(完整word版)過程檢測技術(shù)及儀表課程設(shè)計(東北電力大學(xué))

1、過程檢測技術(shù)及儀表課程設(shè)計目錄第1章緒 論-1 -1.1課題背景與意義-1 -1.2總實驗裝置以及監(jiān)測原理 -1 -1.3檢測和控制參數(shù)-4 -第2章溫度的測量-5 -2.1實驗管流體進出口溫度測量和控制 -5 -2.1.1檢測方法設(shè)計以及依據(jù) -5 -2.1.2儀表種類選用以及設(shè)計依據(jù) -5 -2.1.3測量注意事項 -7 -2.1.4誤差分析-7 -2.2水浴溫度的測量 -7 -2.2.1檢測方法設(shè)計以及依據(jù) -7 -2.2.2儀表種類選用以及設(shè)計依據(jù) -7 -2.2.3測量注意事項 -8 -2.2.4誤差分析-9 -2.3管壁溫度測量 -9 -2.3.1檢測方法設(shè)計以及依據(jù) -9 -2.

2、3.2儀表種類選用以及設(shè)計依據(jù) -9 -2.3.3測量注意事項 -10 -2.3.4誤差分析-10 -第3章水位的測量-11 -3.1補水箱水位測量 -11 -3.1.1檢測方法設(shè)計以及依據(jù) -11 -3.1.2儀表種類選用以及設(shè)計依據(jù) -11 -3.1.3測量注意事項 -12 -3.1.4誤差分析-12 -第4章流量的測量-14 -4.1試驗管內(nèi)流體的流量測量 -14 -4.1.1檢測方法設(shè)計以及依據(jù) -14 -4.1.2儀表種類選用以及設(shè)計依據(jù) -14 -4.1.3測量注意事項 -16 -4.1.4誤差分析-17 -第5章差壓的測量-18 -5.1實驗管出入口差壓-18 -5.1.1檢測方

3、法設(shè)計以及依據(jù) -18 -5.1.2儀表種類選用以及設(shè)計依據(jù) -18 -5.1.3測量注意事項 -20 -5.1.4誤差分析-20 -設(shè)計心得體會-21 -參考文獻(xiàn)-22 -II過程檢測技術(shù)及儀表課程設(shè)計第1章緒 論1.1課題背景與意義換熱設(shè)備污垢的形成過程是一個極其復(fù)雜的能量、質(zhì)量和動量傳遞的物理化 學(xué)過程，污垢的存在給廣泛應(yīng)用于各工業(yè)企業(yè)的換熱設(shè)備造成極大的經(jīng)濟損失， 因而污垢問題成為傳熱學(xué)界和工業(yè)界十分關(guān)注而又至今未能解決的難題之一。按對沉積物的監(jiān)測手段分有：熱學(xué)法和非傳熱量的污垢監(jiān)測法。熱學(xué)法中又 可分為熱阻表示法和溫差表示法兩種。非傳熱量的污垢監(jiān)測法又有直接稱重法、 厚度測量法、壓降

4、測量法、放射性技術(shù)、時間推移電影法、顯微照相法、電解法 和化學(xué)法。這些監(jiān)測方法中，對換熱設(shè)備而言，最直接而且與換熱設(shè)備性能聯(lián)系 最密切的莫過于熱學(xué)法。本設(shè)計題目以多功能動態(tài)實驗裝置為對象， 要求綜合以前所學(xué)知識，參考相 關(guān)文獻(xiàn)資料，完成此實驗裝置所需檢測參數(shù)的檢測。 設(shè)計檢測方案，包括檢測方 法、儀表種類選用以及需要注意事項，并分析誤差產(chǎn)生的原因等等。1.2總實驗裝置以及監(jiān)測原理如圖1所示的實驗裝置是東北電力大學(xué)節(jié)能與測控研究中心楊善讓教授為 首的課題組基于測量新技術(shù)一軟測量技術(shù)開發(fā)的多功能實驗裝置?；诒緦嶒炑b置，先后完成國家、東北電力公司、省、市多項科研項目并獲獎，鑒定結(jié)論為國 際領(lǐng)先。目

5、前承擔(dān)國家自然科學(xué)基金、973項目部分實驗工作。集水槽圖1-1多功能動態(tài)模擬實驗裝置外形圖本實驗裝置的模擬換熱器是由恒溫水浴作為熱源加熱實驗管段（約2m）水浴溫度由溫控器、電加熱管以及保溫箱體構(gòu)成。水浴中平行放置兩實驗管，獨自 擁有補水箱和集水箱，構(gòu)成兩套獨立的實驗系統(tǒng)?？梢宰銎叫袠訉嶒灪蛯Ρ葘嶒灐?為獲取水處理藥劑的效果、強化換熱管的污垢特性、污垢狀態(tài)下強化管的換熱效 果等等，管內(nèi)流體一般為人工配制的易結(jié)垢的高硬度水或是含有固體微粒等致垢 物質(zhì)。10LL圖1-2實驗裝置流程圖1-恒溫槽體；2-試驗管段；3-試驗管入口壓力；4-管段入口溫度測點；5-管壁溫度測點；6- 管段出口溫度測點；7-試

6、驗管出口壓力；8-流量測量；9-集水箱；10-循環(huán)水泵；11-補水箱； 12-電加熱管設(shè)備的主體是由兩根管組成的管式換熱器。 這兩根管是可以拆裝的，它們都 可以作為實驗管，如對于單純監(jiān)測水質(zhì)污垢熱阻來說，則兩根實驗管可同時進行 兩種水質(zhì)或不同工況的污垢熱阻檢測。也可以將其中一根作為實驗管，另一根作 標(biāo)準(zhǔn)比較管，以便比較水處理措施的效果。管內(nèi)工質(zhì)為欲模擬的實際換熱器的冷 卻水或據(jù)其主要成分配制的工藝流體。管外是由電加熱器和溫度調(diào)節(jié)器構(gòu)成的可 調(diào)溫度的恒溫水浴。實驗管段安裝有壁溫、出入口介質(zhì)溫度、實驗段流動壓降等 測點所有測量信號經(jīng)由傳輸電纜通過數(shù)據(jù)采集器送入計算機，實現(xiàn)了污垢熱阻的在線自動監(jiān)測。

7、面對沉積物的監(jiān)測手段分別有：熱學(xué)法和非傳熱量的污垢監(jiān)測法。熱學(xué)法中 又可分為熱阻表示法和溫差表示法兩種；非傳熱量的污垢監(jiān)測法又有直接稱重 法、厚度測量法、壓降測量法、放射性技術(shù)、時間推移電影法、顯微照相法、電 解法和化學(xué)法。這些監(jiān)測方法中，對換熱設(shè)備而言，最直接而且與換熱設(shè)備性能 能聯(lián)系最密切的莫過于熱學(xué)法中的污垢熱阻法。表示換熱面上污垢沉積量的特征參數(shù)有：單位面積上的污垢沉積質(zhì)量m污垢層平均厚度s和污垢熱阻R。這三者之間的關(guān)系由下式表示：-ff污垢沉積層Rif*I百）污染(1-1)圖1-3清潔和有污垢時的溫度分布及熱阻通常測量污垢熱阻的原理如下：設(shè)傳熱過程是在熱流密度q為常數(shù)情況下進行的，圖

8、3（ a）為換熱面兩側(cè) 處于清潔狀態(tài)下的溫度分布，其總的傳熱熱阻為：1/Uc = R1c Rw ' R2c（1_2）圖3（ b）為兩側(cè)有污垢時的溫度分布，其總傳熱熱阻為1/U f 二只仃Rf1RwRf2R2f（1-3）如果假定換熱面上污垢的積聚對壁面與流體的對流傳熱系數(shù)影響不大，則可認(rèn)為（1-4）于是從式減 Rc =Rif ,R?c = R?f去式得Rf1Rf 2(1-5)式（4）表明污垢熱阻可以通過清潔狀態(tài)和受污染狀態(tài)下總傳熱系數(shù)的測量而間接測量出來。實驗研究或?qū)嶋H生產(chǎn)則常常要求測量局部污垢熱阻，這可通過測量所要求部位的壁溫表示。為明晰起見，假定換熱面只有一側(cè)有污垢存在，則有:(1-

9、6)(1-7)1/U c = R1cRwR2C =仃s1,c _Tb) /q1/U f = R1c Rw Rf R2f 二仃” -Tb)/q若在結(jié)垢過程中，q、Tb均得持不變，且同樣假定民廠血，則兩式相減有(1-8)Rf =(Tsi,f 'Tsicl/q這樣，換熱面有垢一側(cè)的污垢熱阻可以通過測量清潔狀態(tài)和污染狀態(tài)下的壁 溫和熱流而被間接測量出來。1.3檢測和控制參數(shù)1、溫度：包括實驗管流體進口（ 2040C）、出口溫度（2080 C）、實驗管 壁溫（2080 C）以及水浴溫度（2080 C）;2、水位：補水箱上位安裝，距地面2m,其水位要求測量并控制，以適應(yīng)不 同流速的需要，水位變動范

10、圍 200mm500mm；3、 流量：實驗管內(nèi)流體流量需要測量，管徑 25mm,流量范圍0.54m3/h;4、差壓：由于結(jié)垢導(dǎo)致管內(nèi)流動阻力增大，需要測量流動壓降，范圍為 050mm 水柱。-22 -第2章溫度的測量2.1實驗管流體進出口溫度測量和控制實驗管流體進口( 2040C)、出口溫度(2080 C)2.1.1檢測方法設(shè)計以及依據(jù)溫度的測量有接觸式和非接觸式，由上述實驗裝置可知，實驗裝置的進出口 管直徑較小，為25mm故不宜使用體積較大的溫度計， 否則會增加流動阻力影 響流速，而非接觸式一般用于測量高溫， 精度不高，而所測的溫度屬于低溫范圍 的溫度測量，所以要選用精度較高的測溫元件，因此

11、排除了非接觸式的。因此所 選的測溫元件的特點要求結(jié)構(gòu)簡單、方便、體積小、靈敏度高。而常用接觸式的 有膨脹式溫度計、熱電阻和熱電偶，由于膨脹式溫度計精度雖高但此實驗裝置存 在水浴加熱的過程，使用時毛細(xì)現(xiàn)象很容易造成附加誤差； 加之熱電阻測溫范圍 為-200800C，熱電偶為-2002300C，低溫測量時熱電阻溫度計精度比熱電偶 溫度計要高。所以綜合考慮，選擇熱電阻溫度計。熱電阻溫度計的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。它是利用金屬導(dǎo)體或金 屬氧化物半導(dǎo)體做被測溫質(zhì)，利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的阻值隨溫度變化這一現(xiàn)象測量 溫度。因此，只要測量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓?，就可以測量出溫度。2.1.2儀表種類選用以及

12、設(shè)計依據(jù)選擇Pt100熱電阻(1) 測量方法選擇：利用熱電阻測量進出口溫度；(2) 測量依據(jù)：熱電阻溫度計的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。它是利用金屬導(dǎo)體或金屬氧化物半導(dǎo)體做被測溫質(zhì)，利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的阻值隨溫度 變化這一現(xiàn)象測量溫度。因此，只要測量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓?，就可以測量出溫度。(3) 儀表選擇：常用熱電阻有銅熱和鉑熱電阻，但銅熱電阻電阻率低，體積大，熱響應(yīng)慢，所以選用鉑熱，而鉑熱有Pt10和Pt100，后者用于650度以下溫區(qū)，所以采用Pt100熱電阻。另外，Pt100溫度傳感器還具有抗震動、穩(wěn)定性好、耐高壓等優(yōu)點。PtIOO溫度傳感器是PtIOO熱電阻，隨著溫度的變化而變化

13、在零攝氏度時的電阻為100Q ;在100C時，阻值為138.5 Q圖2-1 PtIOO熱電阻(4) 產(chǎn)品參數(shù)廠家：陜西天康智能儀表公司主要技術(shù)指標(biāo)：表2-1 PtIOO熱電阻主要技術(shù)指標(biāo)型號分度號最小置入深度測溫范圍C精度等級允許偏差厶t CWZPWZP 2WZPKWZPK 2A級±( 0.15+0.002|t|)PT100> 200mm-200500B級±( 0.30+0.005|t|)注：“ t ”為感溫元件實測溫度絕對值，雙支鉑電阻只供應(yīng)B級 熱電阻允許通過電流通過鉑電阻的測量電流最大不超過5mA。熱電阻采用三線制接法。采用三線制是為了消除連接導(dǎo)線電阻引起的 測

14、量誤 差。這是因為測量熱電阻的電路一般是不平衡電橋。 熱電阻作為電橋的一個橋臂 電阻，其連接導(dǎo)線(從熱電阻到中控室)也成為橋臂電阻的一部分，這一部分電 阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化，造成測量誤差。采用三線制，將導(dǎo)線一根接到電 橋的電源端，其余兩根分別接到熱電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣消除了導(dǎo)線線路電阻帶來的測量誤差。圖2-2熱電阻三線制接法2.1.3測量注意事項(1) 熱電阻溫度計測量實驗管進、出口溫度時應(yīng)注意接線方式，由于引線 有長短和粗細(xì)之分，也有材質(zhì)的不同，另外引線在不同環(huán)境下電阻值也會發(fā)生變 化，為了避免連線電阻對測溫的影響，在使用時熱電阻需采用三線制的連接方式;(2) 熱電阻

15、和顯示儀表的分度號必須一致。2.1.4誤差分析(1) 分度誤差。該誤差取決于材料純度和加工工藝。(2) 通電發(fā)熱誤差。由于電阻通電后會產(chǎn)生自升溫現(xiàn)象，從而帶來測量誤 差。該誤差無法消除，但可用規(guī)定最大電流v 6mA。(3) 線路電阻不同或變化引入的測量誤差?？赏ㄟ^串聯(lián)電位器調(diào)整，此外 規(guī)定三線、四線接線方法也可以減小誤差。(4) 附加熱電動勢。電阻絲與引線接點處構(gòu)成熱偶，若節(jié)點溫度不同將產(chǎn)生附加電動勢，對于測量回路可能產(chǎn)生影響?？赏ㄟ^節(jié)點靠近，同溫等方法減小 或消除。2.2水浴溫度的測量該實驗裝置的模擬換熱器是由恒溫水浴作為熱源加熱實驗管段(約2m)，水浴溫度由溫控器、電加熱管以及保溫箱體構(gòu)成

16、，模擬換熱器中恒溫水浴的溫度為 2080 °C。2.2.1檢測方法設(shè)計以及依據(jù)由實驗裝置要求分析，水槽內(nèi)水浴溫度是一個存在一定變化的物理量，而水浴溫度又通過溫控器來實時監(jiān)控從而達(dá)到恒溫。因此，測溫儀表要求較高的靈敏性和精確度。其次，水浴溫度的變化范圍在 2080C之間，屬于低溫測量。綜合 以上要求，選用電接點溫度計。2.2.2儀表種類選用以及設(shè)計依據(jù)選擇電接點溫度計(1) 測量方法選擇：利用電接點溫度計測恒溫水浴溫度。(2) 儀表選用依據(jù)：在感溫包附近引一條導(dǎo)線，溫度刻度處再引一導(dǎo)線，當(dāng)溫度上升到某刻度時，水銀柱就把外電路接通，反之溫度降到該刻度以下，又 把外電路斷開，這樣循環(huán)往復(fù)，

17、使恒溫水槽控制在一個微小變化的范圍， 既可以 提供溫度指示又能發(fā)出通斷的控制信號。圖2-3 電接點溫度計(3) 產(chǎn)品參數(shù)廠家：安徽天康智能儀表公司價格：55元主要技術(shù)指標(biāo)：產(chǎn)品執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)： JB/T8803-1998 GB3836-83型號：WSSX-481W標(biāo)度盤公稱直徑：100mm測溫范圍：-20 C -+300 C精度等級：1.0、1.5熱響應(yīng)時間：w 40s防護等級：IP55正常工作大氣條件：溫度-25-+55 C相對濕度w 85%。設(shè)定點誤差：設(shè)定點誤差應(yīng)不超過基本誤差限的1. 5倍。切換差：切換差誤差應(yīng)不超過基本誤差限的1. 5倍。2.2.3測量注意事項(1) 與水銀接觸的導(dǎo)線必須不

18、被水銀腐蝕，而且不沾附水銀。(2) 通過電接點水銀溫度計的信號必須是低電壓小電流。(3) 測量時從感溫包附近和從和螺母軸端引出的導(dǎo)線會被水腐蝕，并且破碎后水銀會污染環(huán)境。224誤差分析(1) 分度誤差。該誤差取決于材料純度和加工工藝。(2) 當(dāng)水銀柱與細(xì)導(dǎo)線接觸后，如果溫度還繼續(xù)上升，水銀將在管壁與細(xì) 導(dǎo)線的縫隙中升高，改變了玻璃管的橫截面積，溫度指示值就不準(zhǔn)確了。(3) 測量儀表由于內(nèi)部傳動機構(gòu)的間隙和摩擦阻力， 使測量結(jié)果產(chǎn)生回差2.3管壁溫度測量實驗管道在恒溫水槽中，通過與水槽中的水進行熱交換傳熱，壁溫范圍2080 °C。2.3.1檢測方法設(shè)計以及依據(jù)由測量情形可知管壁溫度用一

19、般的熱電偶和熱電阻都不易測量，測溫環(huán)境 要求測溫儀器可以附著在管壁表面， 需要在測溫點將水浴與管壁分開，面積又不 能太大，否則影響換熱。接觸式測溫中熱電阻和熱電偶比較適合， 但熱電阻不易 安裝，所以選擇熱電偶。2.3.2儀表種類選用以及設(shè)計依據(jù)選擇K型鎧裝熱電偶(1) 測量方法選擇：利用k型鎧裝熱電偶測實驗管壁溫度。圖2-4 k型鎧裝熱電偶(2) 儀表選用依據(jù)及特點：用熱電偶測量壁溫，根據(jù)中間導(dǎo)體定律使采用 儀表測量熱電偶的熱電動勢成為可能， 也使采用熱電偶開路測量金屬壁溫、 液態(tài) 金屬等測量成為可能，k型熱電偶是目前用量最大的廉價金屬熱電偶，并且線性 度好，穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性好，加之結(jié)構(gòu)選擇鎧裝

20、(將金屬絲絕緣材料和金屬保護套 管三者組合裝配后拉伸加工成一種堅實的組合體)，它具有能彎曲、便于安裝、 耐高溫、熱響應(yīng)時間快、體積小等優(yōu)點；可以安裝在狹窄或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的測量場合； 它可以直接測量各種生產(chǎn)過程中從-20100 C (熱電阻)范圍內(nèi)的液體、蒸汽和 氣體介質(zhì)以及固體表面的溫度。(3) 產(chǎn)品參數(shù) 廠家：北京圣瑞科主要技術(shù)指標(biāo)：型號： WRNK-436測溫范圍：-200+500C精度等級：A級土 0.3 C, B級土 0.5 C測量端形式：單支接線方式：3線制或4線制過程連接：卡套螺紋 M12X 1.5 M16 X 1.5 卡套法蘭測量范圍：-20150 C保護管材料質(zhì)：1Cr18Ni9T

21、i接線盒材質(zhì)：鑄鋁合金不銹鋼防護等級：IP652.3.3測量注意事項(1) 熱電偶的熱電動勢是熱電偶工作端的兩端溫度函數(shù)的差，而不是熱電 偶冷端與工作端兩端溫度差的函數(shù)。(2) 在使用中，補償導(dǎo)線應(yīng)具有與所匹配的熱電偶的熱電動勢稱值相同的特性；而且補償導(dǎo)線與熱電偶正負(fù)極性不能接錯，補償導(dǎo)線與熱電偶接點溫度也必須相同。2.3.4誤差分析(1) 熱電偶測溫屬于接觸測溫法，傳感器要與被測對象接觸，并與周圍環(huán)境有傳熱關(guān)系，因此傳感器與被測對象不可避免存在傳熱誤差，并且不能通過提高傳感器的精確度使其減小，其次還有水浴影響和熱電偶冷端產(chǎn)生的誤差等。(2) 由于材料的純度和加工工藝可能引起分度誤差；(3)

22、電阻絲與引線接點處構(gòu)成熱電偶，若接點處溫度不同將產(chǎn)生附加電動 勢。第3章水位的測量3.1補水箱水位測量補水箱安裝距地面2米，需要檢測其水位，水位變動范圍是 200mmr 500mm, 而且在不同流速時，用循環(huán)水泵來控制水位。3.1.1檢測方法設(shè)計以及依據(jù)水位屬于液位測量，而常用的液位測量有靜壓法液位測量， 但僅適用于敞口 容器以及無雜質(zhì)，低粘度的液體，浮子式液位計雖然它結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，測 量范圍較大，但由于試驗流體為易結(jié)垢的高硬度水， 浮子也會受到腐蝕，導(dǎo)致浮 子所受浮力發(fā)生變化，影響測量結(jié)果。另外，浮子上承受的力除重錘的重力外， 還有繩索本身的重力，以及繩與滑輪之間的摩擦力等，也會帶來測

23、量誤差。電容 式的液位測量適宜水分含量恒定不變的物位測量并且此實驗中若含有污垢的導(dǎo) 電液粘附在電極上會造成虛假水位， 此處要求對循環(huán)水泵進行控制，所以選擇電 接點式水位測量法。3.1.2儀表種類選用以及設(shè)計依據(jù)選擇電接點水位計（1）測量方法選擇：利用電接點水位計測量補水箱的水位。（2）儀表選用依據(jù)：電接點水位計是利用汽、水介質(zhì)的導(dǎo)電率存在極大差 異的性質(zhì)來測量水位的，它由水位傳感器和顯示部分組成，水位傳感器就是一個帶有若干個電接點的水位測量筒。 電接點的絕緣子可以 使電極與測量筒的筒壁絕緣，筒壁為公共電極。水位達(dá)到某一電極處，接通它與 公共電極之間形成的電接點，交流電流過顯示燈亮。因此，水位的

24、高低就決定了 電接點浸入水中數(shù)量的多少，由顯示燈點亮的數(shù)量就可以知道水位的高低。 對水 位的控制可以通過A/D轉(zhuǎn)換后經(jīng)過單片機編程實現(xiàn)控制功能。（3）產(chǎn)品參數(shù)廠家：江蘇博儀自動化儀表公司價格：500元主要技術(shù)指標(biāo)：測量范圍：1001000mm測量點數(shù)：最大為19個點工作壓力：0.622.5 Mpa工作溫度:-80400 C制式：二線制與多線制。精度：2mm工作電壓：5、12、24 VDC , 220VAC指示方式：雙色指示，有水位(液位)為綠色，無液位為紅色 LED 四位數(shù)值顯示。報警指示：液位超出上上限，上限定值，對應(yīng)綠燈閃爍；液位 低于下限，下下限紅燈閃爍。報警值：有上上限，上限，下限，下

25、下限，液位有效控制，用 戶報警可任意組合。輸出觸點容量：220，2A圖3-1電接點水位計3.1.3測量注意事項(1) 在溫度劇變時要防止電泄露，且保證電接點與筒壁有很好的絕緣。(2) 使用過程中應(yīng)定期進行清洗，清除筒體內(nèi)的污垢雜質(zhì)。(3) 為保證測量筒內(nèi)有較好的水質(zhì)，必須保證測量筒有一定的散熱性，不 然會造成回流流量增大，在測量筒和與實驗箱的連接管道中產(chǎn)生差壓， 形成測量 誤差。3.1.4誤差分析(1) 由于電級是以一定間距安裝的，這就決定了測量存在的固定誤差。(2) 由于水位測量筒的散熱造成冷卻誤差，使回流流量增大，在測量筒和 與實驗箱的連接管道中產(chǎn)生差壓，形成測量誤差第4章流量的測量4.1

26、試驗管內(nèi)流體的流量測量需測量試驗管內(nèi)流體的流量，且管徑為 25mm流量范圍0.54m3/h4.1.1檢測方法設(shè)計以及依據(jù)目前常用的流量測量方法有四類，一是差壓式的，比如說節(jié)流式的孔板，噴 嘴，但考慮到試驗管段管徑只有 25mm空間很小，幾乎很難再在管中放置大的 節(jié)流件，這樣會造成壓力損失，使流速減小，從而影響流量測量，所以節(jié)流件的 暫時不考慮，常用的電磁流量計由于這次是人工配制的易結(jié)垢的高硬度水或是含 有固體微粒等致垢物質(zhì)，其導(dǎo)電率變化較大，不固定，所以不宜采用電磁式流量 計。而浮子式一般只用于測量常溫常壓下透明介質(zhì)，并且浮子上下移動不穩(wěn)定帶 來測量誤差，渦街雖然測量不受流體參數(shù)變化的影響，但

27、對于高粘度，低流速， 小口徑的情況受限制。渦輪成本高，有可動部件，存在磨損問題。超聲波流量計 雖然不會產(chǎn)生阻力且不會改變流體流動狀態(tài)， 但一般用于難于觀察的大口徑的情 況。所以綜上所述，選擇使用靶式流量計。4.1.2儀表種類選用以及設(shè)計依據(jù)選擇靶式流量計(1) 測量方法選擇：利用靶式流量計測量實驗管里的流量。(2) 儀表選用依據(jù)：首先因為管徑小，流速較低，而它的特點是適用于低速測量，測量小流量時對外界的震動干擾不敏感；耐高溫，可測量高溫介質(zhì)；測 量精度高，重復(fù)性好，精度可達(dá)千分之二；在大部分情況下，可以測量高粘度的 流體，對流體的粘度變化不敏感不會因為流體產(chǎn)生的氣旋現(xiàn)象影響計量精度；不怕管道雜

28、質(zhì)影響，不怕堵塞；壓力損失較小，只有傳統(tǒng)孔板的六分之一，小于渦街，節(jié)能效果明顯。(3) 儀表工作原理：靶式流量計由靶式流量變送器和顯示儀表兩部分組成，在流體經(jīng)過的管道中，垂直于流動方向設(shè)置一圓形靶子作為節(jié)流件， 靶子與管壁 之間形成環(huán)形流通截面，故又把靶子稱為環(huán)形孔板。流體經(jīng)過時由于受阻必然要 沖擊圓盤形的靶，靶上所受的作用力與流速之間存在一定的關(guān)系。 因此通過力矩 轉(zhuǎn)換的方式測出靶上所受的作用力或動壓，便可求出流速和流量圖4-1靶式流量計工作原理圖F=E pA/22A=n d /4式中D-管道內(nèi)徑；a -流量系數(shù)；：-靶徑比1qm= a D (-：)訂 i F(4-1)V2P-=dD式中F-

29、靶受到流體的阻力；E 阻力系數(shù)；A-靶的迎流面積；d-靶直徑;u-靶和管壁間環(huán)面積中的平均流速；p -介質(zhì)密度(4) 儀表特點：整臺儀表在設(shè)計中無可動部件、雙層夾層結(jié)構(gòu)，保溫效果 好；可選用多種防腐及耐高低溫材質(zhì)(如哈氏合金，鈦等)；整機可做成全密封 無死角(焊接形式)，無任何泄漏點，可耐42MPa高壓；儀表內(nèi)設(shè)自檢程序，故 障現(xiàn)象一目了然；傳感器不與被測介質(zhì)接觸，不存在零部件磨損，使用安全可靠； 可就地采用干式標(biāo)定方法，即采用砝碼掛重法。單鍵操作可完成標(biāo)定；具有多種 安裝方式供選擇，如選擇在線插入式，安裝費用低；能準(zhǔn)確測量高溫500度工況下的氣體、液體流量；計量準(zhǔn)確，精度可達(dá)到1.0%;重復(fù)

30、性好，一般為0.050.08%, 測量快速；壓力損失小，僅為標(biāo)準(zhǔn)孔板的1/2 P左右；抗干擾，抗雜質(zhì)能力特 強。(5) 產(chǎn)品參數(shù):廠家：西安中天冶金工程有限公司價格：118元主要技術(shù)指標(biāo)：口 徑：DN15- DN500mm公稱壓力：0.642MPa工況溫度：+80C500C精 度：土 1.0 土 2.5%FS量程比：1 : 5殼 體：304不銹鋼（或按用戶要求協(xié)商提供）供電方式：內(nèi)置3.6VDC鋰電池（兩年換一次，不帶信號輸出）； 外供24VDC（帶信號輸出）輸出信號：420mA二線制；脈沖 01000HZ Hart通信； RS232/RS485或按用戶要求協(xié)商提供）防護等級：IP65 ; I

31、P67防爆標(biāo)志：本安型 ExiallCT4 ;隔爆型ExdllCT4表頭顯示：累積流量；瞬時流量；工況溫度；工況壓力（溫壓補 償式才有）；棒狀滿量程百分比；故障自檢連接法蘭：國標(biāo)（GB/T）系列；化工（HG系列；機械（JB/T） 系列；亦可按客戶要求提供各國法蘭標(biāo)準(zhǔn)圖4-2靶式流量計4.1.3測量注意事項（1）對同一介質(zhì)來說，在不同溫度和壓力條件下，密度也會變化，因此在流量 計量時,必須對介質(zhì)的密度進行補償。（2）靶的幾何尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)、管道內(nèi)徑、直徑比、被測介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)當(dāng)流體的雷諾數(shù)達(dá)到一定數(shù)值時，阻力系數(shù)不隨雷諾數(shù)變化4.1.4誤差分析（1）由上述公式可知，流量與流體的密度有關(guān)，但此實驗

32、裝置是對污垢進 行監(jiān)測，流體密度會受污垢影響，導(dǎo)致測量誤差。（2）由于靶受到的力包含了流體粘滯性所產(chǎn)生的摩擦力，并且此次的流體 流量較小，不能忽略，所以使測得的流速偏小。第5章差壓的測量5.1實驗管出入口差壓由于結(jié)垢導(dǎo)致管內(nèi)流動阻力增大，需要測量流動壓降，范圍為050mm水柱。5.1.1檢測方法設(shè)計以及依據(jù)常用的壓力測量方法有液柱式壓力計，但此方法中由于這次試驗裝置存在 水浴加熱過程，很容易引起管內(nèi)毛細(xì)現(xiàn)象的變化， 產(chǎn)生測量誤差，所以此方法不 宜。彈簧管壓力計一般又不用于測差壓；壓阻式壓力計由于其中的應(yīng)變片也容易 受測量環(huán)境的影響，使阻值發(fā)生變化，并且彈性元件與應(yīng)變片的線膨脹系數(shù)很難 完全一致

33、，從而存在測量誤差；而電容式差壓傳感器在使用時存在的寄生電容 (引 線電容及儀器中各元件與極板間的電容等)、鐵損等因素。所以綜上分析，我打 算采用壓電式壓力傳感器。5.1.2儀表種類選用以及設(shè)計依據(jù)選擇壓電式壓力計(1) 測量方法選擇：利用壓電式壓力計測量實驗管出入口差壓。(2) 儀表選用依據(jù)：由于這次試驗裝置的管徑 25mm屬于小管徑的范圍， 壓電式壓力傳感器體積小，不會對實驗裝置造成太大附加壓力，并且該壓力計體 積小，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，更換壓電元件可以改變壓力的測量范圍，加之在配 用電荷放大器時，可以將多個壓電元件并聯(lián)來提高傳感器的靈敏度， 測量范圍變 寬，而且精度也比較高，頻率響應(yīng)好，

34、是動態(tài)壓力檢測中常用的傳感器。(3) 儀表工作原理：對于某些電介質(zhì)物體，在沿一定方向?qū)ζ涫┘訅毫?拉力而使之變形時，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，使物體的兩個表面產(chǎn)生符號相反的 電荷，當(dāng)外力去掉后，它又恢復(fù)到不帶電狀態(tài)，物體產(chǎn)生的電荷量與外力大小成 正比，這種現(xiàn)象成為壓電效應(yīng)，壓電式壓力傳感器就是利用壓電材料的壓電效應(yīng) 將被測壓力轉(zhuǎn)為電信號。壓電元件夾于兩個彈性膜片之間，壓電元件的一個側(cè)面與膜片接觸并接地， 另一側(cè)面通過引線將電荷量引出。 被測壓力均勻作用在膜片上，使壓電元件受力 而產(chǎn)生電荷。電荷量用放大器放大，轉(zhuǎn)換為電壓或電流輸出。由壓電材料制成的 壓電元件受到壓力作用時產(chǎn)生的電荷量與作用力之間呈線性關(guān)系。Q=kSp式中Q-電荷量；k壓電常數(shù)；S作用面積；p壓力（4） 儀表特點：體積小，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，測量范圍寬，可測lOOMPa 一下的壓力，測量精度較高，頻率響應(yīng)高，可達(dá) 30kHz,是動態(tài)壓力檢測中常用 的傳感器。但由于壓電元件存在電荷泄露，故不適宜測量緩慢變化的壓力和靜態(tài) 壓力。（5）產(chǎn)品參數(shù)廠家：華威傳感器系統(tǒng)工程有限公司價格：86