【正文】 檢測技術及儀表課程設計論文 1 目錄 1背景知識 …………………………………………… ………………… ..2 2實驗簡介 …………………………………………… ………………… ..3 3 被測參數及儀表選用 ………………………………………………… 4 實驗管流體進口 、 出口溫度測量 ………………………………… .4 實驗管壁溫測量 …………………………………………………… ..6 水浴溫度 …………………………………………………………… .7 水位測量 …………………………………………………………… .8 流量測量 ……………………… ………………………………… ...10 差壓 ……………………………………………………………… ...11 4 參考文獻 …………………………………………………………… ..13 檢測技術及儀表課程設計論文 2 1 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(yè)企業(yè)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(yè)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(jiān)測手段分有：熱學法和非傳熱量的污垢監(jiān)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(jiān)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(jiān)測方法中，對換熱設備而言，最直接而且與換熱設備性能聯(lián)系最密切的莫過于熱學法。這里簡單介紹污垢監(jiān)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δ f和污垢熱阻 Rf。這三者之間的關系由下式表示： ffff ff mR ???? 1?? (1) 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(tài)下的溫度分布，其總的傳熱熱阻為： cwcc RRRU 21/1 ??? (3) 圖 1b 為兩側有污垢時的溫度分布，其總傳熱熱阻為 ffwfff RRRRRU 2211/1 ????? (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 fcfc RRRR 2211 , ?? 。于是從式 (44)減去式 (3)得： cfff UURR1121 ??? （ 5） 式 (5)表明污垢熱阻可以通過清潔狀態(tài)和受污染狀態(tài)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： 圖 1 清潔和有污垢時的溫度分布及熱阻 Tb1 Rc1 Rc2 Tb2 AQ Rw 壁 （ a）潔凈 （ b）污染 Rf1 Rf2 壁 污垢沉積層 Rf1 Rw Rf2 Ts1 Ts2 Tb1 Tb2 Ts1 Ts2 檢測技術及儀表課程設計論文 3 qTTRRRU bcscwcc /)(/1 ,121 ????? （ 6） qTTRRRRU bfsffwcf /)(/1 ,121 ?????? （ 7） 若在結垢過程中， q、 Tb 均得持不變，且同樣假定 fc RR 22 ? ，則兩式相減有：qTTR csfsf /)( ,1,1 ?? (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(tài)和污染狀態(tài)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(jié)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(fā)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(tài)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(tǒng)?？梢宰銎叫袠訉嶒灪蛯Ρ葘嶒?。檢測技術及儀表課程設計論文 4 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(tài)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。 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(huán)水泵； 11補水箱； 12電加熱管 3 被測參數及儀表選用 測量 實驗管流體進口（ 20～ 40℃）、出口溫度（ 20～ 80 ℃） 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 WZPK233S|鎧裝 Pt100 熱電阻。 圖 4 WZPK233S|鎧裝 Pt100熱電阻 1 2 5 8 3 4 6 7 9 10 11 12 220V 冷卻水 入口 出口 檢測技術及儀表課程設計論文 5 圖 5 測量端結構形式 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(fā)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 。 特點 1熱響應時間少，減小動態(tài)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(wěn)定； 5可對 200~600℃ 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(jié)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(yōu)良的機械強度，適合安裝在環(huán)境惡劣的場合。 常溫絕緣電阻 熱電阻在環(huán)境溫度為 15— 35176。 C，相對濕度不大于 80%，試驗電壓為 10— 100V（直流）電極與外套管之間的絕緣電阻 100MΩ。 偶絲直徑材料 表 1 引線形式 套管外徑 φ 套管材質 單支式 φ 2 1Cr18Ni9Ti 測量范圍及允差 表 2 型 號 分度號 測溫范圍 176。 C 精度等級 允 差 WZPK Pt100 200+500 A級 177。 （ + ltl） 熱響應時間 表 3 套管直徑 熱響應時間 Ф 3 ≤ 3 檢測技術及儀表課程設計論文 6 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。 注意事項 通電電流要小，插入管內不能太長也不能太短。 實驗管壁溫（ 20～ 80 ℃） 測量 由于被測管道進行水浴加熱，所以 選用了 WRNK031G 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(yōu)點。同時該產品裝上溫度轉換器后，具有抗干擾、精度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點并且節(jié)省了補償導線，是天然氣、石化、電站等行業(yè)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 WRNK031G型卡箍式熱電偶 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 Dmm WRNK031G K 0～ 800 Ⅰ 大防噴接線盒 1Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti Φ 50～ Φ 200 檢測技術及儀表課程設計論文 7 圖 7 WRNK031G型卡箍式熱電偶尺寸 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。 注意 事項 盡量避免水浴影響，并進行恰當的 冷端處理 水浴溫度（ 20～ 80 ℃） 水浴溫度測量選用 SARN23000M27300/15010 帶溫度變送器熱電偶 。 圖 8 SARN23000M27300/15010帶溫度變送器熱電偶 工作原理及 應用 熱電偶在工作狀態(tài)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 420mA 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 420mA，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。 主要特點 1二線制輸出 420mA，抗干擾能力強； 2節(jié)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 。 技術指標 檢測技術及儀表課程設計論文 8 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（ %）輸出的基本誤差 負載電阻 0500Ω 輸出信號 420mA 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(huán)境溫度 － 25℃ ～ 80℃ （危險場所不高于 70℃ ）。 相對濕度 5％～ 95％ RH 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 mm Ф16mm 常用熱電偶保護管材料 1Cr18Ni9Ti 測溫元件形式 傳統(tǒng)裝配式芯子 熱電偶精度等級 II 級 變送器量程 0～ 150℃ 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） 注意 事項 溫度計以適當的長度直立插入水中 。 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 200mm~500mm。 在此我 選用型號為 UHZ517C16 耐腐蝕 PPR型磁翻柱液位計 ，由于此儀表輸出信號穩(wěn)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 UHZ517C16 耐腐蝕 PPR型磁翻柱液位計 檢測技術及儀表課程設計論文 9 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 180176。 ，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。 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(wěn)定性、選用進口原裝傳感器，線性好，溫度穩(wěn)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(wěn)定性高易遠傳 。 技術指標 表 6 主要技術指標 測量范圍 150～ 8000mm，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 級 負載電阻 ≤750Ω 使用環(huán)境溫度 20～ 90℃ 工作壓力 ～ MPa 外殼材料 PPR 介質粘度 ≤, 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 1236VDC 輸出信號 420mA 介質密度 ～ 環(huán)境振動 頻率 ≤25Hz 振幅 ≤ 過程連接 旁路側面安裝法蘭； DN25, 凸面 誤差分析： 1 壓力的泄漏 ； 2 引壓管道的摩擦損失 ； 3