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)廣泛的為用戶所采用外，太陽(yáng)能熱水和采暖的市場(chǎng)也正在啟動(dòng)并開展示范應(yīng)用，他們將為節(jié)能減排作出更大的貢獻(xiàn)。</p><p>　　1.2 太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)介紹</p><p>　　1.2.1太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)組成</p><p>　　太陽(yáng)

28、能熱水系統(tǒng)主要由集熱器、儲(chǔ)熱水箱和控制系統(tǒng)組成。白天有陽(yáng)光時(shí)通過(guò)集熱管吸收太陽(yáng)能給冷水加熱，然后把熱水送到保溫箱保持一定的溫度，當(dāng)我們需要用熱水時(shí)，通過(guò)控制系統(tǒng)放熱水，并補(bǔ)充一定量的冷水到集熱器進(jìn)行加熱。</p><p>　　圖1.1太陽(yáng)能熱水器工作原理</p><p>　　1.2.2太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)</p><p>　　圖1.2用煤炭和太陽(yáng)能提供熱水的效率比較

29、圖</p><p>　　圖1-2顯示了用煤和太陽(yáng)能提供熱水的幾個(gè)途徑，從圖中可以看出利用太陽(yáng)能熱轉(zhuǎn)換來(lái)提供低溫生活用水的優(yōu)勢(shì)。</p><p>　?、怒h(huán)保 太陽(yáng)能是清潔、無(wú)污染的能源、其光熱轉(zhuǎn)換后不會(huì)產(chǎn)生污染物，可以說(shuō)是零排放。</p><p>　?、乒?jié)能 太陽(yáng)能熱利用可代替煤等化石能源來(lái)提供所需的低溫?zé)崴?lt;/p><p>　?、菈勖?太

30、陽(yáng)能熱水器產(chǎn)品一般壽命較長(zhǎng)，性能穩(wěn)定。</p><p>　?、劝踩?太陽(yáng)能熱水器無(wú)漏電危險(xiǎn)。</p><p>　　1.2.3太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的缺點(diǎn)</p><p>　　太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的缺點(diǎn)也是顯而易見的。</p><p>　?、攀芴鞖庥绊懢薮?云量的多少和云層的厚度對(duì)太陽(yáng)輻射的影響很大，云層越厚，云量越多，對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱越多，到達(dá)地面的太陽(yáng)輻

31、射能量就越少，因而晴天比陰天太陽(yáng)輻射強(qiáng)。陰天、冬天時(shí)熱水不足，甚至沒有熱水。</p><p>　?、婆c地理位置關(guān)系密切 地勢(shì)越高，大氣越稀薄，大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱作用就弱，太陽(yáng)輻射強(qiáng)度就越大。反之則越小。</p><p>　　⑶安裝需要面向陽(yáng)光充足地方。</p><p>　　圖1.3 戶用太陽(yáng)能熱水器 圖1.4 大型太陽(yáng)能

32、熱水系統(tǒng)</p><p>　　1.3 本文研究的內(nèi)容</p><p>　　基于前面對(duì)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的初步介紹，可以知道雖然太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是其受環(huán)境和地理位置影響較大是其最大的缺陷，嚴(yán)重影響了太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的應(yīng)用普及。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和采集太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)工作時(shí)的循環(huán)水溫度和外界環(huán)境因素成為一項(xiàng)不可或缺的工作。在設(shè)計(jì)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和采集系統(tǒng)中，主要有如下工作：</p&g

33、t;<p>　?、潘x的數(shù)據(jù)采集卡接入端口耐壓為0~10V，因此所有傳感器輸出信號(hào)為0~10V電壓信號(hào)。</p><p>　?、乒╇婋娫礊?4V直流電源。</p><p>　?、且蛩x溫度變送器輸出信號(hào)為4~20mA電流信號(hào)，故用電流變送器將4~20mA的電流線性轉(zhuǎn)換為0-10V的輸入信號(hào)，輸入數(shù)據(jù)采集卡的DA通道。</p><p>　　⑷采集量包括集

34、熱器的進(jìn)出水溫、循環(huán)水流量、環(huán)境溫度、環(huán)境風(fēng)速和太陽(yáng)總輻射。</p><p>　　第二章 傳感器技術(shù)</p><p>　　2.1 傳感器的分類</p><p>　　2.1.1傳感器的定義</p><p>　　通俗的講，傳感器就是將被測(cè)信息轉(zhuǎn)換成某種信號(hào)的器件。也就是將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換成于之相對(duì)應(yīng)的、容易檢測(cè)、傳輸或處理的信號(hào)的裝置，稱之為傳感

35、器。傳感器通常直接作用于被測(cè)量。</p><p>　　傳感器是對(duì)信號(hào)進(jìn)行感受與傳送的裝置，它是測(cè)試裝置的輸入環(huán)節(jié)，因此傳感器的性能直接影響著整個(gè)測(cè)試裝置的工作可靠性。</p><p>　　2.1.2傳感器的組成</p><p>　　傳感器一般由敏感元件、傳感元件和測(cè)量電路三個(gè)主要部分組成，有時(shí)還加上輔助電源。通常可用圖表示如下：</p><p&g

36、t;　　圖2.1傳感器的組成</p><p>　　由于其用途的不同或是結(jié)構(gòu)原理的不同，其繁簡(jiǎn)程度相差很大。因此，傳感器的組成將依不同情況而有差異。</p><p>　　敏感元件——傳感器的核心，它直接感受被測(cè)量（一般為非電量）并轉(zhuǎn)換成信號(hào)形成，即輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的其它量的元件，如膜片、熱電偶，波紋管等。</p><p>　　傳感元件——又稱變換器，是傳感器的重

37、要組成部分。傳感元件可以直接感受被測(cè)量（一般為非電量）而輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系的電量。如熱電偶和熱敏電阻等。傳感元件也可以不只感受被測(cè)量，而只是感受與被測(cè)兩或確定關(guān)系的其它非電量；如應(yīng)變式壓力傳感器的電阻片，并不直接感受壓力，只是感受與被測(cè)壓力成確定關(guān)系的應(yīng)變，然后輸出電量，在多數(shù)情況下，使用的就是這種傳感元件。</p><p>　　測(cè)量電路——能把傳感元件輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于顯示、記錄、控制和處理的有用電信號(hào)

38、的電路。測(cè)量電路視傳感元件的類型而定。</p><p>　　2.1.3傳感器的分類</p><p>　　在生產(chǎn)和科研中應(yīng)用的傳感器種類很多，一種被測(cè)量有時(shí)可以用集中傳感器來(lái)測(cè)量，用一種傳感器往往可以測(cè)量多種物理量。為了對(duì)傳感器有 一個(gè)概括的認(rèn)識(shí)，對(duì)傳感器進(jìn)行研究是很必要的。</p><p>　　傳感器的分類方法很多。目前還找不到盡善盡美的分類方法（使用者多與廠家通常

39、習(xí)慣于按被測(cè)對(duì)象分類，而對(duì)于一些從事檢測(cè)技術(shù)的專業(yè)學(xué)者、工程技術(shù)人員，則習(xí)慣于按傳感器的變換原理及結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類）。可以按被測(cè)量、傳感器工作原理、信號(hào)變換特征、敏感元件與被測(cè)對(duì)象之間的能量關(guān)系、輸出信號(hào)分類等等進(jìn)行分類。按被測(cè)量分類，可分為傳移傳感器、力傳感器、溫度傳感器等；按傳感器工作原理可分為機(jī)械式、電氣式、光電式、流體式等；按信號(hào)變換特征可概括分為物理型和結(jié)構(gòu)型；根據(jù)敏感元件與被測(cè)對(duì)象之間的能量關(guān)系，可以分為能量轉(zhuǎn)換型與能量控制型；

40、按輸出信號(hào)分類可分為模擬式和數(shù)字式等等。</p><p>　　其中，物理型傳感器是依靠敏感元件材料本身物理化學(xué)性質(zhì)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的變換的。水銀溫度計(jì)（熱脹冷縮）、壓電測(cè)力計(jì)（壓電效應(yīng)）。結(jié)構(gòu)型敏感器則是依靠傳感器結(jié)構(gòu)參量的變化而實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換的。</p><p>　　能量轉(zhuǎn)換型傳感器，也稱無(wú)源傳感器，是直接由被測(cè)對(duì)象輸出能量使其工作的。如熱電偶溫度計(jì)、彈性壓力計(jì)等。</p>

41、<p>　　能量控制型傳感器，也稱有源傳感器，是從外部供給輔助能量使傳感器工作的，并且由被測(cè)量來(lái)控制外部供給能量的變化。</p><p>　　2.1.4對(duì)傳感器的性能要求</p><p>　　由于傳感器的種類很多，因此對(duì)傳感器的性能要求不可能相同，現(xiàn)給出幾項(xiàng)基本的性能要求：</p><p>　　1、測(cè)量范圍——是指該傳感器在測(cè)量中使用的上下界限；（上限和下

42、限的代數(shù)差稱為電量程）</p><p>　　2、超載能力——表示傳感器在不致造成所規(guī)定性能指標(biāo)永久改變的條件下，使用時(shí)允許超過(guò)測(cè)量范圍的能力。一般用允許超過(guò)測(cè)量上限（或下限）的被測(cè)量值與量程的百分比表示，但這只是說(shuō)，出現(xiàn)此種情況時(shí)，傳感器不致?lián)p壞，并不保證規(guī)定的性能。</p><p>　　3、靈敏度——傳感器輸出的變化值與相應(yīng)的被測(cè)量的變化值之比。</p><p>

43、　　4、分辯力——它是傳感器可能檢測(cè)出的被測(cè)信號(hào)的最小變化量。</p><p>　　5、誤差——是指?jìng)鞲衅髦疁y(cè)量值與被測(cè)量之真實(shí)值的偏差程度。這里指靜態(tài)誤差，常用非線性誤差、滯后性誤差和重復(fù)性誤差三項(xiàng)指標(biāo)來(lái)表示。</p><p>　　6、動(dòng)態(tài)性能——是指?jìng)鞲衅鲗?duì)于隨時(shí)間變化的輸入信號(hào)的影響能力。通常用頻率響應(yīng)特性或階躍響應(yīng)特性來(lái)表示，在選用傳感器時(shí)，應(yīng)根據(jù)測(cè)量的具體情況來(lái)適當(dāng)?shù)靥岢鲋笜?biāo)要求

44、。</p><p>　　除上述主要指標(biāo)外，還應(yīng)考慮使用的環(huán)境要求、使用壽命等。對(duì)于特定情況下使用的傳感器，還有特定的性能指標(biāo)要求。</p><p>　　2.2 電阻式傳感器及應(yīng)變儀</p><p>　　電阻式傳感器是把被測(cè)的量，如位移、力等轉(zhuǎn)換為電阻變化的一種傳感器。按其工作原理可分為變阻器式和電阻應(yīng)變式兩類。</p><p>　　2.2.1

45、變阻器式傳感器</p><p>　　變阻式傳感器也稱為電位計(jì)式傳感器，其工作原理是通過(guò)改變電位計(jì)觸頭位置，實(shí)現(xiàn)將位移轉(zhuǎn)換為電阻的變化。常用的有直線位移型、角位移型和非線性等。</p><p>　　變阻式傳感器也稱為電位計(jì)式傳感器，其工作原理是通過(guò)改變電位計(jì)觸頭位置，實(shí)現(xiàn)將位移轉(zhuǎn)換為電阻的變化。常用的有直線位移型、角位移型和非線性等。</p><p>　　對(duì)于直線型

46、，當(dāng)被測(cè)位移變動(dòng)時(shí)，觸點(diǎn)C沿變阻器移動(dòng)，若移動(dòng)x,則C點(diǎn)與A點(diǎn)之間的電阻值為：</p><p><b>　　(式2.1)</b></p><p>　　那么傳感器的靈敏度為： </p><p><b>　　(式2.2)</b></p><p>　　式中——單位長(zhǎng)度的電阻值。</p>

47、<p>　　當(dāng)導(dǎo)線分布均勻時(shí)，為常數(shù)，此時(shí)傳感器的輸出（電阻）與輸入（位移）成線性關(guān)系。</p><p>　　對(duì)于位移型變阻式傳感器，它是將角度的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化。故其靈敏度為：</p><p><b>　　(式2.3)</b></p><p>　　式中——轉(zhuǎn)角[rad]</p><p>　　——單位弧度對(duì)

48、應(yīng)的店阻值</p><p>　　變阻器式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、使用方便。缺點(diǎn)：分辯率不高，因?yàn)槭茈娮杞z直徑的限制。提高分辨率使用更細(xì)的電阻絲，很細(xì)的電阻絲繞制困難，并要求繞制時(shí)保持恒張力，所以此類傳感器的分辨率很難優(yōu)于20。 </p><p>　　另外，由于電刷和電阻元件之間接觸面的變動(dòng)和摩擦、塵埃附著等，都會(huì)使電刷在滑動(dòng)中的接觸電阻發(fā)生不規(guī)則的變化，從而產(chǎn)生噪聲。</p

49、><p>　　變阻式傳感器被用于線位移、角位移的測(cè)量。</p><p>　　2.2.2電阻應(yīng)變式傳感器</p><p>　　電阻應(yīng)變式傳感器是用應(yīng)變片粘貼在彈性元件上，通過(guò)被測(cè)量對(duì)彈性元件的使用，使彈性元件產(chǎn)生變形（應(yīng)變），由這應(yīng)變通過(guò)應(yīng)變片轉(zhuǎn)化為電阻的變化，即完成由非電量轉(zhuǎn)化為電量過(guò)程。所以應(yīng)變片是一種變換器，是應(yīng)變傳感器中的基本元件。應(yīng)用應(yīng)變片直接粘貼在受試材料的表

50、面，配用專用儀器——應(yīng)變儀可以直接測(cè)出受試材料表面的應(yīng)變，是目前實(shí)驗(yàn)、應(yīng)力分析、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)的主要測(cè)試手段。</p><p>　　應(yīng)變片就其材料來(lái)分，可分為金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類。</p><p>　　2.2.3電阻應(yīng)變儀</p><p>　　應(yīng)變儀使用很廣泛，可用于研究結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變、實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析、材料研究等，配以適當(dāng)?shù)拿舾性蓽y(cè)量力、壓力、振動(dòng)，速

51、度、加速度等參量，在專業(yè)測(cè)試中還可以用來(lái)測(cè)量彈體發(fā)射時(shí)的受力狀態(tài)，高速碰撞的應(yīng)力波，彈丸的穿甲阻力等等。</p><p>　　在測(cè)試中，應(yīng)變儀須與電阻應(yīng)變片配合使用，其功能是將由應(yīng)變片感受的被測(cè)量的微弱信號(hào)進(jìn)行放大，以便推動(dòng)記錄儀器工作，獲得信號(hào)的隨時(shí)間變化曲線，供分析研究時(shí)使用。</p><p>　　根據(jù)被測(cè)應(yīng)變的性質(zhì)和工作頻率不同，可采用不同的應(yīng)變儀：</p><p

52、>　　1、靜態(tài)電阻應(yīng)變儀：用以測(cè)量靜載作用下的應(yīng)變，以及變化十分緩慢或變化后能很快穩(wěn)定下來(lái)的應(yīng)變。</p><p>　　2、靜動(dòng)態(tài)、電阻應(yīng)變儀：以靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量為主，也可用于200HZ以下的低頻動(dòng)態(tài)測(cè)量（有的可達(dá)300HZ）</p><p>　　3、動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀：它與光線示波器、磁帶記錄儀等配合，用以測(cè)量0～2000HZ范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)應(yīng)變。有的可達(dá)5000HZ。為便于進(jìn)行多線同步測(cè)量，

53、通常具有4、6、8個(gè)通道。</p><p>　　4、超動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀：與圖象顯示器、高速同步攝影記錄儀配合，主要用于0～20000HZ（有時(shí)可達(dá)幾萬(wàn)HZ）的動(dòng)態(tài)測(cè)試及爆炸、沖擊等瞬態(tài)變化過(guò)程的測(cè)試。</p><p>　　2.3 磁電式傳感器及電感式傳感器</p><p>　　2.3.1磁電式傳感器</p><p>　　磁電式傳感器是把被測(cè)物理

54、量轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的一種傳感器，又稱電磁感應(yīng)式或電動(dòng)力式傳感器。</p><p>　　對(duì)于一個(gè)匝的線圈，當(dāng)通過(guò)該線圈的磁通中發(fā)生變化時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：</p><p><b>　　(式2.4) </b></p><p>　　由上式可見，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，取決于匝數(shù)和穿過(guò)線圈的磁通變化率。磁通變化率與磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁路電阻、線圈的運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。改變

55、其中一個(gè)因素，則會(huì)改變線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。按結(jié)構(gòu)方式不同，磁電式傳感器可分為動(dòng)圈式與磁阻式。</p><p><b>　　動(dòng)圈式</b></p><p>　　動(dòng)圈式又可分為線速度型與角速度型。對(duì)于線速度型，在永久磁鐵產(chǎn)生的直流磁場(chǎng)內(nèi)，放置一個(gè)可動(dòng)線圈，當(dāng)線圈在磁場(chǎng)中作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，它所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：</p><p><b>　　(式

56、2.5)</b></p><p>　　式中：－磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；（Ｔ）</p><p>　　－單匝線圈的有效長(zhǎng)度；（ｍ）</p><p><b>　?。€圈匝數(shù)；</b></p><p>　?。€圈與磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度；（）</p><p>　　—線圈運(yùn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)方向的夾角。<

57、/p><p>　　當(dāng)（垂直切割磁力線）時(shí)，上式可寫成：</p><p><b>　　(式2.6)</b></p><p>　　上式表明，當(dāng)線圈匝數(shù)、磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度、以及單匝線圈的有效長(zhǎng)度均為常數(shù)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小與線圈運(yùn)動(dòng)的線速度成正比。這就是一般常見的慣性式速度計(jì)的工作原理。</p><p>　　對(duì)于角速度型傳感器，線圈

58、在磁場(chǎng)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：</p><p><b>　　(式2.7)</b></p><p>　　式中：—圓頻率（角頻率、角速度）；</p><p>　　—單匝線圈的截面積；（）</p><p>　　—與結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)，。</p><p>　　上式表明，當(dāng)傳感器結(jié)構(gòu)一定時(shí)，均為常數(shù)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與線

59、圈相對(duì)磁場(chǎng)的角速度成正比，這種傳感器用于轉(zhuǎn)速測(cè)量。</p><p><b>　?。ǘ┐抛枋?lt;/b></p><p>　　上式動(dòng)圈式傳感器的工作原理也看作是線圈在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)是切割磁力線而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。而磁阻式傳感器則是線圈與磁鐵不動(dòng)，由運(yùn)動(dòng)著的物體（導(dǎo)磁材料）改變磁路的磁阻，從而引起磁力線增強(qiáng)或減弱，使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。</p><p>　　磁

60、阻式傳感器使用簡(jiǎn)便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在不同場(chǎng)合下可用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)、偏心量，振動(dòng)等等。</p><p>　　2.3.2電感式傳感器</p><p>　　電感式傳感器是把被測(cè)量，如位移等，轉(zhuǎn)換為電感量變化的一種裝置。其變換是基于電磁感應(yīng)原理。按照變換方式的不同可分為自感型（包括可變磁阻式與渦流式）與互感型（差動(dòng)變壓器式）。</p><p><b>　?。ㄒ唬┳愿行?l

61、t;/b></p><p><b>　　1.可變磁阻式</b></p><p>　　可變磁阻式傳感器由線圈1、鐵心2 和銜鐵3組成。在鐵心與銜鐵之間有空氣隙。當(dāng)線圈中通以電流時(shí)，產(chǎn)生磁通，其大小與電流成正比，即</p><p><b>　　(式2.8)</b></p><p><b>

62、;　　式中：—線圈匝數(shù)；</b></p><p><b>　　—自感</b></p><p>　　再根據(jù)磁路歐姆定律：</p><p><b>　　(式2.9)</b></p><p><b>　　式中：—磁動(dòng)勢(shì)（）</b></p><p>

63、<b>　　—磁阻（）</b></p><p><b>　　由以上兩式則得自感</b></p><p><b>　　(式2.10)</b></p><p>　　如果空氣隙較小，而且不考慮磁路的鐵損時(shí)，則總磁阻：</p><p><b>　　(式2.11)</b&

64、gt;</p><p>　　式中：—鐵芯導(dǎo)磁長(zhǎng)度（）</p><p><b>　　—鐵芯磁導(dǎo)率（）</b></p><p><b>　　—鐵芯導(dǎo)磁截面積，</b></p><p><b>　　—?dú)庀堕L(zhǎng)度；</b></p><p>　　—空氣導(dǎo)磁率，；（）

65、</p><p>　　—空氣隙導(dǎo)磁截面積。（）</p><p>　　由于鐵芯磁阻與空氣隙的磁阻相比是很小的，計(jì)算時(shí)可以忽略，故：</p><p><b>　　(式2.12)</b></p><p>　　代入（2-10）式，則</p><p><b>　　(式2.13)</b>

66、</p><p>　　上式表明，自感與空氣隙成反比，而與氣隙導(dǎo)磁截面積成正比。當(dāng)固定變化時(shí)，與呈非線性關(guān)系，此時(shí)傳感器靈敏度為：</p><p><b>　　(式2.14)</b></p><p>　　靈敏度與氣隙長(zhǎng)度的平方成反比，愈小，靈敏度愈高。由于不是常數(shù)，故會(huì)引起非線性誤差。為了減小這一誤差，通常規(guī)定在較小間隙范圍內(nèi)工作。設(shè)間隙變化范圍

67、為（），一般實(shí)際應(yīng)用中，取，這種傳感器適用于較小位移的測(cè)量，一般約為0.001~1mm。</p><p>　　2．渦電流式（渦流式）</p><p>　　渦電流式傳感器的變換原理是利用金屬導(dǎo)體在交變磁場(chǎng)中的渦電流效應(yīng)。</p><p>　　金屬板置于一只線圈的附近，相互間距離為，當(dāng)線圈中有一高頻交變電流通過(guò)時(shí)，便產(chǎn)生磁通。此交換磁通通過(guò)鄰近的金屬板，金屬板上便產(chǎn)生感

68、應(yīng)電流。這種電流在金屬體內(nèi)是閉合的，稱之為“渦電流”或“渦流”，這種渦電流也將產(chǎn)生交變磁通。根據(jù)楞次定律，渦電流的交變磁場(chǎng)與線圈的磁場(chǎng)變化方向相反，總是抵抗的變化。由于渦流磁場(chǎng)的作用（對(duì)導(dǎo)磁材料還有對(duì)磁路的影響）使線圈的等效阻抗發(fā)生變化，變化的程度與距離有關(guān)。</p><p>　　分析表明，影響高頻線圈阻抗的因素，除了線圈與金屬板間距以外，還有金屬板的電阻率，磁導(dǎo)率以及線圈激磁圓頻率等，當(dāng)改變其中某一因素時(shí)，即可

69、達(dá)到不同的變換目的。例如，變化，可作位移、振動(dòng)測(cè)量；變化或值，可作材質(zhì)鑒別或探傷等。</p><p>　　渦電流式傳感器可用于動(dòng)態(tài)非接觸測(cè)量，測(cè)量范圍隨傳感器結(jié)構(gòu)尺寸、線圈匝數(shù)和激磁頻率而不同，從到不等，最高分辨力可達(dá)１。此外，這種傳感器還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、不受油污等介質(zhì)的影響等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　互感型—差動(dòng)變壓器式電感傳感器</p><p>　　這

70、種傳感器是利用電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象，當(dāng)（左邊）線圈輸入交變電流時(shí)，線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其大小與電流的變化率成正比，即：</p><p><b>　　(式2.15)</b></p><p>　　式中：－比例系數(shù)，稱為互感（），其大小與兩線圈相對(duì)位置及周圍介質(zhì)的導(dǎo)磁能力因素有關(guān)，它表明兩線圈之間的耦合程度。</p><p>　　感型傳感器就是利用

71、這一原理，將被測(cè)位移量轉(zhuǎn)換成線圈互感的變化，這種傳感器實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)變壓器，其初級(jí)線圈接入穩(wěn)定交流電源，次級(jí)線圈感應(yīng)產(chǎn)生－輸出電壓。當(dāng)被測(cè)參數(shù)使互感變化時(shí)，副線圈輸出電壓也產(chǎn)生相應(yīng)變化。由于常常采用兩個(gè)次級(jí)線圈組成差動(dòng)式，故又稱為差動(dòng)變壓器式傳感器。</p><p>　　差動(dòng)變壓器式電感傳感器具有測(cè)量精確度高、線性范圍大（可擴(kuò)大到）、穩(wěn)定性好和使用方便等特點(diǎn)，被廣泛用于直線位移或可能轉(zhuǎn)換為位移變化的壓力、重量等參

72、數(shù)的測(cè)量。</p><p>　　第三章 太陽(yáng)能集熱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　集熱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是采用溫度變送器、渦輪流量傳感器、風(fēng)速傳感器和總輻射傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)太陽(yáng)能集熱器的進(jìn)出水溫度、循環(huán)水流量以及環(huán)境溫度、環(huán)境風(fēng)速和太陽(yáng)總輻射。為了更加方便數(shù)據(jù)采集卡對(duì)信號(hào)的采集，被測(cè)量經(jīng)傳感器后均為0~10V電壓信號(hào)，即就是傳感器輸出量為電壓信號(hào)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分為兩個(gè)部分：集熱器的監(jiān)測(cè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)部分。集

73、熱器的監(jiān)測(cè)部分主要功能就是監(jiān)測(cè)集熱器的加熱性能，是系統(tǒng)的核心部分；環(huán)境監(jiān)測(cè)部分的主要功能是對(duì)環(huán)境因素進(jìn)行檢測(cè)，從而發(fā)現(xiàn)環(huán)境因素與集熱器工作性能的關(guān)系。此系統(tǒng)中供電電壓為24V直流電源。</p><p>　　3.1 集熱器監(jiān)測(cè)部分設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1溫度變送器的原理</p><p>　　溫度變送器是一種將溫度變量轉(zhuǎn)換為可傳送的標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號(hào)的儀表。主要

74、用于工業(yè)過(guò)程溫度參數(shù)的測(cè)量和控制。帶傳感器的變送器通常由兩部分組成：傳感器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器。傳感器主要是熱電偶或熱電阻;信號(hào)轉(zhuǎn)換器主要由測(cè)量單元、信號(hào)處理和轉(zhuǎn)換單元組成(由于工業(yè)用熱電阻和熱電偶分度表是標(biāo)準(zhǔn)化的，因此信號(hào)轉(zhuǎn)換器作為獨(dú)立產(chǎn)品時(shí)也稱為變送器)，有些變送器增加了顯示單元，有些還具有現(xiàn)場(chǎng)總線功能。溫度變送器完成測(cè)量信號(hào)的采集后轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一的4~20MA電流信號(hào)輸出。 同時(shí)還起隔離作用。</p><p>　　按工

75、作原理分類，主要是熱敏元件的不同，</p><p>　　有：熱電偶，熱電阻(金屬)，和半導(dǎo)體熱敏電阻</p><p>　　一體化溫度變送器將溫度傳感元件（熱電阻或熱電偶）與信號(hào)轉(zhuǎn)換放大單元有機(jī)集成在一起，用來(lái)測(cè)量各種工藝過(guò)程中-200-1600℃范圍內(nèi)的液體、蒸汽及其它氣體介質(zhì)或固體表面的溫度。它通常和顯示儀表、記錄儀表以及各種控制系統(tǒng)配套使用。</p><p>　

76、　圖3.1溫度變送器原理框圖</p><p>　　3.1.2溫度變送器的選型</p><p>　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件，普通戶用太陽(yáng)能熱水器水溫達(dá)到達(dá)到50℃即可滿足需求，常溫下水溫也在10℃左右。以西安地區(qū)為例，考慮到季節(jié)變化，則溫度變送器的測(cè)量范圍應(yīng)在-10℃~110℃以內(nèi)。根據(jù)以上要求，選擇的溫度變送器信息如下：</p><p>　　表3.1 溫度變送器</

77、p><p>　　圖3.2 一體化溫度變送器</p><p>　　3.1.3流量傳感器的原理</p><p>　　LWGY系列渦輪流量傳感器（以下簡(jiǎn)稱傳感器）基于力矩平衡原理，屬于速度式流量?jī)x表。傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕巧、精度高、復(fù)現(xiàn)性好、反應(yīng)靈敏，安裝維護(hù)使用方便等特點(diǎn)，廣泛用于石油、化工、冶金、供水、造紙等行業(yè)，是流量計(jì)量和節(jié)能的理想儀表。</p>&l

78、t;p><b>　　工作原理</b></p><p>　　流體流經(jīng)傳感器殼體，由于葉輪的葉片與流向有一定的角度，流體的沖力使葉片具有轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，克服摩擦力矩和流體阻力之后葉片旋轉(zhuǎn)，在力矩平衡后轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，在一定的條件下，轉(zhuǎn)速與流速成正比，由于葉片有導(dǎo)磁性，它處于信號(hào)檢測(cè)器（由永久磁鋼和線圈組成）的磁場(chǎng)中，旋轉(zhuǎn)的葉片切割磁力線，周期性的改變著線圈的磁通量，從而使線圈兩端感應(yīng)出電脈沖信號(hào)，此信

79、號(hào)經(jīng)過(guò)放大器的放大整形，形成有一定幅度的連續(xù)的矩形脈沖波，可遠(yuǎn)傳至顯示儀表，顯示出流體的瞬時(shí)流量或總量。在一定的流量范圍內(nèi)，脈沖頻率f與流經(jīng)傳感器的流體的瞬時(shí)流量Q成正比，流量方程為：</p><p><b>　　(式3.1)</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　f——脈沖頻率[Hz]&

80、lt;/p><p>　　k——傳感器的儀表系數(shù)[1/m3]，由校驗(yàn)單給出。若以[1/L]為單位</p><p>　　Q——流體的瞬時(shí)流量（工作狀態(tài)下）[m3/h]</p><p>　　3600——換算系數(shù)</p><p>　　每臺(tái)傳感器的儀表系數(shù)由制造廠填寫在檢定證書中，k值設(shè)入配套的顯示儀表中，便可顯示出瞬時(shí)流量和累積總量。</p>

81、<p>　　3.1.4渦輪流量流量傳感器的選擇</p><p>　　根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件，選擇的流量傳感器信息如下：</p><p>　　表3.2 流量傳感器</p><p>　　圖3.3 渦輪流量傳感器</p><p>　　3.2 環(huán)境監(jiān)測(cè)部分設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1溫度變送器的選型</p&g

82、t;<p>　　以西安地區(qū)為例，年最高氣溫在40℃左右，年最低氣溫在-8℃左右。年極端最低氣溫－20．6℃(西安1995年1月11日)，年極端最高氣溫43．4℃(長(zhǎng)安1966年6月19日)，因此溫度變送器的測(cè)量范圍應(yīng)在-30~+50℃。</p><p>　　表3.3 溫度變送器</p><p>　　圖3.4一體化溫度變送器</p><p>　　3.2.

83、2風(fēng)速傳感器的原理</p><p>　　風(fēng)速傳感器是將空氣的流動(dòng)速度變量轉(zhuǎn)換成有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系的輸出信號(hào)的裝置。風(fēng)速傳感器可廣泛用于測(cè)量管道,目標(biāo)環(huán)境,氣象,空氣調(diào)節(jié),節(jié)能監(jiān)控,農(nóng)業(yè),醫(yī)療,潔凈空間等場(chǎng)合的風(fēng)速的測(cè)量。</p><p>　　LY-002風(fēng)速傳感器由風(fēng)速傳感器、傳輸電纜等附屬裝置構(gòu)成。</p><p>　　外型小巧輕便，便于攜帶和組裝，三杯設(shè)計(jì)理念可以有

84、效獲得外部環(huán)境信息。本產(chǎn)品融電子技術(shù)、微電腦技術(shù)為一體。其主要功能如下：</p><p>　　能夠自動(dòng)檢測(cè)風(fēng)速信號(hào)并輸出各種信號(hào)：脈沖信號(hào)、4-20mA電流信號(hào)、0-5V或0-10V電壓信號(hào)</p><p><b>　　特點(diǎn)</b></p><p>　　a、 低功耗，數(shù)字電路全部采用 CMOS芯片；</p><p>　　

85、b、 可以長(zhǎng)期連續(xù)工作；</p><p>　　c、 有很強(qiáng)的抗電磁干擾功能；</p><p><b>　　d、 安裝方便；</b></p><p>　　3.2.3風(fēng)速傳感器的選型</p><p>　　西安4～10月平均風(fēng)速0.7～2.6m/s，年平均風(fēng)速1.8m/s，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)，故選取風(fēng)速傳感器信息如下：</

86、p><p>　　表3.4 風(fēng)速傳感器</p><p>　　圖3.5 風(fēng)速傳感器</p><p>　　3.2.4總輻射傳感器的原理</p><p>　　總輻射傳感器是用于測(cè)量位于總輻射波長(zhǎng)范圍的電磁波輻射強(qiáng)度（輻射熱流密度）的傳感器?？傒椛湟话闶侵笍目梢姽獠ǘ蔚街屑t外波段的電磁波，其波長(zhǎng)范圍一般在0.3～40μm，在此波長(zhǎng)范圍內(nèi)集中了絕大部分的電磁

87、波輻射能量。</p><p>　　傳統(tǒng)的總輻射傳感器一般由如下部分構(gòu)成：</p><p>　　能量感知元件：一般為涂覆有高吸收率涂層（發(fā)射率在0.94以上的黑色涂層）的熱流傳感器；</p><p>　　濾波元件：按所需波長(zhǎng)范圍選擇通過(guò)的電磁波。</p><p>　　其它輔助元件：傳感器集成有水平基準(zhǔn)、可重復(fù)利用的干燥器，白色遮光板。將空氣的流

88、動(dòng)速度變量轉(zhuǎn)換成有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系的輸出信號(hào)的裝置。</p><p>　　FY-ZF總輻射傳感器采用高精度感光元件可以用來(lái)測(cè)量光譜范圍為0.3-3μm太陽(yáng)總輻射，如果將感應(yīng)面向下可測(cè)量反射輻射，加遮光環(huán)還可以測(cè)量散射輻射。具有線性好、精度高、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)；可廣泛應(yīng)用于氣象、能源、環(huán)境、農(nóng)業(yè)、建筑等領(lǐng)域。</p><p><b>　　輸出形式：</b></p>

89、<p>　　a.電流：4～20mA</p><p><b>　　b.電壓：0～5V</b></p><p><b>　　c.RS232</b></p><p>　　d.RS485e.TTL信號(hào)</p><p><b>　　計(jì)算公式：</b></p>

90、<p>　　電壓型（0~5V輸出）</p><p>　　E=V/5×1500 單位：w/m2</p><p>　　3.2.5總輻射傳感器的選型</p><p>　　西安地區(qū)的總輻射量在133~186w/m2范圍內(nèi)，故選取的總輻射傳感器信息如下：</p><p>　　表3.5 總輻射傳感器</p><p&

91、gt;　　圖3.6總輻射傳感器</p><p>　　第四章 太陽(yáng)能集熱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案</p><p><b>　　4.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)背景</b></p><p><b>　　4.1.1光熱利用</b></p><p>　　它的基本原理是將太陽(yáng)輻射能收集起來(lái)，通過(guò)與物質(zhì)的相互作用轉(zhuǎn)換成熱能加以利用。目前使

92、用最多的太陽(yáng)能收集裝置，主要有平板型集熱器、真空管集熱器和聚焦集熱器等3種。通常根據(jù)所能達(dá)到的溫度和用途的不同，而把太陽(yáng)能光熱利用分為低溫利用（<200℃）、中溫利用（200～800℃）和高溫利用（>800℃）。</p><p>　　目前低溫利用主要有太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能干燥器、太陽(yáng)能蒸餾器、太陽(yáng)能太陽(yáng)房、太陽(yáng)能溫室、太陽(yáng)能空調(diào)制冷系統(tǒng)等。</p><p>　　4.1.2太陽(yáng)能

93、熱水系統(tǒng)</p><p>　　太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是利用太陽(yáng)能集熱器，收集太陽(yáng)輻射能把水加熱的一種裝置，是目前太陽(yáng)熱能應(yīng)用發(fā)展中最具經(jīng)濟(jì)價(jià)值、技術(shù)最成熟且已商業(yè)化的一項(xiàng)應(yīng)用產(chǎn)品。</p><p>　　4.1.3太陽(yáng)能集熱監(jiān)測(cè)的意義</p><p>　　太陽(yáng)能集熱監(jiān)測(cè)可以幫助人們較準(zhǔn)確的掌握太陽(yáng)能熱水器的工作狀況能否滿足人類的需要，達(dá)到監(jiān)測(cè)的目的，以便于人類對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。&

94、lt;/p><p>　　4.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　圖4.1 系統(tǒng)方案</b></p><p>　　該系統(tǒng)功能是利用變送器（傳感器）對(duì)溫度、流量、風(fēng)速、總輻射信號(hào)進(jìn)行采集，并轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的電壓信號(hào)輸出，并由數(shù)據(jù)采集卡上傳至計(jì)算機(jī)，以達(dá)到監(jiān)測(cè)的目的。</p&

95、gt;<p><b>　　4.2.2各監(jiān)測(cè)量</b></p><p><b>　　設(shè)備1測(cè)量室外溫度</b></p><p><b>　　設(shè)備2測(cè)量環(huán)境風(fēng)速</b></p><p>　　設(shè)備3測(cè)量太陽(yáng)總輻射量</p><p><b>　　設(shè)備4測(cè)量進(jìn)水溫

96、度</b></p><p><b>　　設(shè)備5測(cè)量出水溫度</b></p><p>　　設(shè)備6測(cè)量循環(huán)水流量</p><p>　　4.3 MPS多功能數(shù)據(jù)采集卡</p><p>　　MPS-010602數(shù)據(jù)采集卡是一款基于USB總線的多功能信號(hào)采集卡，具有16路單端模擬信號(hào)采集、4路模擬信號(hào)輸出、8路數(shù)字信號(hào)

97、輸入/輸出、2路比較器、2路計(jì)數(shù)器及2路PWM輸出。可用于傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)采集與分析、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與控制、高等院?？蒲信c教學(xué)等多種領(lǐng)域。使用MPS-010602可以將傳感器和控制器與計(jì)算機(jī)結(jié)合在一起，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和靈活的軟件編程方式，對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析、處理、顯示與記錄，從而用低廉的成本取代多種價(jià)格昂貴的專用儀器，并且能通過(guò)編程來(lái)獲得免費(fèi)的功能升級(jí)。先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念、豐富的硬件功能與簡(jiǎn)潔的編程方式使MPS-010602成為企業(yè)和

98、科研機(jī)構(gòu)必備的強(qiáng)大設(shè)計(jì)工具。</p><p>　　MPS-010602采用USB2.0高速總線接口，總線極具易用性，即插即用，是便攜式系統(tǒng)用戶的最佳選擇，可以完全取代以往的PCI卡。</p><p>　　圖4.1 MPS多功能數(shù)據(jù)采集卡</p><p>　　表4.1 MPS多功能數(shù)據(jù)采集卡參數(shù)</p><p>　　4.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想<

99、/p><p>　　太陽(yáng)能光熱系統(tǒng)主要是利用集熱板收集太陽(yáng)輻射能，通過(guò)與物質(zhì)的相互作用轉(zhuǎn)換成熱能加以利用。家用太陽(yáng)能集熱器主要是通過(guò)水的升溫來(lái)吸收太陽(yáng)能輻射轉(zhuǎn)換的熱量。固本實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)量水的溫升來(lái)得到太陽(yáng)能輻射轉(zhuǎn)換的熱量。從而得出光熱利用效率。</p><p>　　4.4.1測(cè)量方法：排水法（GB/T 18708-2002）</p><p>　　系統(tǒng)工作8h，從太陽(yáng)正午時(shí)前

100、4h到太陽(yáng)正午時(shí)后4h。集熱器應(yīng)在太陽(yáng)正午時(shí)后4h時(shí)遮擋起來(lái)，在熱水從系統(tǒng)中排放前的一個(gè)短時(shí)間內(nèi)(10min-20min)，需通過(guò)泄水管將入口處的部分冷水放 掉，以確保冷水入口處的溫度控制器到貯熱水箱入口之間的管道內(nèi)的水溫為tb。從貯熱水箱通過(guò)泄水管的流量應(yīng)為零。</p><p>　　以400L/h-600L/h的恒定流量將貯熱水箱中的熱水排出。補(bǔ)入冷水溫度應(yīng)為系統(tǒng)預(yù)定條件時(shí)的溫度 。</p>&l

101、t;p>　　至少每15s應(yīng)測(cè)量一次正在排出的水溫t,至少每放出貯熱水箱容積的1/10時(shí)記錄一個(gè)平均值。</p><p>　　應(yīng)利用所測(cè)得的溫度作一個(gè)像圖4.2所示的排水溫度圖。測(cè)量進(jìn)入貯熱水箱的水溫和從貯熱水箱排出的水溫。 </p><p><b>　　圖4.2排水曲線圖</b></p><p><b>　　4.4.2計(jì)算公式&

102、lt;/b></p><p>　　采用排水法計(jì)算系統(tǒng)的得熱量的公式為：</p><p><b>　　(式4.1)</b></p><p>　　式中： ——第次記錄數(shù)據(jù)時(shí)排水的質(zhì)量</p><p>　　——第次記錄數(shù)據(jù)時(shí)排出水溫</p><p>　　——第次記錄數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)口水溫</p>

103、;<p><b>　　4.5 實(shí)驗(yàn)步驟</b></p><p><b>　　安裝和調(diào)試設(shè)備</b></p><p>　　第一步：太陽(yáng)能熱水器安裝。</p><p>　　第二步：在各測(cè)量點(diǎn)安裝測(cè)量?jī)x器，并試測(cè)量數(shù)據(jù)</p><p>　　第三步：將各數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)采卡采集，并連接計(jì)算機(jī)，使計(jì)算

104、機(jī)能讀取、記錄各數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)測(cè)量</b></p><p>　　按實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行測(cè)量，觀察系統(tǒng)是否能實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功能。若不能正確測(cè)量，檢測(cè)故障部位并加以改正。直至能連續(xù)兩天正確測(cè)量為止。</p><p>　　記錄結(jié)果，實(shí)驗(yàn)總結(jié)。</p><p><b>　　4.6 實(shí)驗(yàn)測(cè)量</b&g

105、t;</p><p>　　依照上述排水法的測(cè)量步驟測(cè)量集熱器的得熱量。并與太陽(yáng)總輻照對(duì)比，得出光熱轉(zhuǎn)換效率。</p><p><b>　　(式4.2)</b></p><p><b>　　4.7 測(cè)量原理圖</b></p><p><b>　　圖4.3測(cè)量原理圖</b><

106、/p><p><b>　　各測(cè)量點(diǎn)測(cè)量量：</b></p><p>　　測(cè)量點(diǎn)1：進(jìn)水溫度、流量。</p><p>　　測(cè)量點(diǎn)2：出水溫度、流量。</p><p>　　測(cè)量點(diǎn)3：環(huán)境溫度、風(fēng)速、輻照度。</p><p>　　第五章 總結(jié)與展望</p><p><b>

107、;　　5.1 結(jié)論</b></p><p>　　本課題所設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能集熱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以很好地完成測(cè)量與檢測(cè)工作。而且它成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作，能實(shí)現(xiàn)在一定條件下對(duì)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)性能的監(jiān)測(cè)。</p><p>　　根據(jù)本課題在研究和實(shí)驗(yàn)的目的，作者認(rèn)為課題接下來(lái)的研究應(yīng)在以下幾方面突破或發(fā)展：</p><p>　?、爬锰?yáng)能集熱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)

108、的水溫和流量，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)采集并記錄。</p><p>　　⑵利用太陽(yáng)能集熱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境因素如風(fēng)速、環(huán)境溫度和總輻射量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而發(fā)現(xiàn)環(huán)境因素對(duì)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)工作的影響。</p><p>　?、峭ㄟ^(guò)計(jì)算機(jī)編程，以未來(lái)幾天的天氣預(yù)報(bào)為依據(jù)，根據(jù)環(huán)境因素與太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的關(guān)系對(duì)熱水系統(tǒng)的工作情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。</p><p><b>　　5.2 展望<

109、;/b></p><p>　　太陽(yáng)能不僅是可再生能源，又對(duì)環(huán)境沒有污染，是清潔的新能源。由于我國(guó)太陽(yáng)能資源豐富，所以太陽(yáng)能必將在我國(guó)未來(lái)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占有更大的比重。</p><p>　　太陽(yáng)能熱水器節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)能源替代，效果顯著。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐認(rèn)識(shí)到太陽(yáng)能熱利用是投資少、見效快、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、節(jié)能減排，且能實(shí)現(xiàn)我國(guó)能源替代的好產(chǎn)業(yè)。每平方米太陽(yáng)能熱水器每年可節(jié)約標(biāo)煤150~180k

110、g（450~500kW·h)，減排CO2約300kg，SO2約2kg，NO2約2kg，粉塵約3kg。按照目前我國(guó)環(huán)保治理費(fèi)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，每平方米每年的環(huán)境效益為75元，十年壽命期總效益為750元。每生產(chǎn)1m2熱水器耗能70kg標(biāo)煤，而熱水器為10年壽命期內(nèi)節(jié)能1500kg標(biāo)煤以上，能源得率達(dá)95.5%。</p><p>　　發(fā)展太陽(yáng)能熱水器經(jīng)濟(jì)實(shí)用、符合國(guó)情，有市場(chǎng)需求。以某100L需求為例，太陽(yáng)能熱水器

111、、燃?xì)鉄崴鳌㈦姛崴魅叩耐顿Y比例為1:3:3.5，故太陽(yáng)能熱水器最為經(jīng)濟(jì)，也最受老百姓青睞。</p><p>　　隨著我國(guó)太陽(yáng)能熱水器的發(fā)展，如何與建筑合理結(jié)合已逐漸成為未來(lái)太陽(yáng)能熱水器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。太陽(yáng)能熱水器以其安全、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)逐漸為消費(fèi)者所接受，目前在中國(guó)城市熱水器市場(chǎng)年需求近千萬(wàn)臺(tái)，但是太陽(yáng)能熱水器還不是熱水器消費(fèi)中的主流，燃?xì)鉄崴骱碗姛崴鞯氖袌?chǎng)占有率還高于太陽(yáng)能熱水器。<

112、/p><p>　　常規(guī)的太陽(yáng)能光熱設(shè)備（包括太陽(yáng)能開水器、太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能取暖裝置等）通常是在房屋建造好以后，通過(guò)打孔、拉固、打膨脹螺絲等手段再固定在房頂上的，這不僅破壞了建筑的整體美，而且難以解決抗颶風(fēng)、防冰雹、防凍、安全保護(hù)等一系列問(wèn)題也時(shí)有發(fā)生。這些難以克服的種種弊端嚴(yán)重制約了太陽(yáng)能光熱設(shè)備的進(jìn)一步普及應(yīng)用。為了提高太陽(yáng)能熱水器在大中型城市的發(fā)展，太陽(yáng)能與建筑結(jié)合是必由之路。</p><

113、p>　　圖5.1太陽(yáng)能熱水器破壞建筑物美感的照片</p><p>　　圖5.2太陽(yáng)能熱水器與建筑物結(jié)合的照片</p><p><b>　　致謝 </b></p><p>　　本文在我的導(dǎo)師xx副教授的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的。在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，xx老師不僅每周定期在辦公室與我討論畢業(yè)設(shè)計(jì)的相關(guān)事項(xiàng)，而且也經(jīng)常通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和電話為我解答疑問(wèn)。x

114、x老師不是直接告訴我解決問(wèn)題的方法，而是告訴我研究問(wèn)題和分析問(wèn)題的方法，引導(dǎo)我如何去做，開拓我的思路。我從xx老師身上不僅學(xué)到了做研究要有嚴(yán)謹(jǐn)、積極的態(tài)度，也學(xué)會(huì)了一些研究問(wèn)題分析問(wèn)題的科學(xué)的方法。xx老師的治學(xué)態(tài)度以及求實(shí)去偽的研究方法，將對(duì)我今后的學(xué)習(xí)和工作產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。在論文完xx之際，謹(jǐn)向xx老師在這期間給予我的教誨、幫助和關(guān)懷，致以衷心的感謝和崇高的敬意，并祝福xx老師及家人身體健康，生活幸福！</p><

115、;p>　　在完成畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，感謝朱立、汪敏同學(xué)的幫助和支持，感謝同組同學(xué)的無(wú)私幫助，使我能夠更加順利的完成畢業(yè)論文。</p><p>　　由衷的感謝我的父母、家人和朋友，在漫長(zhǎng)的求學(xué)生涯之中，他們給予了我莫大的關(guān)懷、支持和幫助。</p><p>　　最后，向?yàn)槲翼樌瓿僧厴I(yè)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)性意見和建議的所有老師和同學(xué)致以深深的敬意和誠(chéng)摯的感謝！</p><p>

116、<b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 太陽(yáng)能熱利用術(shù)語(yǔ).GB12936.1～91</p><p>　　[2] 殷志強(qiáng).全玻璃真空太陽(yáng)集熱管.北京：科學(xué)出版社，1998，3</p><p>　　[3] 太陽(yáng)能行業(yè)分析報(bào)告.筑能網(wǎng) </p><p>　　[4] 國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).可再生能源發(fā)展“十一五

117、”規(guī)劃，2007</p><p>　　[5] 我國(guó)的太陽(yáng)能資源狀況.中國(guó)太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟網(wǎng)， </p><p>　　[6] 太陽(yáng)能熱利用行業(yè)現(xiàn)狀判斷.中國(guó)新能源網(wǎng)， 2008</p><p>　　[7] 2008—2010年中國(guó)太陽(yáng)能熱水器行業(yè)市場(chǎng)調(diào)查與投資前景分析報(bào)告.內(nèi)部資料，2008</p><p>　　[8] 吳振一，竇建清.全玻璃真空

118、太陽(yáng)集熱管熱水器及熱水系統(tǒng).北京：清華大學(xué)出版社，2008,11</p><p>　　[9] 李曉瑩.傳感器與測(cè)試技術(shù).北京： 高等教育出版社，2006</p><p>　　[10] 太陽(yáng)能資源的主要優(yōu)缺點(diǎn).中國(guó)太陽(yáng)能， </p><p>　　[11] 全玻璃真空太陽(yáng)集熱管.GB/T 17049—2005</p><p>　　[12] Tab