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指导教师： 职称: 2011 年 月 日目录1.背景意义及设计目的31.1背景意义31.2设计目的32.系统总体设计32.1检测和控制参数32.2 设计原理与方法32.3实验装置与原理图53.参数的检测与控制63.1实验管流体进、出口温度测量及水浴温度63.1.1仪表的选用及依据63.1.2热电阻原理63.1.3WZPK-233S|铠装Pt100热电阻特点73.1.4误差分析73.2实验管壁温测量73.2.1仪表的选用及依据73.2.2工作原理83.2.3误差分析83.2.4注意事项83.3水位测量93.3.1仪表的选用及依据93.3.2玻璃管液位计的结构原理93.3.3玻璃管液位计的特点93.3.4玻璃管液位计的技术指标93.3.5误差分析及注意事项103.4流量测量103.4.1仪表的选用及依据103.4.2工作原理103.4.3孔板流量计的特点103.4.4孔板流量计的主要参数113.4.5误差分析113.5压差测量113.5.1仪表的选择及依据113.5.2工作原理123.5.3技术参数123.5.4微差压传感器特点123.5.5误差分析124.总结135.参考文献131.背景意义及设计目的1.1背景意义污垢和腐蚀问题是各类换热设备普遍存在的，每年由此带来的经济损失，据初步调查，可分别占一个国家工业总产值的0.3%和发达工业国家国民生产总值的0.2%到0.4%这些污垢和腐蚀问题绝大部分是由冷却水水质不良造成。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设计目的针对“应用技术主导型”普通工科高等教育的特点，从工程创新的理念出发，以工程思维模式为主，旨在培养突出“实践能力、创新意识和创业精神”特色的、适应当前经济社会发展需要的“工程应用型人才”。通过在模拟的实战环境中系统锻炼，使学生的学习能力、思维能力、动手能力、工程创新能力和承受挫折能力都得到综合提高。以增强就业竞争力和工作适应力。2.系统总体设计2.1检测和控制参数1、温度：包括实验管流体进口（2040）、出口温度（2080 ） ，实验管壁温（2080 ）以及水浴温度（2080 ） 2、水位：补水箱上位安装，距地面2m，其水位要求测量并控制循环水泵，以适应不同流速的需要，水位变动范围200mm500mm3、流量：实验管内流体流量需要测量，管径25mm，流量范围0.54m3/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050mm水柱。2.2 设计原理与方法按对沉积物的监测手段污垢测量可分为：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；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是热学法。本文将简单介绍污垢监测的热学法中的污垢热阻法。污垢热阻法数学模型的建立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f和污垢热阻Rf。这三者之间的关系由式表示： (1)图2-1 清洁和有污垢时的温度分布及热阻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： (2)图三（b）为两侧有污垢时的温度分布，其总传热热阻为 (3)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。于是从式(3)减去式(2)得 （4）式(4)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： （5） （6）若在结垢过程中，q、Tb均得持不变，且同样假定，则两式相减有 （7）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。2.3实验装置与原理图图 2-2 多功能动态模拟实验装置外形图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。125834679101112220V冷却水入口出口图2-3 实验装置原理图图中各数字代表的含义如下：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3.参数的检测与控制3.1实验管流体进、出口温度测量及水浴温度3.1.1仪表的选用及依据由给定的参数可知，试验管流体进、出口的温度为2040，温度范围小，此两处的温度比较低，测量不便，适合测量此段温度的主要有液体膨胀式、双金属、热电偶及热电阻等温度传感器，而我们的实验设备有上位机采集信息，所以最好选用热电偶或者热电阻。选用了WZPK-233S|铠装Pt100热电阻。热电阻在环境温度为1535C，相对湿度不大于80%，试验电压为10100V（直流）电极与外套管之间的绝缘电阻100M。3.1.2热电阻原理铠装热电阻是利用物质在温度变化时，其电阻也随着发生变化的特征来测量温度的。当阻值变化时，工作仪表便显示出阻值所对应的温度值。图3-1 热电阻测量端结构图3.1.3WZPK-233S|铠装Pt100热电阻特点（1）热响应时间少，减小动态误差； （2）直径小，易弯曲，长度不受限制，适宜安装在管道狭窄和要求快速反应、微型化等特殊场合；（3）测量精度高；（4）进口薄膜电阻元件，性能可靠稳定；（5）可对-200600温度范围内的气体、液体介质和固体表面进行自动检测，并且可直接用铜导线和二次仪表相连接使用，由于它具有良好的电输出特性，可为显示仪、记录仪、调节器、 扫描器、数据记录仪以及电脑提供精确的输入值；（6）具有很强的抗污染和优良的机械强度，适合安装在环境恶劣的场合。3.1.4误差分析主要存在分度误差、通电发热误差、线路电阻不同或变化引入的误差、附加电动势及传感器热容量等。3.2实验管壁温测量3.2.1仪表的选用及依据用热电偶测量壁温，根据中间导体定律使采用仪表测量热电偶的热电动势成为可能，同时，使采用热电偶开路测量金属壁温、液态金属等测量成为可能。试验管壁温主要指处于恒温水浴中两根平行管管壁的温度，由于试验管壁温范围为2080 ，并且被测管道进行水浴加热，所以选用了WRNK-031G型卡箍式热电偶。卡箍式管壁热电偶、热电阻是专为测温管壁温度而设计的，它采用卡箍式夹紧装置，无需焊接，就可将温度探头上的加热板与管道压接，具有装拆方便，反应灵敏、抗压耐震和测量可靠等优点。同时该产品装上温度转换器后，具有抗干扰、精度高、稳定性好等优点并且节省了补偿导线，是天然气、石化、电站等行业中管道温度测量的新型温度传感器。为了避免水浴的影响，安装时先在管壁上开一个和热电偶测量端能良好接触的槽（深度大约是壁厚的一半），安装后缝隙最好能用和管壁导热系数相当的材料填充。图3-2 WRNK-031G型卡箍式热电偶3.2.2工作原理由两种不同成份的导体两端经焊接，形成回路，直接测温端叫测量端，接线端叫参比端。当测量端和参比端存在温差时，就会在回路中产生热电流，接上显示仪表，仪表上就会指示出热电偶所产生的热电动势的对应温度值。热电偶的热电动势将随着测量端的温度升高而增长，热电动势的大小只和导体材质以及两端温差有关，和热电极的长度，直径无关。3.2.3误差分析热电偶测温属于接触测温法，有传热误差（不可避免，但可以通过提高传感器与被测对象之间的传热来减小）导热误差，辐射误差以及水浴影响和热电偶冷端产生的误差3.2.4注意事项进行恰当的冷端处理，具体方法有：补偿导线法，参比端恒温法，计算修正法，软件修正法和冷端补偿器法。3.3水位测量3.3.1仪表的选用及依据HG5型玻璃管液位计是按原化工部HG5-227-80标准生产的就地式液位测量仪表，它主要用于直接显示各种罐、塔、槽、箱等容器内介质液位的高度。玻璃管液位计结构简单，显示直观，价格适中，维护方便，很适合实验管内液位的测量。在水位传感器后接A/D，D/A，和8051即可完成数模转换及水位的控制。3.3.2玻璃管液位计的结构原理仪表上下阀都装有PN1.6MPa，DN20的法兰。通过焊接在容器上的法兰，与容器组成连通器，透过玻璃管就可直接显示容器内介质液位的高度。仪表两端均装有针形阀，针形阀内装有钢球，当玻璃管因事故而破裂时，钢球在容器压力作用下自动关闭针形阀通道，以防止容器内介质外流。图3-3 玻璃管液位计3.3.3玻璃管液位计的特点1）直读式仪表，读数精确。2）结构简单，维修方便。3）经久耐用。3.3.4玻璃管液位计的技术指标1）测量范围(安装中心距L)：300、500、600、800、1000、1200、1400、1700、2000mm2）工作压力：1.6MPa材质：碳钢、不锈钢3）工作温度：2004）连接法兰标准：HGJ46-91 PN1.6 DN20突面5）伴热蒸汽压力：0.6MPa6）蒸汽夹套接头：G1/2外螺纹7）钢球自封压力：0.2MPa3.3.5误差分析及注意事项误差分析：液位计内部温度与箱内水温不同，使得显示水位与真实水位不同。注意事项：1.为保证自密封作用，容器内介质压力应大于0.2MPa。2.在打开上下阀时，阀杆退出转数不得少于4转，以免钢球在自封时，碰到阀杆的顶端。3.4流量测量3.4.1仪表的选用及依据迄今为止，流量的测量准确度较低，流量计的通用性很差，特别是对腐蚀性流体、赃物流体、高粘性流体的流量的测量还需要更多的发展。对于该实验，本文选择的是孔板流量计。LYLG系列孔板流量计是测量流量的差压发生装置，配合各种差压计或差压变送器可测量管道中各种流体的流量。孔板流量计节流装置包括环室孔板，喷嘴等。孔板流量计节流装置与差压变送器配套使用，可测量液体、蒸汽、气体的流量。3.4.2工作原理流体流经管内固定的节流件时，在节流件前后产生了差压，根据测量与流量有一定关系的差压而确定被测流量的大小。3.4.3孔板流量计的特点1.节流装置结构易于复制，简单、牢