检测关键技术及仪表专业课程设计方案报告

第一章 绪论 1.1 课程设计目 针对“应用技术主导型”普通工科高等教诲特点，从工程创新理念出发，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、适应当前经济社会发展需要“工程应用型人才”。 通过在模仿实战环境中系统锻炼，使学生学习能力、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。 1.2课题简介 本课设题目以多功能动态实验装置为对象，规定综合此前所学知识，完毕此实验装置所需参数检测。设计检测方案，涉及检测办法，仪表种类选用以及需要注意事项，并分析误差产生因素等等。 1.3 实验背景知识 换热设备污垢形成过程是一种极其复杂能量、质量和动量传递物理化学过程，污垢存在给广泛应用于各工业公司换热设备导致极大经济损失，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难题之一。 1.4 实验原理 1.4.1 检测办法 按对沉积物监测手段分有热学法和非传热量污垢监测法。 热学法中又可分为热阻表达法和温差表达法两种； 非传热量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。 这些监测办法中，对换热设备而言，最直接并且与换热设备性能联系最密切莫过于热学法。这里选取热学法中污垢热阻法。 1.4.2 热阻法原理简介 表达换热面上污垢沉积量特性参数有单位面积上污垢沉积质量mf， 污垢层平均厚度δf和污垢热阻Rf。这三者之间关系由式表达 （1-1） 图1-1 清洁和有污垢时温度分布及热阻 普通测量污垢热阻原理如下 设传热过程是在热流密度q为常数状况下进行，图1a为换热面两侧处 于清洁状态下温度分布，其总传热热阻为 （1-2） 图1b为两侧有污垢时温度分布，其总传热热阻为 （1-3） 忽视换热面上污垢积聚对壁面与流体对流传热系数影响，则可以为 （1-4） 于是两式相减得 （1-5） 该式表白污垢热阻可以通过清洁状态和受污染状态下总传热系数测量而间接测量出来。 实验研究或实际生产则经常规定测量局部污垢热阻，这可通过测量所规定部位壁温表达。为明晰起见，假定换热面只有一侧有污垢存在，则有 （1-6） （1-7） 若在结垢过程中，q、Tb均得持不变，且同样假定 （1-8） 则两式相减有 （1-9） 这样，换热面有垢一侧污垢热阻可以通过测量清洁状态和污染状态下壁温和热流而被间接测量出来。 1.5 实验装置 图1-2 多功能动态模仿实验装置外形图 如图所示实验装置是东北电力大学节能与测控研究中心杨善让专家课题 组基于测量新技术软测量技术开发多功能实验装置。 本实验装置模仿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。管内流体普通为人工配制易结垢高硬度水或是具有固体微粒等致垢物质。 1-恒温槽体；2-实验管段；3-实验管入口压力；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-实验管出口压力；8-流量测量； 9-集水箱；10-循环水泵；11-补水箱；12-电加热管 图1-3 实验装置流程图 1.6需要检测和控制重要参数 1 温度涉及实验管流体进口（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，其水位规定测量并控制循环水泵，以适应不同流速需要，水位变动范畴200mm500mm； 3 流量实验管内流体流量需要测量，管径Φ25mm，流量范畴0.54m3/h； 4 差压由于结垢导致管内流动阻力增大，需要测量流动压降，范畴为050mm水柱。 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仪表选取 由于实验装置进出口管直径较小，采用体积较大温度计会增长流动阻力，从而影响流速。 并且由给定参数可知，实验管流体进、出口温度为 20℃～ 40℃，温度范畴小，此两处温度比较低，测量不便，适合测量此段温度重要有液体膨胀式、双金属、热电偶及热电阻等温度传感器，而咱们实验设备有上位机采集信息，因此最佳选用热电偶或者热电阻。 热电阻是中低温区最惯用一种温度检测器。它重要特点是测量精度高， 性能稳定。其中铂热电阻测量精准度是最高，它不但广泛应用于工业测温， 并且被制成原则基准仪。 当前应用最广泛热电阻材料是铂和铜铂电阻精度 高，合用于中性和氧化性介质，稳定性好，具备一定非线性，温度越高电阻变 化率越小；铜电阻在测温范畴内电阻值和温度呈线性关系，温度线数大，合用于 无腐蚀介质， 超过 150 易被氧化。 国内最惯用有 R010Ω 、R0100Ω 和 R01000 Ω 等几种， 它们分度号分别为 Pt10、Pt100、Pt1000； 铜电阻有 R050Ω 和 R0100 Ω 两种，它们分度号为 Cu50 和 Cu100。其中 Pt100 和 Cu50 应用最为广泛。 本设计中选用了 WZPK-233S|铠装 Pt100 热电阻。热电阻在环境温度为 15 35C，相对湿度不不不大于 80，实验电压为 10100V（直流）电极与外套管之间 绝缘电阻100MΩ 。 铠装热电阻是运用物质在温度变化时，其电阻也随着发生变化特性来测量 温度。当阻值变化时，工作仪表便显示出阻值所相应温度值。 2.1.2仪表特点 铠装铂电阻作为一种温度传感器，它比装配式铂电阻直径小，易弯曲，适当 安装在管道狭窄和规定迅速反映、微型化等特殊场合。其可对-200600℃温度范 围内气体、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， 由于它具备良好电输出特性， 可为显示仪、记录仪、调节器、扫 描器、数据记录仪以及