检测仪表与技术报告(DOC)

1、课程设计报告学生姓名:学 号：学 院 :班 级 :题 目 :过程检测技术与仪表多功能动态模拟实验装置检测方法设计指导教师： 职称 :2016 年 1 月 4 日目录第一章 绪论 11.1 课题背景与意义 11.2 课题介绍 11.3 实验目标 11.4 实验原理 11.4.1 实验方法简介 11.4.2 实验装置简介 21.4.3 实验参数设计 3第二章 被测参数及仪表选用 42.1 实验管进出口温度测量 42.1.1 选用仪器 42.1.2 热电阻原理 42.1.3 产品参数及结构图 52.1.4 测量注意事项 62.1.5 误差分析 62.2 实验管壁温测量 62.2.1 选用仪器热电偶温

2、度计 62.2.2 热电偶原理 62.2.3 产品参数及结构图 72.2.4 测量注意事项 82.2.5 误差分析 82.3 水域温度测量 82.3.1 选用仪器 82.3.2 检测方法及依据 92.3.3 误差分析 92.4 水位测量 102.4.1 选用仪器 102.4.2 工作原理 102.4.3 产品参数及结构图 102.4.4 误差分析 132.5 流量测量 132.5.1 选用仪器 132.5.2 选用依据 142.5.3 测量注意事项 142.5.4 误差分析 152.6 差压测量 152.6.1 选用仪器 152.6.2 产品参数 152.6.3 误差分析 16第三章 心得体会

3、 17参考文献 18III第一章 绪论1.1 课题背景与意义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。1.2 课题介绍本课设题目以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 实验目标1、测出管道换热面有垢一侧的污垢热阻，能够方便监视管道状态，发现危 险能够及时报警， 使系统运行更可靠， 同时

4、也能推算出工质含杂质热量， 为除杂 志提供参考。2、通过对各种测量方法的思考以及各种资料的查阅，加深了对本门课程的 认识。3、通过在模拟的实战环境中系统锻炼， 使学习能力、 思维能力、 动手能力、 工程创新能力得到综合提高。1.4 实验原理1.4.1 实验方法简介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 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

5、污垢热阻法。1.4.2 实验装置简介该装置是东北电力大学节能与测控研究中心杨善让教授课题组基于测量新 技术软测量技术开发的多功能实验装置。图 1-1 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试 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置的易结垢的高硬度水或是含有固体微粒等 致垢物质。1-恒温槽体； 2-试验管段； 3-试验管入

6、口压力； 4-管段出口温度测点； 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-电加热管图 1-2 实验装置流程图1.4.3 实验参数设计该实验装置上，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 ）；2、实验管壁温（ 20-80 ）以及水浴温度（ 20-80 ）；3、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-500m；m4、流量：实验管内流体流量需要测量，管径 25mm，测量范围 0

7、.5-4m3/h ；5、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。19第二章 被测参数及仪表选用2.1 实验管进出口温度测量2.1.1 选用仪器测进出口温度选用热电阻温度计。 电阻温度计是利用金属导体或金属氧化物 半导体做测温介质， 利用导体或半导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来 进行温度测量。金属电阻一般为正温度系数，电阻随温度的变化可用多项式表示：Rt R(0 1 At Bt 2 Ct3 .)式中： Rt 和 R0分别为温度为 t 和 0 时的电阻值； A、B、C均为常数，其值 决定于热电阻材料的种类。热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。它的

8、主要特点是测量精度高， 性能稳定。其中铂热电阻的测量精确度是最高的，它不仅广泛应用于工业测温， 而且被制成标准的基准仪。选用 WZC-200热电阻。2.1.2 热电阻原理从热电阻的测温原理可知， 被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来 测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。铠装热电阻是由感温元件(电阻体)、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而 成的坚实体， 它的外径一般为 1.0- 8.0mm，最小可达 0.5mm。与普通型热电 阻相比，它有以下优点：体积小，内部无空气间隙，热惯性上，测量滞后小；机 械性能好、耐振，抗冲击；能弯曲，便于安装，使用寿命长等优点。

9、实验管流体进、出口温度，管壁温度和水溶温度大约控制在 20-80 之间， 属于低温测量， 所以只需采用简单的接触式温度计即可。 试验中， 我们还需得到 精度较高的温度值并将其转换为电信号输出， 膨胀式温度计精度虽高但不可以转 化为电信号， 低温测量时热电阻温度计精度比热电偶温度计要高。 所以综合考虑 选择热电阻温度计较好。图 2-1 铠装铂电阻测量端结构形式2.1.3 产品参数及结构图表 2-1 产品参数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 ) ltlB级±( 0.30+0.005 ) ltlWZCCu50 Cu

10、100-50 +100±( 0.30+0.005 ) ltl图 2-2 WZC-200 热电阻结构图主要技术指标：1、铜热电阻： -50 -1002、输出信号： 4-20mA（可与 DDZ-III 仪表配套使用） 0-10mA （可与 DDZ-II 仪表配套使用）3、基本误差：± 0.5%，± 0.2%.4、温度漂移： 0.01%/15、环境温度： -30-70 相对湿度 95%6、负载电阻：三线制 0-10mA；RL 15007、标准工作电压： 24VDC；2.1.4 测量注意事项热电阻温度计测量实验管进、出口温度时应注意接线方式，采用三线制 接线可较好的消除引

11、线电阻的影响，测量准确度高。2.1.5 误差分析1、分度误差。该误差取决于材料纯度和加工工艺。2、通电发热误差。由于通电后会产生自升温现象，从而带来测量误差。该误差无法消除，但可用规定最大电流 6mA。3、线路电阻不同或变化引入的测量误差。可通过串联电位器调整，此 外规定三线、四线接线方法也可以减小误差。4、附加热电动势。电阻丝与引线点处构成热偶，若节点温度不同将产 生附加电动势，对于测量回路可能产生影响。可通过节点靠近，同温等方法 减小或消除。5、热电阻安装时，其插入深度不小于热电阻保护管外径的 8-10 倍，尽 可能使热电阻受热部分增长。热电阻尽可能垂直安装，以防在高温下弯曲变 形。6、热

12、电阻在使用中为了减小辐射热和热传导所产生的误差，应尽量使 保护套管表面和被测介质温度接近，减小热电阻保护套管的黑色系数。2.2 实验管壁温测量2.2.1 选用仪器热电偶温度计热电偶的热电动势将随着测量端温度升高而增长， 热电动势的大小只和热电 偶导体材质以及两端温差有关， 和热电极的长度、 直径无关。 装配式热电偶主要 由接线盒、保护管、绝缘套管、接线端子、热电极组成基本结构，并配以安装固 定装置组成。适合于蒸汽管道、锅炉及其他对温度、压力、流速有所要求的场所。主要用 于测量电站蒸汽管道及锅炉温度。 结构采用热套保护管与电偶可分离方式， 使用 时，用户可将热套焊接或机械固定在设备上，然后装上电

13、偶就可工作。2.2.2 热电偶原理热电偶温度计由三部分组成： 1、热电偶（感温元件）； 2、测量仪表； 3、 连接热电偶和测量仪表的导线（补偿导线及铜线）图 2-3 最简单的热电偶测温系统它是由两种不同材料的导体 A和 B 焊接而成，焊接的一端插入被测介质中， 感受被测温度，称为工作端或热端，另一端与导线相连，称为冷端或自由端。两 种不同成分的导体两端经焊接、 形成回路， 直接测温端叫测量端， 接线端子端叫 参比端。当测量端和参比端存在温差时， 就会在回路产生热电流， 接上显示仪表， 仪表上就批示出热电偶所产生的热电流， 接上显示仪表， 仪表上就批示同热电偶 所产生的热电动势的温度值。2.2.

14、3 产品参数及结构图表 2-2 热套式热电偶名称型号分度号测温范围公称压力流速保护管材料单支WRN-625K0-600 29.4MPa 100m/s1Cr18Ni9Ti热电偶WRE-625E双支WRN2-625K热电偶WRE2-625E图 2-4 套式热电偶2.2.4 测量注意事项热电偶的热电动势是热电偶工作端的两端温度函数的差， 而不是热电偶冷端 与工作端两端温度差的函数； 热电偶所产生的热电动势的大小， 当热电偶的材料 是均匀时， 与热电偶的长度和直径无关， 只与热电偶材料的成分和两端的温差有 关；当热电偶的两个热电偶丝材料成分确定后， 热电偶热电势的大小， 只与热电 偶的温度差有关； 若

15、热电偶冷端的温度保持一定， 这进热电偶的电动势仅是工作 端温度的单值函数。2.2.5 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。1、水浴与管壁分开面积太大，影响流体的流量及换热。所以温度计的体积 应尽可能小。2、外界环境变化会影响管壁温度，故使外界环境温度保持恒定。2.3 水域温度测量2.3.1 选用仪器图 2-5 AD590 温度传感器它的主要特性如下：1、流过器件的电流（ mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数， 即：mA/K式中：一流过器件（ AD590）的电流，单位为 mA；T- 热力学温度，单位 为 K。2、AD590的测温范围为

16、 -55 +150。3、AD590的电源电压范围为 4V-30V.电源电压可在 4-6V 范围变化，电流变 化 1mA，相当于温度变化 1K.AD590可以承受 44V 正向电压和 20V 反向电压，因 而器件反接也不会被损坏。4、输出电阻为 710MW。5、精度高。 AD590共有 I 、J、K、L、M五档，其中 M档精度最高，在 -55 +150范围内，非线性误差为± 0.3 。2.3.2 检测方法及依据该实验装置的模拟换热器是由恒温水域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。此实验装置要求测量水温并控制水浴温度保持恒定。 水浴温度是最容易测量

17、 的，用一个 AD590就可直接得到电信号，不用经过复杂处理， AD590的测温范围 为-55 +150，能够满足测量要求。AD590是利用 PN结正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感 器。它精度高、价格低、不需辅助电源、线性好，这种器件在被测温度一定时， 相当于一个恒流源。 该器件具有良好的线性和互换性， 测量精度高， 并具有消除 电源波动的特性。即使电源在 5-15V 之间变化，其电流只是在 1A以下作微小 变化。2.3.3 误差分析使用前需要调零点，电位器 R2用于调整零点， R4用于调整运放 LF355 的增 益。调整方法如下：在 0时调整 R2，使输出 V0=0，然后在

18、100时调整 R4使 V0=100mV。如此反复调整多次，直至 0时， V0=0mV，100时 V0=100mV为止。 最后在室温下进行校验。例如，若室温为 25，那么 V0 应为 25mV。并水混合物 是 0 环境，沸水为 100环境。2.4 水位测量2.4.1 选用仪器其水位要求测量并控制， 以适应不同流速的需要。 因管内流体一般为人工配 置的易结垢的高硬度水或是含有固体微粒等致垢物质。 法兰式差压变送器正可以 测量粘稠、有沉淀、有腐蚀或易冻结的液体。选用法兰式差压变送器来测量水位变化，并输出一个电信号经计算机处理， 输出控制信号控制一个步进式电机，由它来带动阀门控制水位。2.4.2 工作

19、原理差压式液位计是利用容器内的溶液改变时， 液柱产生的静压也相应变化的原 理而工作的。其特性为：检测元件在容器中几乎不占空间，只需在容器壁上开一个或两个孔即可； 检测元件只有一两个导压管，结构简单，安装方便，便于操作维护，工作可 靠；采用法兰式差压变送器可以解决高粘度、易凝固、易结晶、腐蚀性、含有悬 浮物介质的液位测量问题； 差压式液位计通用性强， 可以用来测量液位， 也可以 用来测量压力和流量等参数。遇到含有杂质、 结晶、凝聚或易自聚的被测介质， 用普通的差压变送器可能 引起连接管线的堵塞，此时需要采用法兰式差压变送器。2.4.3 产品参数及结构图ZP3501L法兰式液位变送器可对各种容器进

20、行精密的液位和密度测量。 通过 管道法兰将变送器固定于容器上， 液位膜片组件有平面式和插入式； 法兰口径规 格；3英寸和 4英寸；压力等级： 1501b和 3001b。根据测量介质的种类可选用 316 不锈钢、哈氏合金或钽膜片。图 2-6 ZP3501 法兰式液位变送器、技术规格表 2-3 技术规格量程代号量程测量范围最小值最大值10.374KPa37.4KPa-37.4 37.4KPa21.868KPa186.8KPa-186.8 186.8KPa36.9KPa690KPa-690 690KPa1、输出：两线制 420mADC并叠加符合 HART协议的过程变量数字信号。2、电源：供电电压 1

21、2.545VDC。3、负载限制：回路最大负载电阻 Rma×取决于供电电压， HART通讯要求负 载电阻不低于 250 ，不高于 600 。4、通讯距离：最大通讯距离为 1.5Km，多站通讯最多可接 15 台智能变送器。5、输出显示：四位半数字显示，五位 LCD液晶显示、指针式。6、防爆形式：本安型： ExiaIICT5 。7、零点迁移范围：零点可随意正迁移或负迁移，但不得使设定的测量范围 上下限和量程超出极限值。二、温度范围1、环境温度： -40 85（选用 LCD指示表时为 -20 70）。2、测量介质温度： -40 104。3、压和单向超压范围。1501b 法兰： 3.45Kpa

22、（绝压） 1.89Mpa（ 37）；3001b 法兰： 3.45Kpa（绝压） 4.9Mpa（ 37）。4、相对湿度： 5 98%R。H5、启动时间： 5 秒内启动。6、容积变化量：小于 0.16c ? 。7、阻尼调整：时间常数 0.2 25秒。8、故障报警：如传感器或电路出现故障，自诊断功能将自动输出3.9 或21.0mA。9、组态保护：为了避免变送器的组态数据被随意改动，可通过软件或保护 开关锁定存储的数据。三、结构参数1、按液体材料 隔离膜片： 316L 不锈钢，哈氏合金，蒙乃尔或钽； 排气/排气阀： 316不锈钢，哈氏合金、蒙乃尔； 法兰及过渡接头：碳钢镀镉、碳钢镀锌、 316 不锈钢

23、、哈氏合金； “0”形圆：氟橡胶。2、非接液件材料 灌充液：硅油 螺栓：碳钢镀锌 电气壳体：低铜铝合金 盖子“ 0”形圆：丁碃橡胶 涂层：聚酯环氧树脂3、压力接口 高压侧： ANSI管法兰 3“和 4”， 1501b和 3001b 低压侧： 1/4 18NPT螺纹 （过渡接头引压口： 1/2 14NPT螺纹）4、电气接口 导线管连接口 M20*1.5、1/2 14NPT螺纹5、重量表 2-4 重量法兰规格等级插入筒长度0（平面式）2”4”6”3” 1501b8.99.810.310.74” 1501b11.612.913.914.83” 3001b11.112.112.512.94” 3001

24、b15.7171822.92.4.4 误差分析由于差压式液位计测量受水、 汽密度变化影响， 需要采取补偿措施， 常采用 双室平衡容器。 法兰式差压变送器会有零点迁移现象， 影响测量， 使用前需进行 调零。2.5 流量测量2.5.1 选用仪器由于实验所用的流体为人工配置的易结垢的高硬度水或含有固体微粒等致 垢物质，其导电率变化较大，不固定，所以不宜采用电磁式流量计。实验管段管径只有 25mm，空间很小，几乎很难再在管中放置大的节流件， 这样会造成压力损失， 使流速减小， 从而影响流量测量。 所以也不宜采用节流式 流量计和涡轮式流量计。涡街流量计主要用于工业管道介质流体的流量测量， 如气体、 液体

25、、蒸汽等 多种介质。其特点是压力损失小，量程范围大，精度高，在测量工况体积流量时 几乎不受流体密度、压力、温度、粘度等参数的影响。无可动机械零件，因此可 靠性高，维护量小。仪表参数能长期稳定。涡街流量计采用压电应力式传感器， 可靠性高，可在 -20 +250的工作温度范围内工作。有模拟标准信号，也 有数字脉冲信号输出， 容易与计算机等数字系统配套使用， 是一种比较先进、 理 想的流量仪表。LUGB型涡街流量计LUGB型涡街流量计适用于测量过热蒸汽、饱和蒸汽、压缩空气和一般气体、 水和液体的质量流量和体积流量。表 2-5 涡街流量计计参数品牌沈阳型号LUGB类型涡街流量传感器测量范围1-2800

26、0测量精度0.5-1.0-1.5产品适用范围液体气体蒸汽图 2-7 涡街流量计实物图2.5.2 选用依据与国内其他同类产品相比，它具有以下功能特点：1、无可动部件，运行可靠，性能较好，使用寿命长。2、测量被测流体，不直接接触传感器，性能稳定。3、输出信号是与流量成正比的脉冲信号或输出 4-20mA标准电流信号4、压力损失较少，故比差压流量计具有节能特点。5、测量量程比大，可达 1：10 而差压只有 1： 3.6、结构简单而牢固，安装方便，维修费用极少。2.5.3 测量注意事项正确的选择安装点和正确安装传感器都是非常重要的环节， 若在安装环节失 误轻者影响测量精度，重者会影响传感器的使用寿命，甚

27、至损坏传感器。1、涡街流量计尽量安装在远离振动源和电磁干扰较强的地方，振动存在的 地方必须采用减震装置，减少管道受振动的影响。2、直管段的配置，前后直管段要满足涡街流量计的要求，所配管道内径也 必须和涡街流量变送器内径一致。3、传感器避免安装在温度变化很大的场所和受到设备的热辐射。2.5.4 误差分析1、漩涡发生体的雷诺数发生变化，导致斯特罗哈尔数 st 不在常数范围内， st 变化，给测量带来误差。2、频率检测产生的误差给流量测量带来误差。3、环境温度变化给测量带来误差。2.6 差压测量2.6.1 选用仪器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。 由于被测流体为高硬度水并且差压较小，选用液压差压变送器 ptp801.2.6.2 产品参数1、量程： 0-10KPa-35MPa2、综合精度：