过程参数检测及仪表

1、过程参数检测及仪表课程设计任 务 书一、 目的与要求本课程设计为检测技术与仪器、自动化专业过程参数检测及仪表专业课的综合实践环节。通过本课程设计，使学生加深过程参数检测基本概念的理解，掌握仪表的基本设计方法和设计步骤。二、 主要内容通过本门课程设计，使学生了解流量测量的基本原理，流量仪表的基本结构，掌握节流式流量计的设计方法和一般设计步骤。三、 进度计划序号设计(实验)内容完成时间备注1选定所设计的节流式流量计的设计题目，查阅相关技术资料2014年1月11日2分析计算，确定设计方案2014年1月12日3绘制节流件的机械设计图纸2014年1月13日4撰写设计说明书2014年1月14日5提交设计图

2、纸和设计说明书，并答辩2014年1月15日四、 设计（实验）成果要求提交设计图纸及设计说明书五、 考核方式答辩 学生姓名：蔡攀 指导教师： 田沛 2015年 6 月 19 日一、课程设计目的与要求本课程设计为检测技术与仪器、自动化专业过程参数检测及仪表专业课的综合实践环节。通过本课程设计，使学生加深过程参数检测基本概念的理解，掌握仪表的基本设计方法和设计步骤。二、课程设计正文1.第一类命题（第一题） 已知条件:流体为水，工作压力，工作温度；管道，材料为20号钢旧无缝钢管；节流件为角接取压标准孔板，材料为1Cr18Ni9Ti；差压，求给定差压值下的水流量？解：1.1设计任务书序号项 目符号单位数

3、 值1被测介质名称水2流量状态参数:工作压力PMPa0.58(绝对压力)3工作温度t304管道直径(20下实测值)mm1005管道材料20号钢旧无缝钢管6节流件的形式角接取压标准孔板7节流件的材料 1Cr18Ni9Ti8节流件孔径(20下实测值)mm50.389差压值Pa500001.2辅助计算（1）查表可得水的密度，水的动力粘度，管道线膨胀系数，节流件线膨胀系数。由已知的管道直径和节流件开孔直径计算工作状态下的管道内径及节流件开孔直径，即：（2）计算直径比（3）本题中被测介质水为不可压缩性流体，故。（4）迭代计算中的不变量：1.3根据题意可知，直管段长度和粗糙度符合要求。1.4迭代计算流量对

4、于角接取压标准孔板，有 （1）令，将带入上式得流出系数的初始值。则 将的值带入公式（1）中，得 同理可得 这时 迭代计算结束，所以得 流体为过热蒸汽；最大流量q=240*10kg/h；常用流量q=230*10kg/h；最小流量q=100*10kg/h；工作压力P=13.2MPa；工作温度t=550°C；管道D=221mm，材料X20CrMoV121新无缝管；允许压力损失60kPa；上游第一阻力件为90°平面弯头，上游第二阻力件为全开闸阀。求：（1）确定节流件形式；（2）选定差压计；（3）计算、C、d；（4）确定最小直管段长度l,l,l；（5）计算压力损失并进行核算（6）计算

5、基本误差。此题设计任务书为：序号项 目符号单位数 值1被测介质名称过热蒸汽2流量测量范围：正常最大最小qqqkg/hkg/hkg/h2300002400001000003介质温度t°C5504介质绝对压力pMPa13.25管道内径实测值Dmm2216管道材料X20CrMoV121新无缝管7节流件取压形式标准喷嘴（角接取压）8管道阻力件上游第一阻力件为90平面弯头，第二阻力件为全开闸阀9正常流量下允许的压力损失Pa60*1010管道简图：解：1、准备计算：根据介质工作状态下的压力P=13.2MPa和温度t=550°C，查得介质密度=37.928kg/m,介质动力粘度=31.2

6、22*10Pa·s，过热蒸汽的等熵指数=1.3。根据管道材料X20CrMoV121和工作温度550°C，查得管道材料线膨胀系数=12.30*101/°C。计算D：D= D1+（t-20） =221*1+12.30*10*(550-20) =222.44(mm)计算正常流量和最小流量下雷诺数：=11.71877*10=5.091*10可见，在最小流量下的雷诺数R已超过各种形式标准节流件雷诺数使用范围的下限。2、确定节流件形式 孔板加工方便、价格较廉，但其压力损失较大。对于大型发电机组，由于管道雷诺数较高，允许压力损失限制较严格，故常用喷嘴。由于所测流体为过热蒸汽，且

7、压力损失的限制较为严格，故选用标准喷嘴。3、选定差压计类型和量程 差压计类型根据投资费用和准确度要求选取，可参考附录II-13,本例选用准确度等级为0.25的电容式差压变送器差压计量程上限P=3*=3*60*1000=180*10Pa可选用1151DP电容式差压变送器，其量程范围为（635-3810）*9.81Pa，耐静压为14MPa,变送器差压量程调整在0195*10Pa。流量指示仪表的刻度上限流量是有规定的，即为1，1.25，1.6，2，2.5，3.2，4，5，6.3，8*10，其中n为正或负整数。本例最大流量为250t/h,所以流量计流量刻度上限q定为250t/h。验算:= 0.0136

8、36<0.25,符合规定.4、计算、C、d、压力损失1） 计算常用流量下的差压值 P P=P =165.3125*10Pa; 2）将流量公式中已知数移至等号一边，形成一不变量A，即：A=迭代方程为：=A线性算法中变量为：精密度判据为：（亦可高达5*）先确定C的初始值然后按下列各式求取X、C、：其中迭代结束后，可按下式计算和：现在计算A值：A=0.46441; 3）迭代过程 4）设初始假定值C=0.95；=0.99， 对迭代法用C语言编程有#include <stdio.h>#include<math.h>void main()double c=0.95,e=0.9

9、9,a=0.46441,b,x,t=1,w;while(t>0.00005)x=a/(c*e);b=pow(1+1/(x*x),-0.25);c=0.9900-0.2262*pow(b,4.1)-(0.00175*pow(b,2.0)-0.0033*pow(b,4.15)*pow(1/11.71877),1.15);e=sqrt(pow(1-165.3125/13200),(2/1.3)*(1.3/0.3)*(1-pow(1-165.3125/13200),0.3/1.3)*(13200/165.3125)*(1-b*b*b*b)/(1-b*b*b*b*pow(1-165.3125/13

10、200),2/1.3);t=(a-x*e*c)/a;w=(sqrt(1-b*b*b*b)-c*b*b)*165.3125*1000/(sqrt(1-b*b*b*b)+c*b*b);printf("%f,%f,%f,%f,%f",x,c,e,b,w); 运行此程序得到迭代计算后的结果： X=0.495007;=0.666056;C=0.947245;=0.990425;=59771.968834; 5）对压力损失进行核算上一步求得正常流量下的压力损失为：=59771.968834<压力损失验算合格。 6)确定d选用1Cr18Ni9Ti不锈钢为喷嘴材料，从附录表中查得=1

11、8.2*101/°C =149.742mm5、确定最小直管段长度l,l,l和对管道粗糙度的要求。按=0.7，上游侧第一阻力件为90°平面弯头，第二阻力件为全开闸阀，从表中查得： l=28D=28*0.22244=6.22832m6.23ml=7D=7*0.22244=1.55708m1.56ml=14D=14*0.22244=3.11416m3.11m喷嘴对管道相对粗糙度的限值可从表中查得，对于=0.7，管道相对粗糙度限值为4.0*10，所以管道的绝对粗糙度K为K<222.44*4.0*10=0.088976mm 新无缝钢管的绝对粗糙度K=0.051mm，选择内壁光滑的无缝钢管即能符合粗糙度要求6、计算基本误差 流体为过热蒸汽且=0.666056； 流出系数的不确定度： /C = (2*0.666056-0.4)% = 0.93%；流束膨胀系数的不确定度：/ = 2*p/p%=2*165.3125/13200% = 0.025%；节流件孔径的不确定度： /d =0.1%;观景的不确定度： /D =0.2%;密度的不确定度： /=0.5%