檢測(cè)技術(shù)與儀表課程設(shè)計(jì)論文

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1背景知識(shí)1</b></p><p><b>　　2實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介3</b></p><p>　　3被測(cè)參數(shù)及儀表選用4</p><p>　　3.1測(cè)量實(shí)驗(yàn)管流體進(jìn)口（20~40℃）、出口溫度（20~

2、80 ℃）4</p><p>　　3.2實(shí)驗(yàn)管壁溫（20～80 ℃）測(cè)量6</p><p>　　3.3水浴溫度（20～80 ℃）7</p><p><b>　　3.4水位測(cè)量8</b></p><p>　　3.5流量測(cè)量10</p><p><b>　　3.6差壓11<

3、/b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)13</b></p><p><b>　　1背景知識(shí)</b></p><p>　　換熱設(shè)備污垢的形成過(guò)程是一個(gè)極其復(fù)雜的能量、質(zhì)量和動(dòng)量傳遞的物理化學(xué)過(guò)程，污垢的存在給廣泛應(yīng)用于各工業(yè)企業(yè)的換熱設(shè)備造成極大的經(jīng)濟(jì)損失，因而污垢問(wèn)題成為傳熱學(xué)界和工業(yè)界十分關(guān)注而又至今未能解

4、決的難題之一。</p><p>　　按對(duì)沉積物的監(jiān)測(cè)手段分有：熱學(xué)法和非傳熱量的污垢監(jiān)測(cè)法。熱學(xué)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(jiān)測(cè)法又有直接稱重法、厚度測(cè)量法、壓降測(cè)量法、放射性技術(shù)、時(shí)間推移電影法、顯微照相法、電解法和化學(xué)法。這些監(jiān)測(cè)方法中，對(duì)換熱設(shè)備而言，最直接而且與換熱設(shè)備性能聯(lián)系最密切的莫過(guò)于熱學(xué)法。這里簡(jiǎn)單介紹污垢監(jiān)測(cè)的熱學(xué)法中的污垢熱阻法。</p><p&

5、gt;　　表示換熱面上污垢沉積量的特征參數(shù)有：?jiǎn)挝幻娣e上的污垢沉積質(zhì)量mf，污垢層平均厚度δf和污垢熱阻Rf。這三者之間的關(guān)系由下式表示：</p><p><b>　　(1) </b></p><p>　　通常測(cè)量污垢熱阻的原理如下：</p><p>　　設(shè)傳熱過(guò)程是在熱流密度q為常數(shù)情況下進(jìn)行的，圖1a為換熱面兩側(cè)處于清潔狀態(tài)下的溫度分布，其

6、總的傳熱熱阻為：</p><p><b>　　(3)</b></p><p>　　圖1b為兩側(cè)有污垢時(shí)的溫度分布，其總傳熱熱阻為</p><p><b>　　(4)</b></p><p>　　如果假定換熱面上污垢的積聚對(duì)壁面與流體的對(duì)流傳熱系數(shù)影響不大，則可認(rèn)為。于是從式(4-4)減去式(3)得：

7、 </p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　式(5)表明污垢熱阻可以通過(guò)清潔狀態(tài)和受污染狀態(tài)下總傳熱系數(shù)的測(cè)量而間接測(cè)量出來(lái)。實(shí)驗(yàn)研究或?qū)嶋H生產(chǎn)則常常要求測(cè)量局部污垢熱阻，這可通過(guò)測(cè)量所要求部位的壁溫表示。為明晰起見(jiàn)，假定換熱面只有一側(cè)有污垢存在，則有：</p><p><b>　?。?）</b>&

8、lt;/p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　若在結(jié)垢過(guò)程中，q、Tb均得持不變，且同樣假定，則兩式相減有： (8)</p><p>　　這樣，換熱面有垢一側(cè)的污垢熱阻可以通過(guò)測(cè)量清潔狀態(tài)和污染狀態(tài)下的壁溫和熱流而被間接測(cè)量出來(lái)。</p><p><

9、;b>　　2實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介</b></p><p>　　如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置是東北電力大學(xué)節(jié)能與測(cè)控研究中心楊善讓教授為首的課題組基于測(cè)量新技術(shù)—軟測(cè)量技術(shù)開(kāi)發(fā)的多功能實(shí)驗(yàn)裝置。</p><p>　　基于本實(shí)驗(yàn)裝置，先后完成國(guó)家、東北電力公司、省、市多項(xiàng)科研項(xiàng)目并獲獎(jiǎng)，鑒定結(jié)論為國(guó)際領(lǐng)先。目前承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金、973項(xiàng)目部分實(shí)驗(yàn)工作。</p><p&g

10、t;　　圖2 多功能動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)裝置外形圖</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)裝置的模擬換熱器是由恒溫水浴作為熱源加熱實(shí)驗(yàn)管段（約2m），水浴溫度由溫控器、電加熱管以及保溫箱體構(gòu)成。水浴中平行放置兩實(shí)驗(yàn)管，獨(dú)自擁有補(bǔ)水箱和集水箱，構(gòu)成兩套獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)?？梢宰銎叫袠訉?shí)驗(yàn)和對(duì)比實(shí)驗(yàn)。為獲取水處理藥劑的效果、強(qiáng)化換熱管的污垢特性、污垢狀態(tài)下強(qiáng)化管的換熱效果等等，管內(nèi)流體一般為人工配制的易結(jié)垢的高硬度水或是含有固體微粒等致垢物

11、質(zhì)。</p><p>　　圖3 實(shí)驗(yàn)裝置流程圖</p><p>　　1-恒溫槽體；2-試驗(yàn)管段；3-試驗(yàn)管入口壓力；4-管段入口溫度測(cè)點(diǎn)；5-管壁溫度測(cè)點(diǎn)；6-管段出口溫度測(cè)點(diǎn)；7-試驗(yàn)管出口壓力；8-流量測(cè)量；9-集水箱；10-循環(huán)水泵；11-補(bǔ)水箱；12-電加熱管 </p><p>　　3被測(cè)參數(shù)及儀表選用</p><p>　　3.1測(cè)量

12、實(shí)驗(yàn)管流體進(jìn)口（20～40℃）、出口溫度（20～80 ℃）</p><p>　　此兩處的溫度比較低，測(cè)量不便，適合測(cè)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(shí)驗(yàn)設(shè)備有上位機(jī)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(cè)溫度范圍我選用了WZPK-233S|鎧裝Pt100熱電阻。</p><p>　　圖4 WZPK-233S|鎧裝Pt100熱電阻&

13、lt;/p><p>　　圖5 測(cè)量端結(jié)構(gòu)形式</p><p><b>　　3.1.1工作原理</b></p><p>　　鎧裝熱電阻是利用物質(zhì)在溫度變化時(shí)，其電阻也隨著發(fā)生變化的特征來(lái)測(cè)量溫度的。當(dāng)阻值變化時(shí)，工作儀表便顯示出阻值所對(duì)應(yīng)的溫度值。</p><p><b>　　3.1.2特點(diǎn)</b>&

14、lt;/p><p>　　1熱響應(yīng)時(shí)間少，減小動(dòng)態(tài)誤差； </p><p>　　2直徑小，易彎曲，長(zhǎng)度不受限制，適宜安裝在管道狹窄和要求快速反應(yīng)、微型化等特殊場(chǎng)合；</p><p><b>　　3測(cè)量精度高；</b></p><p>　　4進(jìn)口薄膜電阻元件，性能可靠穩(wěn)定；</p><p>　　5可對(duì)-2

15、00~600℃溫度范圍內(nèi)的氣體、液體介質(zhì)和固體表面進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，并且可直接用銅導(dǎo)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(diào)節(jié)器、 掃描器、數(shù)據(jù)記錄儀以及電腦提供精確的輸入值；</p><p>　　6具有很強(qiáng)的抗污染和優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度，適合安裝在環(huán)境惡劣的場(chǎng)合。</p><p>　　3.1.3常溫絕緣電阻</p><p>　　熱電阻在環(huán)境

16、溫度為15—35°C，相對(duì)濕度不大于80%，試驗(yàn)電壓為10—100V（直流）電極與外套管之間的絕緣電阻>100MΩ。</p><p>　　3.1.4 偶絲直徑材料</p><p><b>　　表1</b></p><p>　　3.1.5測(cè)量范圍及允差</p><p><b>　　表2</b

17、></p><p>　　3.1.6熱響應(yīng)時(shí)間</p><p><b>　　表3</b></p><p><b>　　3.1.7誤差分析</b></p><p>　　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(dòng)勢(shì)及傳感器熱容量等。</p><p>

18、<b>　　3.1.8注意事項(xiàng)</b></p><p>　　通電電流要小，插入管內(nèi)不能太長(zhǎng)也不能太短。</p><p>　　3.2實(shí)驗(yàn)管壁溫（20～80 ℃）測(cè)量</p><p>　　由于被測(cè)管道進(jìn)行水浴加熱，所以選用了WRNK-031G型卡箍式熱電偶?？ü渴焦鼙跓犭娕?、熱電阻是專為測(cè)溫管壁溫度而設(shè)計(jì)的，它采用卡箍式夾緊裝置，無(wú)需焊接，就可將溫

19、度探頭上的加熱板與管道壓接，具有裝拆方便，反應(yīng)靈敏、抗壓耐震和測(cè)量可靠等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)該產(chǎn)品裝上溫度轉(zhuǎn)換器后，具有抗干擾、精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)并且節(jié)省了補(bǔ)償導(dǎo)線，是天然氣、石化、電站等行業(yè)中管道溫度測(cè)量的新型溫度傳感器。為了避免水浴的影響，安裝時(shí)先在管壁上開(kāi)一個(gè)和熱電偶測(cè)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(dǎo)熱系數(shù)相當(dāng)?shù)牟牧咸畛洹?lt;/p><p>　　圖6 WRNK-031G型卡

20、箍式熱電偶</p><p><b>　　3.2.1技術(shù)指標(biāo)</b></p><p><b>　　表4</b></p><p>　　圖7 WRNK-031G型卡箍式熱電偶尺寸</p><p><b>　　3.2.2誤差分析</b></p><p>　　導(dǎo)熱

21、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(huì)產(chǎn)生誤差。</p><p><b>　　3.2.3注意事項(xiàng)</b></p><p>　　盡量避免水浴影響，并進(jìn)行恰當(dāng)?shù)睦涠颂幚?lt;/p><p>　　3.3水浴溫度（20～80 ℃）</p><p>　　水浴溫度測(cè)量選用SARN-23000-M27-300/150-

22、10帶溫度變送器熱電偶。</p><p>　　圖8 SARN-23000-M27-300/150-10帶溫度變送器熱電偶</p><p>　　3.3.1工作原理及應(yīng)用</p><p>　　熱電偶在工作狀態(tài)下所測(cè)得的熱電勢(shì)（電阻）的變化，經(jīng)過(guò)溫度變送器的電橋產(chǎn)生不平衡信號(hào)，經(jīng)放大后轉(zhuǎn)換成為4-20mA電信號(hào)給工作儀表，工作儀表便顯示所對(duì)應(yīng)的溫度值。通常和顯示儀表、記

23、錄儀表、電子計(jì)算機(jī)等配套使用，輸出4-20mA，直接測(cè)量生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)存在碳氯化合物等爆炸物的-200℃-1300℃范圍內(nèi)液體、蒸汽的氣體 質(zhì)以及固體表面溫度。</p><p><b>　　3.3.2主要特點(diǎn)</b></p><p>　　1二線制輸出4-20mA，抗干擾能力強(qiáng)；</p><p>　　2節(jié)省補(bǔ)償導(dǎo)線及安裝溫度變送器費(fèi)用；<

24、;/p><p><b>　　3測(cè)量范圍大；</b></p><p>　　4冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償，非線性校正電路。</p><p><b>　　3.3.3技術(shù)指標(biāo)</b></p><p><b>　　表5</b></p><p><b>　　3.3.4誤

25、差分析</b></p><p>　　導(dǎo)熱誤差，溫度計(jì)在水中插入的深度影響觀測(cè)值（插入太深，測(cè)量值偏高；插入太淺，測(cè)量值偏低）</p><p><b>　　3.3.5注意事項(xiàng)</b></p><p>　　溫度計(jì)以適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度直立插入水中。</p><p><b>　　3.4水位測(cè)量</b>&

26、lt;/p><p>　　補(bǔ)水箱上位安裝，距地面2m，其水位要求測(cè)量并控制，以適應(yīng)不同流速的需要，水位變動(dòng)范圍200mm~500mm。在此我選用型號(hào)為UHZ-517C16耐腐蝕PPR型磁翻柱液位計(jì)，由于此儀表輸出信號(hào)穩(wěn)定性好，防水、防污、防腐蝕性能好，準(zhǔn)確度高，便于信號(hào)遠(yuǎn)傳，便于對(duì)補(bǔ)水箱水位進(jìn)行讀取。</p><p>　　圖9 UHZ-517C16耐腐蝕PPR型磁翻柱液位計(jì)</p>

27、<p>　　3.4.1 工作原理</p><p>　　液位計(jì)根據(jù)浮力原理和磁性耦合作用原理工作的。當(dāng)被測(cè)容器中的液位升降時(shí)，液位計(jì)主導(dǎo)管中的浮子也隨之升降，浮子內(nèi)的永久磁鋼通過(guò)磁耦合傳遞到現(xiàn)場(chǎng)指示器，驅(qū)動(dòng)紅白翻柱轉(zhuǎn)180°，當(dāng)液位上升時(shí)，翻柱由白色轉(zhuǎn)為紅色，當(dāng)液位下降時(shí)翻柱由紅色轉(zhuǎn)為白色，指示器的紅、白界位處為容器內(nèi)介質(zhì)液位的實(shí)際高度，從而實(shí)現(xiàn)液位的指示。 </p>

28、<p><b>　　3.4.2特點(diǎn) </b></p><p>　　1使用被測(cè)介質(zhì)廣泛，可測(cè)油、水及與316不銹鋼兼容的糊狀物，具有一定的防腐能力；</p><p>　　2高準(zhǔn)確度、高穩(wěn)定性、選用進(jìn)口原裝傳感器，線性好，溫度穩(wěn)定性高；</p><p>　　3體積小、重量輕、安裝、調(diào)試、使用方便；</p><p>

29、;　　4不銹鋼全封閉外殼，防水好；</p><p>　　5壓力傳感器直接感測(cè)被測(cè)液位壓力，不受介質(zhì)起泡、沉積的影響；</p><p>　　6輸出信號(hào)穩(wěn)定性高易遠(yuǎn)傳。</p><p>　　3.4.3 技術(shù)指標(biāo) </p><p><b>　　表6</b></p><p>　　3.4.4 誤差分析： &

30、lt;/p><p><b>　　1 壓力的泄漏；</b></p><p>　　2 引壓管道的摩擦損失；</p><p>　　3 液體介質(zhì)的管路中積集氣體。</p><p>　　3.4.5 注意事項(xiàng)： </p><p>　　1 腐蝕或過(guò)熱的介質(zhì)不能與變送器直接接觸；</p><p&g

31、t;　　2 防止渣子在引壓管內(nèi)部沉積；</p><p>　　3 盡可能短地使用引壓管；</p><p>　　4 兩引壓管里的液壓高度應(yīng)保持平衡；</p><p><b>　　3.5流量測(cè)量</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)管內(nèi)流體流量需要測(cè)量，管徑Φ25mm，流量范圍0.5~4m3/h?？紤]到被測(cè)流量為微小流量，并且被測(cè)

32、流體為人工配制的易結(jié)垢的高硬度水或是含有固體微粒等致垢物質(zhì)的流體，考慮到它的腐蝕性，選用了一體式電磁流量計(jì)（DN100，精度0.5）型號(hào)：HM69-EMF。</p><p>　　圖10 一體式電磁流量計(jì)HM69-EMF</p><p><b>　　3.5.1工作原理</b></p><p>　　一體式電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制定，用來(lái)

33、測(cè)量導(dǎo)電流體的體積流量。由于獨(dú)特的特點(diǎn)，目前已廣泛地應(yīng)用于工業(yè)上各種導(dǎo)電液體的測(cè)量?！‰姶帕髁坑?jì)特別設(shè)計(jì)了帶背光寬溫的中文液晶顯示器，功能齊全實(shí)用、顯示直觀、操作使用方便，可以減少其他電磁流量計(jì)英文菜單所帶來(lái)的不便。另外設(shè)計(jì)4-6多電極結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步保證了測(cè)量精度并且任何時(shí)候無(wú)需接地環(huán)，減輕了儀表體積和安裝維護(hù)的麻煩。電磁流量計(jì)在滿足現(xiàn)場(chǎng)顯示的同時(shí)，還可以輸出4～20mA電流信號(hào)供記錄、調(diào)節(jié)和控制用。</p><p&g

34、t;　　3.5.2特點(diǎn)    </p><p>　　1 儀表結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，無(wú)可動(dòng)部件，工作壽命長(zhǎng)；</p><p>　　2 無(wú)截流阻流部件，不存在壓力損失和流體堵塞現(xiàn)象；</p><p>　　3 無(wú)機(jī)械慣性，響應(yīng)快速，穩(wěn)定性好，可應(yīng)用于自動(dòng)檢測(cè)、調(diào)節(jié)和程控系統(tǒng)；</p><p>　　4 測(cè)量精度不受被測(cè)介質(zhì)的種

35、類及其溫度、粘度、密度、壓力等物理的影響；</p><p>　　5 采用聚四氟乙烯或橡膠材質(zhì)襯里和Hc、Hb、316L、Ti等電極材料的不同組合可適應(yīng)不同介質(zhì)的需要；</p><p>　　6 備有管道式、插入式等多種流量計(jì)型號(hào)；</p><p>　　7 采用EEPROM存貯器，測(cè)量運(yùn)算數(shù)據(jù)存貯保護(hù)安全可靠；</p><p>　　8 具備一體化

36、和分離型兩種型式；</p><p>　　9 高清晰度LCD背光顯示。</p><p>　　3.5.3 技術(shù)參數(shù) </p><p><b>　　表7</b></p><p><b>　　3.5.4誤差分析</b></p><p><b>　　1管內(nèi)

37、液體未充滿</b></p><p>　　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(chǎn)生的故障有：①漿液噪聲；②電極表面玷污；③導(dǎo)電沉積層或絕緣沉積層覆蓋電極或襯里；④襯里被磨損或被沉積物覆蓋，流通截面積縮??；</p><p>　　3液體電導(dǎo)率超過(guò)允許范圍引發(fā)的問(wèn)題液體導(dǎo)電率若接近下限值也有可能出現(xiàn)晃動(dòng)現(xiàn)象。</p><p><b>

38、　　3.5.5注意事項(xiàng)</b></p><p>　　1水平安裝，要使兩電極在同一水平面上，并保證測(cè)量導(dǎo)管都充滿液體</p><p>　　2安裝地點(diǎn)要遠(yuǎn)離一切磁源</p><p>　　3流量計(jì)前必須有10D左右的直管道，以消除各種局部阻力對(duì)流線分布對(duì)稱性的影響。</p><p><b>　　3.6差壓</b>&

39、lt;/p><p>　　由于結(jié)垢導(dǎo)致管內(nèi)流動(dòng)阻力增大，需要測(cè)量流動(dòng)壓降，范圍為0~50mm水柱。由于被測(cè)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）。</p><p>　　圖11  PTP801一體化型微差壓傳感器（液壓）</p><p>　　3.6.1特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)</p><p>　　采用OEM硅壓阻

40、式差壓充油芯體組裝而成。外殼為全不銹鋼結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的耐腐蝕性，兩個(gè)壓力接口為M20×1.5螺紋連接, 可直接安裝在測(cè)量管道上或通過(guò)引壓管 連接。應(yīng)用于航空，航天，汽車，醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域的差壓、液位、流量測(cè)控等。  </p><p>　　3.6.2主要技術(shù)參數(shù)</p><p><b>　　表8</b></p><p>

41、;<b>　　3.6.3誤差分析</b></p><p>　　1任何一種應(yīng)變片當(dāng)測(cè)量的環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，其阻值會(huì)因溫度的變化而發(fā)生影響；</p><p>　　2由于彈性元件與應(yīng)變片的線膨脹系數(shù)很難完全一致，但它們又是互相粘貼在一起，所以溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)出現(xiàn)附加的應(yīng)變，從而造成測(cè)量誤差；</p><p>　　3導(dǎo)壓管上會(huì)有壓降。</p&

42、gt;<p><b>　　3.6.4注意事項(xiàng)</b></p><p>　　1應(yīng)采用相應(yīng)的溫度補(bǔ)償措施；</p><p>　　2導(dǎo)壓管盡量光滑，盡量短以減少壓降。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]王建國(guó)主編，檢測(cè)技術(shù)及儀表，北京：中國(guó)電力出版社，2

43、007</p><p>　　[2]楊善讓等，換熱設(shè)備污垢與對(duì)策，科學(xué)出版社，2003</p><p>　　[3]孫靈芳等，一種新型在線冷卻水動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)裝置，儀器儀表學(xué)報(bào)，2002， NO．3</p><p>　　[4]孫靈芳等，一種新型電子水處理器阻垢率的在線監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)方法及裝置，工業(yè)水處理，2000，NO．3</p><p>