仪表课设.doc

目录1.课程设计的背景知识与实验装置的介绍.........................................11.1背景知识.................................................................11.2实验装置简介.............................................................21.3被测参数.................................................................32.检测方法设计和仪表的选择...................................................32.1温度的测量...............................................................32.1.1实验管流体进口、出口温度的测量（20~40℃、20~80℃）.....................32.1.2实验管壁温、水浴温度的测量（20~80℃）..................................52.1.3误差分析：.............................................................52.2水位的测量...............................................................62.2.1补水箱水位的测量（200mm~500mm）........................................62.2.2误差分析：.............................................................72.3流量的测量...............................................................72.3.1试验管内流体流量的测量(0.5~4m3/h).......................................72.3.2误差分析...............................................................92.4压差的测量...............................................................92.4.1入口出口流动压降的测量（0-50mmH2O）..................................92.4.2误差分析：............................................................103.心得体会..................................................................114.参考文献..................................................................11过程检测技术及仪表课程设计报告11.课程设计的背景知识与实验装置的介绍1.1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δf和污垢热阻Rf。这三者之间的关系由下式表示：ffffffmR1(1)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：cwccRRRU21/1(3)图1b为两侧有污垢时的温度分布，其总传热热阻为ffwfffRRRRRU2211/1(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fcfcRRRR2211,。于是从式(4-4)减去式(3)得：cfffUURR1121（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图1清洁和有污垢时的温度分布及热阻Tb1Rc1Rc2Tb2AQRw壁（a）洁净（b）污染Rf1Rf2壁污垢沉积层Rf1RwRf2Ts1Ts2Tb1Tb2Ts1Ts2过程检测技术及仪表课程设计报告2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：qTTRRRUbcscwcc/)(/1,121（6）qTTRRRRUbfsffwcf/)(/1,121（7）若在结垢过程中，q、Tb均得持不变，且同样假定fcRR22，则两式相减有：qTTRcsfsf/)(,1,1(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。1.2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。过程检测技术及仪表课程设计报告3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-电加热管本课设题目以一多功能动态实验装置为对象，要求综合以前所学知识，完成此实验装置所需检测参数的检测。设计检测方案，包括检测方法、仪表种类选用以及需要注意事项，并分析误差产生的原因等等。1.3被测参数该实验装置上，需要检测和控制的参数主要有：1、温度：包括实验管流体进口（20~40℃）、出口温度（20~80℃），实验管壁温（20~80℃）以及水浴温度（20~80℃）2、水位：补水箱上位安装，距地面2m，其水位要求测量并控制，以适应不同流速的需要，水位变动范围200mm~500mm3、流量：实验管内流体流量需要测量，管径Φ25mm，流量范围0.5~4m3/h4、差压：由于结垢导致管内流动阻力增大，需要测量流动压降，范围为0~50mm水柱2.检测方法设计和仪表的选择2.1温度的测量2.1.1实验管流体进口、出口温度的测量（20~40℃、20~80℃）检测仪表选用双金属片温度计。双金属片式温度计是利用线膨胀系数差别较大的两种金属材料制成的双层片状元件，在温度变化时将使自由端产生位移，借此带动指针在温度刻度盘上转动构成温度计。将双金属条卷绕成平面螺旋形，内端固定，外端安装指针，就成为简单使用的室温计。将双金属条卷绕成细旋管，一端固定，另一端带动指针轴，125834679101112220V冷却水入口出口过程检测技术及仪表课程设计报告4并用导热套管保护起来，就成为工业用现场指示型双金属计。由于双金属片温度计的测温范围与玻璃液体温度相近，虽然它的精度较差，但在震动和受冲击的应用场合更为适用。双金属温度计适用于中低温现场检测，可直接测量液体、气体和蒸汽的温度。由于管内流体一般为易结垢的高硬度水或是含有固体微粒等致垢物质，所以我认为在这种场合应采用抗震动和冲击的双金属温度计。图4双金属温度计实物图表1双金属温度计的型号及相关参数型号WSS-301WSS-401WSS-311WSS-411WSS-381WSS-481WSSX-401WSSX-481WSSP-401WSS-481形式轴向式径向式万向式电接点式带热电阻式表盘直径φ60,φ100,φ150φ60,φ100,φ150φ60,φ100,φ150φ100φ100测量范围-80～+500℃-80～+500℃-80～+500℃-80～+500℃-80～+500℃精度等级±1.5%±1.5%±1.5%±1.5%±1.5%插入长度100,150,200，300,400,500100,150,200300,400,500100,150,200300,400,5007100,150,200300,400,500100,150,200300,400,500保护管材质1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti保护管直径φ6,φ8,φ10φ6,φ8,φ10φ6,φ8,φ10φ6,φ8,φ10φ6,φ8,φ10热响应时间≤40S≤40S≤40S≤40S≤40S环境温度-+～80℃-+～80℃-+～80℃-+～80℃-+～80℃过程检测技术及仪表课程设计报告5在本装置中，流体进口和出口温度范围分别是20~40℃和20~80℃，属于中低温范围，所以选取轴向式双金属温度计，型号为WSS-301、WSS-401、WSS-501。2.1.2实验管壁温、水浴温度的测量（20~80℃）选用装配式热电阻进行实验管壁温、水浴温度的测量。装配热电阻作为温度测量传感器，通常显示仪表、记录仪和电子调节器等配套使用，根据国家规定装配热电阻生产应符合IEC国际标准分度号的Pt100铂热电阻和符合专业标准分度号的Cu50铜热电阻两大类装配式、统一设计型热电阻。其优点很多，零件分解性好，维修方便，更换易损件成本低可以远传电信号，灵敏度高，稳定性强，互换性以及准确性都比较好。图7装配型热电阻实物图装配式热电阻的技术指标：分度号：Pt100、Cu50；测量范围：Pt100：-200～500℃；Cu50：-50～150℃；热响应时间：t0.5≤45s；允差：Pt100：A级：±（0.15＋0.002|t|）；B级：±（0.30＋0.005|t|）；Cu50：±（0.40＋0.005|t|）；环境温度：-40～+85℃；固定法兰或螺纹式：-0.1～2.5MPa；活动法兰或螺纹式：电气接口：M20×1.5；防爆标志：隔爆型：ExdIICT1～T6；本安型：ExiaIICT1～T6；防护等级：IP65；插入深度：100～5000mm；保护管直径：φ12、φ16，非统设规格按用户要求。表3装配型热电阻的参数表型号分度号测温范围精度等级允许误差WZPPt100-200-+500A级±(0.15+0.002)ltlWZCCu50Cu100-50-+100B级±(0.30+0.005)ltl在本装置中，测温范围在20℃~80℃，属于中低温，可以采用测温范围较小，型号为WZC的铜热电阻，其线性好，价格低但其电阻率低，体积大，热响应慢，精度较低，也可以采用测量温度范围较大，型号为WZP的铂热电阻，其精度比铜热电阻高，线性好，稳定性和复现性好。2.1.3误差分析：双金属片温度计：一：测量温度为测温点的温度，使用测温点温度代替了管内水流的温度。