【正文】 Ф 3 ≤ 3 檢測技術(shù)及儀表課程設(shè)計(jì)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(dòng)勢及傳感器熱 容量等。 偶絲直徑材料 表 1 引線形式 套管外徑 φ 套管材質(zhì) 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。 常溫絕緣電阻 熱電阻在環(huán)境溫度為 15— 35176。當(dāng)阻值變化時(shí)，工作儀表便顯示出阻值所對應(yīng)的溫度值 。此處考慮到被測溫度范圍我選用了 WZPK233S|鎧裝 Pt100 熱電阻。檢測技術(shù)及儀表課程設(shè)計(jì)論文 4 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質(zhì)。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)。目前承擔(dān)國家自然科學(xué)基金、 973項(xiàng)目部分實(shí)驗(yàn)工作。 2 實(shí)驗(yàn)裝置簡介 如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置是東北電力大學(xué)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(shù) — 軟測量技術(shù)開發(fā)的多功能實(shí)驗(yàn)裝置。實(shí)驗(yàn)研究或?qū)嶋H生產(chǎn)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。這三者之間的關(guān)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(shè)傳熱過程是在熱流密度 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，其總的傳熱熱阻為： cwcc RRRU 21/1 ??? (3) 圖 1b 為兩側(cè)有污垢時(shí)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(shù)影響不大，則可認(rèn)為 fcfc RRRR 2211 , ?? 。這里簡單介紹污垢監(jiān)測的熱學(xué)法中的污垢熱阻法。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)測法又有直接稱重法、厚度測量法、壓降測量法、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。檢測技術(shù)及儀表課程設(shè)計(jì)論文 1 目錄 1背景知識 …………………………………………… ………………… ..2 2實(shí)驗(yàn)簡介 …………………………………………… ………………… ..3 3 被測參數(shù)及儀表選用 ………………………………………………… 4 實(shí)驗(yàn)管流體進(jìn)口 、 出口溫度測量 ………………………………… .4 實(shí)驗(yàn)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(xiàn) …………………………………………………………… ..13 檢測技術(shù)及儀表課程設(shè)計(jì)論文 2 1 背景知識 換熱設(shè)備污垢的形成過程是一個(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)注而又至今未能解決的難題之一。 按對沉積物的監(jiān)測手段分有：熱學(xué)法和非傳熱量的污垢監(jiān)測法。這些監(jiān)測方法中，對換熱設(shè)備而言，最直接而且與換熱設(shè)備性能聯(lián)系最密切的莫過于熱學(xué)法。 表示換熱面上污垢沉積量的特征參數(shù)有：單位面積上的污垢沉積質(zhì)量 mf，污垢層平均厚度δ f和污垢熱阻 Rf。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(shù)的測量而間接測量出來。為明晰起見，假定換熱面只有一側(cè)有污垢存在，則有： 圖 1 清潔和有污垢時(shí)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(shù)及儀表課程設(shè)計(jì)論文 3 qTTRRRU bcscwcc /)(/1 ,121 ????? （ 6） qTTRRRRU bfsffwcf /)(/1 ,121 ?????? （ 7） 若在結(jié)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(cè)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。 基于本實(shí)驗(yàn)裝置，先后完成國家、東北電力公司、省、市多項(xiàng)科研項(xiàng)目并獲獎(jiǎng)，鑒定結(jié)論為國際領(lǐng)先。 圖 2 多功能動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)裝置外形圖 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?？梢宰銎叫袠訉?shí)驗(yàn)和對比實(shí)驗(yàn)。 圖 3 實(shí)驗(yàn)裝置流程圖 1恒溫槽體； 2試驗(yàn)管段； 3試驗(yàn)管入口壓力； 4管段 入 口溫度測點(diǎn)； 5管壁溫度測點(diǎn)； 6管段出口溫度測點(diǎn)； 7試驗(yàn)管出口壓力； 8流量測量； 9集水箱； 10循環(huán)水泵； 11補(bǔ)水箱； 12電加熱管 3 被測參數(shù)及儀表選用 測量 實(shí)驗(yàn)管流體進(jìn)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(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。 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(shù)及儀表課程設(shè)計(jì)論文 5 圖 5 測量端結(jié)構(gòu)形式 工作原理 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)生變化的特征來測量溫度的。 特點(diǎn) 1熱響應(yīng)時(shí)間少，減小動(dòng)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(yīng)、微型化等特殊場合 ； 3測量精度高； 4進(jìn)口薄膜電阻元件，性能可靠穩(wěn)定； 5可對 200~600℃ 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，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； 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)境惡劣的場合。 C，相對濕度不大于 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。 C 精度等級 允 差 WZPK Pt100 200+500 A級 177。 注意事項(xiàng) 通電電流要小，插入管內(nèi)不能太長也不能太短。 卡箍式管壁熱電偶、熱電阻是專為測溫管壁溫度而設(shè)計(jì)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(yīng)靈敏、抗壓耐震和測量可靠等優(yōu)點(diǎn)。 為了避免水浴的影響 ，安裝時(shí)先在管壁上開一個(gè)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(dǎo)熱系數(shù)相當(dāng)?shù)牟牧咸畛洹? 注意 事項(xiàng) 盡量避免水浴影響，并進(jìn)行恰當(dāng)?shù)?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 。通常和顯示儀表、記錄儀表、電子計(jì)算機(jī)等配套使用，輸出 420mA，直接測量生產(chǎn)現(xiàn)場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。 技術(shù)指標(biāo) 檢測技術(shù)及儀表課程設(shè)計(jì)論文 8 表 5 主要技術(shù)指標(biāo) 基本誤差 基本誤差 =熱電偶允差對應(yīng)輸出基本誤差 +變送器精度（ %）輸出的基本誤差 負(fù)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(xiǎn)場所不高于 70℃ ）。 水位 測量 補(bǔ)水箱上位安裝，距地面 2m，其水位要求測量并控制，以適應(yīng)不同流速的需要，水位變動(dòng)范圍 200mm~500mm。 圖 9 UHZ517C16 耐腐蝕 PPR型磁翻柱液位計(jì) 檢測技術(shù)及儀表課程設(shè)計(jì)論文 9 工作原理 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)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。 技術(shù)指標(biāo) 表 6 主要技術(shù)指標(biāo) 測量范圍 150～ 8000mm，對中心距超過 8000mm 的或遠(yuǎn)輸條件不允許超過長度的液位計(jì)可采用分段制造。 注意事項(xiàng)： 1 腐蝕或過熱的介質(zhì)不能與變送器直接接觸； 2 防止渣子在引壓管內(nèi)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(yīng)保持平衡 ； 檢測技術(shù)及儀表課程設(shè)計(jì)論文 10 流量 測量 實(shí)驗(yàn)管內(nèi)流體流量需要測量，管徑 Φ 25mm， 流量范圍 ~4m3/h。 圖 10 一體式電磁流量計(jì) HM69EMF 工作原理 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，用來測量導(dǎo)電流體的體積 流量。 電磁流量計(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)英文菜單所帶來的不便。電磁流量計(jì)在滿足現(xiàn)場顯示的同時(shí)，還可以輸出 4～ 20mA電流信號供記錄、調(diào)節(jié)和控制用 。 檢測技術(shù)及儀表課程設(shè)計(jì)論文 11 技術(shù)參數(shù) 表 7 儀表精度 管道式 、 級、 級；插入 式 級 測量介質(zhì) 流速范圍 工作壓力 環(huán)境溫度 介質(zhì)溫度 外殼防護(hù) 輸出信號 通訊輸出 電氣連接 電源電壓 最大功耗 電導(dǎo)率大于 5μ S/cm 的各種液體和液固兩相流體 ～ 15m/s ≤ 40℃～ +70℃ 聚四氟乙烯襯里 ≤ 180℃ 橡膠材質(zhì)襯里 ≤ 65℃ IP65 4～ ，負(fù)載電阻 0～ 750Ω RS485 或 CAN 總線 M20 內(nèi)螺紋， φ 10電纜孔 85～ 、 24177。 注意事項(xiàng) 1 水平安裝，要使兩電極在同一水平面上，并保證測量導(dǎo)管都充滿液體 2 安裝地點(diǎn)要遠(yuǎn)離一切磁源 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流線分布對稱性的影響。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） 。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 螺紋連接 , 可直接安裝在測量管道上或通過引壓管 連接。 主要技術(shù)參數(shù) 表 8 量 程 0～ 10KPa～ 35MPa 綜合精度 %FS、 %FS、 %FS 輸出信號 4～ 20mA(二線制 )、 0～ 5V、 1～ 5V、 0～ 10V(三線制 ) 供電電壓 24DCV(9～ 36DCV) 介質(zhì)溫度 20～ 85℃ 環(huán)境溫度 常溫 (20～ 85℃ ) 負(fù)載電阻 電流輸出型：最大 800Ω；電壓輸出型：大于 50KΩ 絕緣電阻 大于 2020MΩ (100VDC) 密封等級 IP65 長期穩(wěn)定性能 %FS/年 振動(dòng)影響 在機(jī)械振動(dòng)頻率 20Hz～ 1000Hz 內(nèi)，輸出變化小于 %FS 電氣接口 (信號接口 ) 引線、赫絲曼接頭、航空接插件、 PG7 法蘭 機(jī)械連接 (螺紋接口 ) M12 M G1/2 誤差分析 1 任何一種應(yīng)變片當(dāng)測量的環(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； 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，從而造成測量 誤差； 3 導(dǎo)壓管上會(huì)有壓降。 檢測技術(shù)及儀表課程設(shè)計(jì)論文 13 參考文獻(xiàn) [1]王建國主編，檢測技術(shù)及儀表， 北京：中國電力出版社， 2020 [2]楊善讓等，換熱設(shè)備污垢與對策， 科學(xué)出版社， 2020 [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