检测技术与仪表课程设计论文.doc
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1、检测技术及仪表课程设计论文目录1背景知识12实验装置简介33被测参数及仪表选用43.1测量实验管流体进口(2040)、出口温度(2080 )43.2实验管壁温(2080 )测量63.3水浴温度(2080 )73.4水位测量83.5流量测量103.6差压11参考文献131背景知识换热设备污垢的形成过程是一个极其复杂的能量、质量和动量传递的物理化学过程,污垢的存在给广泛应用于各工业企业的换热设备造成极大的经济损失,因而污垢问题成为传热学界和工业界十分关注而又至今未能解决的难题之一。按对沉积物的监测手段分有:热学法和非传热量的污垢监测法。热学法中又可分为热阻表示法和温差表示法两种; 非传热量的污垢监
2、测法又有直接称重法、厚度测量法、压降测量法、放射性技术、时间推移电影法、显微照相法、电解法和化学法。这些监测方法中,对换热设备而言,最直接而且与换热设备性能联系最密切的莫过于热学法。这里简单介绍污垢监测的热学法中的污垢热阻法。表示换热面上污垢沉积量的特征参数有:单位面积上的污垢沉积质量mf,污垢层平均厚度f和污垢热阻Rf。这三者之间的关系由下式表示: (1) 图1 清洁和有污垢时的温度分布及热阻壁(a)洁净 (b)污染 壁污垢沉积层通常测量污垢热阻的原理如下:设传热过程是在热流密度q为常数情况下进行的,图1a为换热面两侧处于清洁状态下的温度分布,其总的传热热阻为: (3)图1b为两侧有污垢时的
3、温度分布,其总传热热阻为 (4)如果假定换热面上污垢的积聚对壁面与流体的对流传热系数影响不大,则可认为。于是从式(4-4)减去式(3)得: (5)式(5)表明污垢热阻可以通过清洁状态和受污染状态下总传热系数的测量而间接测量出来。实验研究或实际生产则常常要求测量局部污垢热阻,这可通过测量所要求部位的壁温表示。为明晰起见,假定换热面只有一侧有污垢存在,则有: (6) (7)若在结垢过程中,q、Tb均得持不变,且同样假定,则两式相减有: (8)这样,换热面有垢一侧的污垢热阻可以通过测量清洁状态和污染状态下的壁温和热流而被间接测量出来。2实验装置简介如图所示的实验装置是东北电力大学节能与测控研究中心杨
4、善让教授为首的课题组基于测量新技术软测量技术开发的多功能实验装置。基于本实验装置,先后完成国家、东北电力公司、省、市多项科研项目并获奖,鉴定结论为国际领先。目前承担国家自然科学基金、973项目部分实验工作。图2 多功能动态模拟实验装置外形图本实验装置的模拟换热器是由恒温水浴作为热源加热实验管段(约2m),水浴温度由温控器、电加热管以及保温箱体构成。水浴中平行放置两实验管,独自拥有补水箱和集水箱,构成两套独立的实验系统。可以做平行样实验和对比实验。为获取水处理药剂的效果、强化换热管的污垢特性、污垢状态下强化管的换热效果等等,管内流体一般为人工配制的易结垢的高硬度水或是含有固体微粒等致垢物质。12
5、5834679101112220V冷却水入口出口图3 实验装置流程图1-恒温槽体;2-试验管段;3-试验管入口压力;4-管段入口温度测点;5-管壁温度测点;6-管段出口温度测点;7-试验管出口压力;8-流量测量;9-集水箱;10-循环水泵;11-补水箱;12-电加热管 3被测参数及仪表选用3.1测量实验管流体进口(2040)、出口温度(2080 )此两处的温度比较低,测量不便,适合测量此段温度的主要有液体膨胀式、双金属、热电偶及热电阻等温度传感器,而我们的实验设备有上位机采集信息,所以最好选用热电偶或者热电阻。此处考虑到被测温度范围我选用了WZPK-233S|铠装Pt100热电阻。图4 WZP
6、K-233S|铠装Pt100热电阻图5 测量端结构形式3.1.1工作原理铠装热电阻是利用物质在温度变化时,其电阻也随着发生变化的特征来测量温度的。当阻值变化时,工作仪表便显示出阻值所对应的温度值。3.1.2特点1热响应时间少,减小动态误差; 2直径小,易弯曲,长度不受限制,适宜安装在管道狭窄和要求快速反应、微型化等特殊场合;3测量精度高;4进口薄膜电阻元件,性能可靠稳定;5可对-200600温度范围内的气体、液体介质和固体表面进行自动检测,并且可直接用铜导线和二次仪表相连接使用,由于它具有良好的电输出特性,可为显示仪、记录仪、调节器、 扫描器、数据记录仪以及电脑提供精确的输入值;6具有很强的抗
7、污染和优良的机械强度,适合安装在环境恶劣的场合。3.1.3常温绝缘电阻热电阻在环境温度为1535C,相对湿度不大于80%,试验电压为10100V(直流)电极与外套管之间的绝缘电阻100M。3.1.4 偶丝直径材料表1引线形式套管外径 套管材质单支式 21Cr18Ni9Ti3.1.5测量范围及允差表2型号分度号测温范围C精度等级允 差WZPKPt100-200-+500A级(0.15+0.002 ltl)3.1.6热响应时间表3套管直径热响应时间333.1.7误差分析主要有分度误差、通电分度误差、线路电阻不同或变化引入的误差、附加电动势及传感器热容量等。3.1.8注意事项通电电流要小,插入管内不
8、能太长也不能太短。3.2实验管壁温(2080 )测量由于被测管道进行水浴加热,所以选用了WRNK-031G型卡箍式热电偶。卡箍式管壁热电偶、热电阻是专为测温管壁温度而设计的,它采用卡箍式夹紧装置,无需焊接,就可将温度探头上的加热板与管道压接,具有装拆方便,反应灵敏、抗压耐震和测量可靠等优点。同时该产品装上温度转换器后,具有抗干扰、精度高、稳定性好等优点并且节省了补偿导线,是天然气、石化、电站等行业中管道温度测量的新型温度传感器。为了避免水浴的影响,安装时先在管壁上开一个和热电偶测量端能良好接触的槽(深度大约是壁厚的一半),安装后缝隙最好能用和管壁导热系数相当的材料填充。图6 WRNK-031G
9、型卡箍式热电偶3.2.1技术指标表4型号分度号测量范围精度等级接线盒形式导热板材料安装板材料管道直径DmmWRNK-031GK0800大防喷接线盒1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti50200图7 WRNK-031G型卡箍式热电偶尺寸3.2.2误差分析导热误差,传热误差,辐射误差以及水浴影响,另外由于冷端温度也会产生误差。3.2.3注意事项尽量避免水浴影响,并进行恰当的冷端处理3.3水浴温度(2080 )水浴温度测量选用SARN-23000-M27-300/150-10带温度变送器热电偶。图8 SARN-23000-M27-300/150-10带温度变送器热电偶3.3.1工作原理及应用热电
10、偶在工作状态下所测得的热电势(电阻)的变化,经过温度变送器的电桥产生不平衡信号,经放大后转换成为4-20mA电信号给工作仪表,工作仪表便显示所对应的温度值。通常和显示仪表、记录仪表、电子计算机等配套使用,输出4-20mA,直接测量生产现场存在碳氯化合物等爆炸物的-200-1300范围内液体、蒸汽的气体质以及固体表面温度。3.3.2主要特点1二线制输出4-20mA,抗干扰能力强;2节省补偿导线及安装温度变送器费用;3测量范围大;4冷端温度自动补偿,非线性校正电路。3.3.3技术指标表5主要技术指标基本误差基本误差=热电偶允差对应输出基本误差+变送器精度(0.2%)输出的基本误差负载电阻0-500
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