過(guò)程檢測(cè)技術(shù)及儀表課程設(shè)計(jì)(東北電力大學(xué))

1、過(guò)程檢測(cè)技術(shù)及儀表課程設(shè)計(jì)目 錄第1章 緒 論- 1 -1.1 課題背景與意義- 1 -1.2 總實(shí)驗(yàn)裝置以及監(jiān)測(cè)原理- 1 -1.3 檢測(cè)和控制參數(shù)- 4 -第2章 溫度的測(cè)量- 5 -2.1 實(shí)驗(yàn)管流體進(jìn)出口溫度測(cè)量和控制- 5 -2.1.1 檢測(cè)方法設(shè)計(jì)以及依據(jù)- 5 -2.1.2 儀表種類選用以及設(shè)計(jì)依據(jù)- 5 -2.1.3 測(cè)量注意事項(xiàng)- 7 -2.1.4 誤差分析- 7 -2.2 水浴溫度的測(cè)量- 7 -2.2.1 檢測(cè)方法設(shè)計(jì)以及依據(jù)- 7 -2.2.2 儀表種類選用以及設(shè)計(jì)依據(jù)- 7 -2.2.3 測(cè)量注意事項(xiàng)- 8 -2.2.4 誤差分析- 9 -2.3 管壁溫度測(cè)量- 9

2、-2.3.1 檢測(cè)方法設(shè)計(jì)以及依據(jù)- 9 -2.3.2 儀表種類選用以及設(shè)計(jì)依據(jù)- 9 -2.3.3 測(cè)量注意事項(xiàng)- 10 -2.3.4 誤差分析- 10 -第3章 水位的測(cè)量- 11 -3.1 補(bǔ)水箱水位測(cè)量- 11 -3.1.1 檢測(cè)方法設(shè)計(jì)以及依據(jù)- 11 -3.1.2 儀表種類選用以及設(shè)計(jì)依據(jù)- 11 -3.1.3 測(cè)量注意事項(xiàng)- 12 -3.1.4 誤差分析- 12 -第4章 流量的測(cè)量- 14 -4.1 試驗(yàn)管內(nèi)流體的流量測(cè)量- 14 -4.1.1 檢測(cè)方法設(shè)計(jì)以及依據(jù)- 14 -4.1.2 儀表種類選用以及設(shè)計(jì)依據(jù)- 14 -4.1.3 測(cè)量注意事項(xiàng)- 16 -4.1.4 誤差分

3、析- 17 -第5章 差壓的測(cè)量- 18 -5.1 實(shí)驗(yàn)管出入口差壓- 18 -5.1.1 檢測(cè)方法設(shè)計(jì)以及依據(jù)- 18 -5.1.2 儀表種類選用以及設(shè)計(jì)依據(jù)- 18 -5.1.3 測(cè)量注意事項(xiàng)- 20 -5.1.4 誤差分析- 20 -I設(shè)計(jì)心得體會(huì)- 21 -參 考 文 獻(xiàn)- 22 -I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(guò)程是一個(gè)極其復(fù)雜的能量、質(zhì)量和動(dòng)量傳遞的物理化學(xué)過(guò)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(jì)損失，因而污垢問(wèn)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(duì)沉積物的監(jiān)測(cè)手段分有：熱學(xué)法和非傳熱量的污垢監(jiān)測(cè)法。熱學(xué)法中

4、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(cè)法又有直接稱重法、厚度測(cè)量法、壓降測(cè)量法、放射性技術(shù)、時(shí)間推移電影法、顯微照相法、電解法和化學(xué)法。這些監(jiān)測(cè)方法中，對(duì)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(guò)于熱學(xué)法。本設(shè)計(jì)題目以多功能動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置為對(duì)象，要求綜合以前所學(xué)知識(shí)，參考相關(guān)文獻(xiàn)資料，完成此實(shí)驗(yàn)裝置所需檢測(cè)參數(shù)的檢測(cè)。設(shè)計(jì)檢測(cè)方案，包括檢測(cè)方法、儀表種類選用以及需要注意事項(xiàng)，并分析誤差產(chǎn)生的原因等等。1.2 總實(shí)驗(yàn)裝置以及監(jiān)測(cè)原理如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置是東北電力大學(xué)節(jié)能與測(cè)控研究中心楊善讓教授為首的課題組基于測(cè)量新技術(shù)軟測(cè)量技術(shù)開(kāi)發(fā)的多功能實(shí)驗(yàn)裝置?；诒緦?shí)驗(yàn)裝置，先后

5、完成國(guó)家、東北電力公司、省、市多項(xiàng)科研項(xiàng)目并獲獎(jiǎng)，鑒定結(jié)論為國(guó)際領(lǐng)先。目前承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金、973項(xiàng)目部分實(shí)驗(yàn)工作。集水槽監(jiān)控系統(tǒng)模擬換熱器補(bǔ)水箱圖1-1 多功能動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)裝置外形圖本實(shí)驗(yàn)裝置的模擬換熱器是由恒溫水浴作為熱源加熱實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)管，獨(dú)自擁有補(bǔ)水箱和集水箱，構(gòu)成兩套獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)?？梢宰銎叫袠訉?shí)驗(yàn)和對(duì)比實(shí)驗(yàn)。為獲取水處理藥劑的效果、強(qiáng)化換熱管的污垢特性、污垢狀態(tài)下強(qiáng)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)。圖1-2 實(shí)驗(yàn)裝置流程圖1-恒溫槽體；2-試驗(yàn)管段；3-

6、試驗(yàn)管入口壓力；4-管段入口溫度測(cè)點(diǎn)；5-管壁溫度測(cè)點(diǎn)；6-管段出口溫度測(cè)點(diǎn)；7-試驗(yàn)管出口壓力；8-流量測(cè)量；9-集水箱；10-循環(huán)水泵；11-補(bǔ)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(shí)驗(yàn)管,如對(duì)于單純監(jiān)測(cè)水質(zhì)污垢熱阻來(lái)說(shuō), 則兩根實(shí)驗(yàn)管可同時(shí)進(jìn)行兩種水質(zhì)或不同工況的污垢熱阻檢測(cè)。也可以將其中一根作為實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)驗(yàn)管段安裝有壁溫、出入口介質(zhì)溫度、實(shí)驗(yàn)段流動(dòng)壓降等測(cè)點(diǎn)所

7、有測(cè)量信號(hào)經(jīng)由傳輸電纜通過(guò)數(shù)據(jù)采集器送入計(jì)算機(jī), 實(shí)現(xiàn)了污垢熱阻的在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)。面對(duì)沉積物的監(jiān)測(cè)手段分別有：熱學(xué)法和非傳熱量的污垢監(jiān)測(cè)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(cè)法又有直接稱重法、厚度測(cè)量法、壓降測(cè)量法、放射性技術(shù)、時(shí)間推移電影法、顯微照相法、電解法和化學(xué)法。這些監(jiān)測(cè)方法中，對(duì)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(guò)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：?jiǎn)挝幻娣e上的污垢沉積質(zhì)量m，污垢層平均厚度和污垢熱阻R。這三者之間的關(guān)系由下式表示： (1-1) 圖1-3 清潔和有污垢時(shí)的溫度分布及熱阻通常測(cè)量污垢熱阻的原理如下：設(shè)

8、傳熱過(guò)程是在熱流密度q為常數(shù)情況下進(jìn)行的，圖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： (1-2)圖3（b）為兩側(cè)有污垢時(shí)的溫度分布，其總傳熱熱阻為 (1-3)如果假定換熱面上污垢的積聚對(duì)壁面與流體的對(duì)流傳熱系數(shù)影響不大，則可認(rèn)為 （1-4）于是從式(3)減去式(2)得 （1-5）式(4)表明污垢熱阻可以通過(guò)清潔狀態(tài)和受污染狀態(tài)下總傳熱系數(shù)的測(cè)量而間接測(cè)量出來(lái)。實(shí)驗(yàn)研究或?qū)嶋H生產(chǎn)則常常要求測(cè)量局部污垢熱阻，這可通過(guò)測(cè)量所要求部位的壁溫表示。為明晰起見(jiàn)，假定換熱面只有一側(cè)有污垢存在，則有： （1-6） （1-7）若在結(jié)垢過(guò)程中，q、Tb均得持不變，且同樣假定，則兩式相減有

9、（1-8）這樣，換熱面有垢一側(cè)的污垢熱阻可以通過(guò)測(cè)量清潔狀態(tài)和污染狀態(tài)下的壁溫和熱流而被間接測(cè)量出來(lái)。1.3 檢測(cè)和控制參數(shù)1、溫度：包括實(shí)驗(yàn)管流體進(jìn)口（2040）、出口溫度（2080 ）、實(shí)驗(yàn)管壁溫（2080 ）以及水浴溫度（2080 ） ；2、水位：補(bǔ)水箱上位安裝，距地面2m，其水位要求測(cè)量并控制，以適應(yīng)不同流速的需要，水位變動(dòng)范圍200mm500mm；3、流量：實(shí)驗(yàn)管內(nèi)流體流量需要測(cè)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(dòng)阻力增大，需要測(cè)量流動(dòng)壓降，范圍為050mm水柱。第2章 溫度的測(cè)量2.1 實(shí)驗(yàn)管流體進(jìn)出口溫度測(cè)量和控制實(shí)驗(yàn)管流體進(jìn)口（2040）、

10、出口溫度（2080 ）。2.1.1 檢測(cè)方法設(shè)計(jì)以及依據(jù)溫度的測(cè)量有接觸式和非接觸式，由上述實(shí)驗(yàn)裝置可知，實(shí)驗(yàn)裝置的進(jìn)出口管直徑較小，為25mm，故不宜使用體積較大的溫度計(jì)，否則會(huì)增加流動(dòng)阻力影響流速，而非接觸式一般用于測(cè)量高溫，精度不高，而所測(cè)的溫度屬于低溫范圍的溫度測(cè)量，所以要選用精度較高的測(cè)溫元件，因此排除了非接觸式的。因此所選的測(cè)溫元件的特點(diǎn)要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便、體積小、靈敏度高。而常用接觸式的有膨脹式溫度計(jì)、熱電阻和熱電偶，由于膨脹式溫度計(jì)精度雖高但此實(shí)驗(yàn)裝置存在水浴加熱的過(guò)程，使用時(shí)毛細(xì)現(xiàn)象很容易造成附加誤差；加之熱電阻測(cè)溫范圍為-200800，熱電偶為-2002300，低溫測(cè)量時(shí)熱

11、電阻溫度計(jì)精度比熱電偶溫度計(jì)要高。所以綜合考慮，選擇熱電阻溫度計(jì)。熱電阻溫度計(jì)的主要特點(diǎn)是測(cè)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(cè)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(cè)量溫度。因此，只要測(cè)量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓?，就可以測(cè)量出溫度。2.1.2 儀表種類選用以及設(shè)計(jì)依據(jù)選擇Pt100熱電阻（1）測(cè)量方法選擇：利用熱電阻測(cè)量進(jìn)出口溫度； （2）測(cè)量依據(jù)：熱電阻溫度計(jì)的主要特點(diǎn)是測(cè)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(cè)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(cè)量溫度。因此，只要測(cè)量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓?，就可以測(cè)量出溫度。 （3）儀表選擇：

12、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(dòng)、穩(wěn)定性好、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。Pt100溫度傳感器是Pt100熱電阻，隨著溫度的變化而變化。在零攝氏度時(shí)的電阻為100；在100時(shí)，阻值為138.5。圖2-1 Pt100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 Pt100熱電阻主要技術(shù)指標(biāo)型號(hào) 分度號(hào) 最小置入深度測(cè)溫范圍 精度等級(jí) 允許偏差 t WZP WZP 2 WZPK WZPK 2 PT100 200mm-200

13、500 A 級(jí) ±（0.15+0.002|t|）B 級(jí) ±（0.30+0.005|t|）注：“ t ”為感溫元件實(shí)測(cè)溫度絕對(duì)值，雙支鉑電阻只供應(yīng) B 級(jí) 熱電阻允許通過(guò)電流  通過(guò)鉑電阻的測(cè)量電流最大不超過(guò) 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(cè)量誤差。這是因?yàn)闇y(cè)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(gè)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(cè)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，

14、這樣消除了導(dǎo)線線路電阻帶來(lái)的測(cè)量誤差。圖2-2 熱電阻三線制接法 2.1.3 測(cè)量注意事項(xiàng)（1）熱電阻溫度計(jì)測(cè)量實(shí)驗(yàn)管進(jìn)、出口溫度時(shí)應(yīng)注意接線方式，由于引線有長(zhǎng)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(huì)發(fā)生變化，為了避免連線電阻對(duì)測(cè)溫的影響，在使用時(shí)熱電阻需采用三線制的連接方式；（2）熱電阻和顯示儀表的分度號(hào)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(huì)產(chǎn)生自升溫現(xiàn)象，從而帶來(lái)測(cè)量誤差。該誤差無(wú)法消除，但可用規(guī)定最大電流6。（3）線路電阻不同或變化引入的測(cè)量誤差。可通過(guò)串聯(lián)電位器調(diào)整，此外規(guī)定三線、四線接線方

15、法也可以減小誤差。（4）附加熱電動(dòng)勢(shì)。電阻絲與引線接點(diǎn)處構(gòu)成熱偶，若節(jié)點(diǎn)溫度不同將產(chǎn)生附加電動(dòng)勢(shì)，對(duì)于測(cè)量回路可能產(chǎn)生影響。可通過(guò)節(jié)點(diǎn)靠近，同溫等方法減小或消除。2.2 水浴溫度的測(cè)量該實(shí)驗(yàn)裝置的模擬換熱器是由恒溫水浴作為熱源加熱實(shí)驗(yàn)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，模擬換熱器中恒溫水浴的溫度為2080 。2.2.1 檢測(cè)方法設(shè)計(jì)以及依據(jù)由實(shí)驗(yàn)裝置要求分析，水槽內(nèi)水浴溫度是一個(gè)存在一定變化的物理量，而水浴溫度又通過(guò)溫控器來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控從而達(dá)到恒溫。因此，測(cè)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2080之間，屬于低溫測(cè)量。綜合以上要求，選用電接點(diǎn)溫度計(jì)。

16、2.2.2 儀表種類選用以及設(shè)計(jì)依據(jù)選擇電接點(diǎn)溫度計(jì)（1）測(cè)量方法選擇：利用電接點(diǎn)溫度計(jì)測(cè)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(shí)，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(kāi)，這樣循環(huán)往復(fù)，使恒溫水槽控制在一個(gè)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(hào)。圖2-3 電接點(diǎn)溫度計(jì)（3）產(chǎn)品參數(shù)廠家：安徽天康智能儀表公司價(jià)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(hào)：WSSX-481W 標(biāo)度盤公稱直徑： 100mm測(cè)溫范圍：-20-+300精度等級(jí)：1.0、1.5熱

17、響應(yīng)時(shí)間：40s防護(hù)等級(jí)：IP55正常工作大氣條件：溫度-25-+55相對(duì)濕度85。設(shè)定點(diǎn)誤差：設(shè)定點(diǎn)誤差應(yīng)不超過(guò)基本誤差限的15倍。切換差：切換差誤差應(yīng)不超過(guò)基本誤差限的15倍。2.2.3 測(cè)量注意事項(xiàng) （1）與水銀接觸的導(dǎo)線必須不被水銀腐蝕，而且不沾附水銀。 (2)通過(guò)電接點(diǎn)水銀溫度計(jì)的信號(hào)必須是低電壓小電流。 (3)測(cè)量時(shí)從感溫包附近和從和螺母軸端引出的導(dǎo)線會(huì)被水腐蝕，并且破碎后水銀會(huì)污染環(huán)境。2.2.4 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）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

18、。（3）測(cè)量?jī)x表由于內(nèi)部傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的間隙和摩擦阻力，使測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生回差。2.3 管壁溫度測(cè)量 實(shí)驗(yàn)管道在恒溫水槽中，通過(guò)與水槽中的水進(jìn)行熱交換傳熱，壁溫范圍2080 。2.3.1 檢測(cè)方法設(shè)計(jì)以及依據(jù) 由測(cè)量情形可知管壁溫度用一般的熱電偶和熱電阻都不易測(cè)量，測(cè)溫環(huán)境要求測(cè)溫儀器可以附著在管壁表面，需要在測(cè)溫點(diǎn)將水浴與管壁分開(kāi)，面積又不能太大，否則影響換熱。接觸式測(cè)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(jì)依據(jù)選擇K型鎧裝熱電偶 （1）測(cè)量方法選擇：利用k型鎧裝熱電偶測(cè)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)：用熱電偶測(cè)量

19、壁溫，根據(jù)中間導(dǎo)體定律使采用儀表測(cè)量熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)成為可能，也使采用熱電偶開(kāi)路測(cè)量金屬壁溫、液態(tài)金屬等測(cè)量成為可能，k型熱電偶是目前用量最大的廉價(jià)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（將金屬絲絕緣材料和金屬保護(hù)套管三者組合裝配后拉伸加工成一種堅(jiān)實(shí)的組合體），它具有能彎曲、便于安裝、耐高溫、熱響應(yīng)時(shí)間快、體積小等優(yōu)點(diǎn)；可以安裝在狹窄或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的測(cè)量場(chǎng)合；它可以直接測(cè)量各種生產(chǎn)過(guò)程中從-20100（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(hào)：WRNK-436測(cè)溫范圍：-200+500精度等級(jí)：A級(jí)±0

20、.3，B級(jí)±0.5測(cè)量端形式：?jiǎn)沃Ы泳€方式：3線制或4線制過(guò)程連接：卡套螺紋M12×1.5 M16×1.5 卡套法蘭測(cè)量范圍：-20150保護(hù)管材料質(zhì)：1Cr18Ni9Ti接線盒材質(zhì)：鑄鋁合金不銹鋼 防護(hù)等級(jí)：IP652.3.3 測(cè)量注意事項(xiàng)（1） 熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)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(bǔ)償導(dǎo)線應(yīng)具有與所匹配的熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)稱值相同的特性；而且補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶正負(fù)極性不能接錯(cuò)，補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶接點(diǎn)溫度也必須相同。2.3.4 誤差分析（1）熱電偶測(cè)溫屬于接觸測(cè)溫法，傳感器要與被測(cè)對(duì)象接

21、觸，并與周圍環(huán)境有傳熱關(guān)系，因此傳感器與被測(cè)對(duì)象不可避免存在傳熱誤差，并且不能通過(guò)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）電阻絲與引線接點(diǎn)處構(gòu)成熱電偶，若接點(diǎn)處溫度不同將產(chǎn)生附加電動(dòng)勢(shì)。第3章 水位的測(cè)量3.1 補(bǔ)水箱水位測(cè)量補(bǔ)水箱安裝距地面2米，需要檢測(cè)其水位，水位變動(dòng)范圍是200mm500mm,而且在不同流速時(shí)，用循環(huán)水泵來(lái)控制水位。3.1.1 檢測(cè)方法設(shè)計(jì)以及依據(jù)水位屬于液位測(cè)量，而常用的液位測(cè)量有靜壓法液位測(cè)量，但僅適用于敞口容器以及無(wú)雜質(zhì)，低粘度的液體，浮子式液位計(jì)雖然它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，測(cè)量范圍較

22、大，但由于試驗(yàn)流體為易結(jié)垢的高硬度水，浮子也會(huì)受到腐蝕，導(dǎo)致浮子所受浮力發(fā)生變化，影響測(cè)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(huì)帶來(lái)測(cè)量誤差。電容式的液位測(cè)量適宜水分含量恒定不變的物位測(cè)量并且此實(shí)驗(yàn)中若含有污垢的導(dǎo)電液粘附在電極上會(huì)造成虛假水位，此處要求對(duì)循環(huán)水泵進(jìn)行控制，所以選擇電接點(diǎn)式水位測(cè)量法。3.1.2 儀表種類選用以及設(shè)計(jì)依據(jù)選擇電接點(diǎn)水位計(jì)（1）測(cè)量方法選擇：利用電接點(diǎn)水位計(jì)測(cè)量補(bǔ)水箱的水位。（2）儀表選用依據(jù)：電接點(diǎn)水位計(jì)是利用汽、水介質(zhì)的導(dǎo)電率存在極大差異的性質(zhì)來(lái)測(cè)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(gè)

23、帶有若干個(gè)電接點(diǎn)的水位測(cè)量筒。電接點(diǎn)的絕緣子可以使電極與測(cè)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(diǎn)，交流電流過(guò)顯示燈亮。因此，水位的高低就決定了電接點(diǎn)浸入水中數(shù)量的多少，由顯示燈點(diǎn)亮的數(shù)量就可以知道水位的高低。對(duì)水位的控制可以通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后經(jīng)過(guò)單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)控制功能。（3）產(chǎn)品參數(shù)廠家：江蘇博儀自動(dòng)化儀表公司價(jià)格：500元主要技術(shù)指標(biāo)：測(cè)量范圍： 100 1000mm測(cè)量點(diǎn)數(shù)：最大為 19 個(gè)點(diǎn)工作壓力 :0.6 22.5 Mpa工作溫度 :-80 400 制式：二線制與多線制。精度： 2mm工作電壓： 5 、 12 、 24 VDC ， 220V

24、AC 指示方式：雙色指示，有水位（液位）為綠色，無(wú)液位為紅色 LED 四位數(shù)值顯示。 報(bào)警指示：液位超出上上限，上限定值，對(duì)應(yīng)綠燈閃爍；液位低于下限，下下限紅燈閃爍。 報(bào)警值：有上上限，上限，下限，下下限，液位有效控制，用戶報(bào)警可任意組合。 輸出觸點(diǎn)容量： 220 ， 2A圖3-1 電接點(diǎn)水位計(jì)3.1.3 測(cè)量注意事項(xiàng)（1） 在溫度劇變時(shí)要防止電泄露，且保證電接點(diǎn)與筒壁有很好的絕緣。（2） 使用過(guò)程中應(yīng)定期進(jìn)行清洗，清除筒體內(nèi)的污垢雜質(zhì)。（3） 為保證測(cè)量筒內(nèi)有較好的水質(zhì)，必須保證測(cè)量筒有一定的散熱性，不然會(huì)造成回流流量增大，在測(cè)量筒和與實(shí)驗(yàn)箱的連接管道中產(chǎn)生差壓，形成測(cè)量誤差。3.

25、1.4 誤差分析（1）由于電級(jí)是以一定間距安裝的，這就決定了測(cè)量存在的固定誤差。（2）由于水位測(cè)量筒的散熱造成冷卻誤差，使回流流量增大，在測(cè)量筒和與實(shí)驗(yàn)箱的連接管道中產(chǎn)生差壓，形成測(cè)量誤差。第4章 流量的測(cè)量4.1 試驗(yàn)管內(nèi)流體的流量測(cè)量 需測(cè)量試驗(yàn)管內(nèi)流體的流量，且管徑為25mm，流量范圍0.54m3/h。4.1.1 檢測(cè)方法設(shè)計(jì)以及依據(jù)目前常用的流量測(cè)量方法有四類，一是差壓式的，比如說(shuō)節(jié)流式的孔板，噴嘴，但考慮到試驗(yàn)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(huì)造成壓力損失，使流速減小，從而影響流量測(cè)量，所以節(jié)流件的暫時(shí)不考慮，常用的電磁流量計(jì)由于這次是人工配制的易

26、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(jì)。而浮子式一般只用于測(cè)量常溫常壓下透明介質(zhì)，并且浮子上下移動(dòng)不穩(wěn)定帶來(lái)測(cè)量誤差，渦街雖然測(cè)量不受流體參數(shù)變化的影響，但對(duì)于高粘度，低流速，小口徑的情況受限制。渦輪成本高，有可動(dòng)部件，存在磨損問(wèn)題。超聲波流量計(jì)雖然不會(huì)產(chǎn)生阻力且不會(huì)改變流體流動(dòng)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(jì)。4.1.2 儀表種類選用以及設(shè)計(jì)依據(jù)選擇靶式流量計(jì) （1）測(cè)量方法選擇：利用靶式流量計(jì)測(cè)量實(shí)驗(yàn)管里的流量。 （2）儀表選用依據(jù)：首先因?yàn)楣軓叫。魉佥^低，而它的特點(diǎn)是適用于低速測(cè)量，測(cè)量小流量

27、時(shí)對(duì)外界的震動(dòng)干擾不敏感；耐高溫，可測(cè)量高溫介質(zhì)；測(cè)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(cè)量高粘度的流體，對(duì)流體的粘度變化不敏感不會(huì)因?yàn)榱黧w產(chǎn)生的氣旋現(xiàn)象影響計(jì)量精度；不怕管道雜質(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(jì)由靶式流量變送器和顯示儀表兩部分組成，在流體經(jīng)過(guò)的管道中，垂直于流動(dòng)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(guò)時(shí)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(guò)力矩轉(zhuǎn)換的方式測(cè)出靶上所受的作用力或動(dòng)壓，便

28、可求出流速和流量。 圖4-1靶式流量計(jì)工作原理圖 F=u2A/2 A=d2/4 式中D-管道內(nèi)徑；-流量系數(shù)；-靶徑比 qm=D（-） (4-1) =式中F-靶受到流體的阻力；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；-介質(zhì)密度（4）儀表特點(diǎn)：整臺(tái)儀表在設(shè)計(jì)中無(wú)可動(dòng)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(jī)可做成全密封無(wú)死角（焊接形式），無(wú)任何泄漏點(diǎn)，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(cè)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)

29、定；具有多種安裝方式供選擇，如選擇在線插入式，安裝費(fèi)用低；能準(zhǔn)確測(cè)量高溫500度工況下的氣體、液體流量；計(jì)量準(zhǔn)確，精度可達(dá)到1.0%；重復(fù)性好，一般為0.050.08%，測(cè)量快速；壓力損失小，僅為標(biāo)準(zhǔn)孔板的1/2P左右；抗干擾，抗雜質(zhì)能力特強(qiáng)。（5）產(chǎn)品參數(shù)：廠家：西安中天冶金工程有限公司價(jià)格：118元主要技術(shù)指標(biāo)：口 徑：DN15DN500mm公稱壓力：0.642MPa工況溫度：+80500精 度：±1.0±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(hào)輸出）； 外供24VDC（帶信號(hào)輸出

30、）輸出信號(hào)：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(hù)等級(jí)：IP65；IP67防爆標(biāo)志：本安型ExiallCT4；隔爆型ExdllCT4表頭顯示：累積流量；瞬時(shí)流量；工況溫度；工況壓力（溫壓補(bǔ)償式才有）；棒狀滿量程百分比；故障自檢連接法蘭：國(guó)標(biāo)（GB/T）系列；化工（HG）系列；機(jī)械（JB/T）系列；亦可按客戶要求提供各國(guó)法蘭標(biāo)準(zhǔn) 圖4-2 靶式流量計(jì)4.1.3 測(cè)量注意事項(xiàng)(1)對(duì)同一介質(zhì)來(lái)說(shuō),在不同溫度和壓力條件下,密度也會(huì)變化,因此在流量計(jì)量時(shí),必須對(duì)介質(zhì)的密度進(jìn)行補(bǔ)償。(2)靶的幾何尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)、管道內(nèi)徑、直徑比、被測(cè)介質(zhì)

31、性質(zhì)有關(guān),當(dāng)流體的雷諾數(shù)達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，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(shí)驗(yàn)裝置是對(duì)污垢進(jìn)行監(jiān)測(cè)，流體密度會(huì)受污垢影響，導(dǎo)致測(cè)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(cè)得的流速偏小。第5章 差壓的測(cè)量5.1 實(shí)驗(yàn)管出入口差壓由于結(jié)垢導(dǎo)致管內(nèi)流動(dòng)阻力增大，需要測(cè)量流動(dòng)壓降，范圍為050mm水柱。5.1.1 檢測(cè)方法設(shè)計(jì)以及依據(jù) 常用的壓力測(cè)量方法有液柱式壓力計(jì)，但此方法中由于這次試驗(yàn)裝置存在水浴加熱過(guò)程，很容易引起管內(nèi)毛細(xì)現(xiàn)象的變化，產(chǎn)生測(cè)量誤差，所以此方法不宜。彈簧管壓力計(jì)一

32、般又不用于測(cè)差壓；壓阻式壓力計(jì)由于其中的應(yīng)變片也容易受測(cè)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，從而存在測(cè)量誤差；而電容式差壓傳感器在使用時(shí)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(jì)依據(jù)選擇壓電式壓力計(jì)（1）測(cè)量方法選擇：利用壓電式壓力計(jì)測(cè)量實(shí)驗(yàn)管出入口差壓。（2）儀表選用依據(jù)：由于這次試驗(yàn)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(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置造成太大附加壓力，并且該壓力計(jì)體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，更換壓電元件可以改變壓力的測(cè)量范圍，

33、加之在配用電荷放大器時(shí)，可以將多個(gè)壓電元件并聯(lián)來(lái)提高傳感器的靈敏度，測(cè)量范圍變寬，而且精度也比較高，頻率響應(yīng)好，是動(dòng)態(tài)壓力檢測(cè)中常用的傳感器。（3）儀表工作原理：對(duì)于某些電介質(zhì)物體，在沿一定方向?qū)ζ涫┘訅毫蚶Χ怪冃螘r(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，使物體的兩個(gè)表面產(chǎn)生符號(hào)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(cè)壓力轉(zhuǎn)為電信號(hào)。 圖5-1 壓電式壓力計(jì)原理圖壓電元件夾于兩個(gè)彈性膜片之間，壓電元件的一個(gè)側(cè)面與膜片接觸并接地，另一側(cè)面通過(guò)引線將電荷量引出。被測(cè)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(shí)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(diǎn)：體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，測(cè)量范圍寬，可測(cè)100MPa一下的壓力，測(cè)量精度較高，頻率響應(yīng)高，可達(dá)30kHz，是動(dòng)態(tài)壓力檢測(cè)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(cè)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(jià)格：86元主要技術(shù)指標(biāo)：下頁(yè)：表