過程檢測技術(shù)及儀表課設(shè)論文_成品課件

1、過程檢測技術(shù)及儀表課程設(shè)計(jì)目錄第1章 緒論- 1 -1.1 題目設(shè)計(jì)背景- 1-1.2 實(shí)驗(yàn)裝置- 2 -1.3 檢測和控制的參數(shù)- 4 -第2章 測量裝置選擇與誤差分析- 5 -2.1流體進(jìn)出口溫度- 5 -2.1.1熱電阻原理- 5 -2.1.2 WZC-200熱電阻結(jié)構(gòu)圖- 6 -2.1.3產(chǎn)品參數(shù)- 6 -2.1.4主要特性- 7 -2.1.5注意事項(xiàng)- 7 -2.1.6誤差分析- 7 -2.2實(shí)驗(yàn)管壁溫測量- 7 -2.2.1 檢測方法設(shè)計(jì)以及依據(jù)- 7 -2.2.2 儀表種類選用以及依據(jù)- 8 -2.3水浴溫度測量- 8 -2.3.1檢測方法設(shè)計(jì)以及依據(jù)- 8 -2.3.2 儀表種

2、類選用以及依據(jù)- 9 -2.3.3測量注意事項(xiàng)及誤差分析- 9 -2.4補(bǔ)水箱水位測量及控制- 9 -2.4.1檢測方法設(shè)計(jì)以及依據(jù)- 9 -2.4.2 儀表種類選用以及依據(jù)- 10 -2.4.3 測量注意事項(xiàng)- 11 -2.5流量測量- 11 -2.5.1工作原理- 11 -2.5.2 電磁流量計(jì)圖- 12 -2.5.3技術(shù)參數(shù)：- 12 -2.5.4電磁流量計(jì)特點(diǎn)- 12 -2.5.5注意事項(xiàng)- 13 -2.5.6誤差分析- 13 -2.6差壓測量- 13 -2.7 設(shè)計(jì)意義及應(yīng)用- 16 -參考文獻(xiàn)- 16 - 15 -第1章 緒論1.1 題目設(shè)計(jì)背景換熱設(shè)備污垢是指流體中的組分或雜質(zhì)在

3、與之相接觸的換熱表面上逐漸積聚起來的一層固態(tài)物質(zhì)。它廣泛存在于化工、動(dòng)力及制冷等工程。污垢的形成過程是質(zhì)量交換、熱量交換和動(dòng)量交換的動(dòng)態(tài)綜合，是多種十分復(fù)雜過程的同時(shí)作用的結(jié)果。因而影響這一過程的因素很多，如流體性質(zhì)、壁溫、流體與壁面的溫度梯度、流體流速以及壁面狀況等。這些因素不同，形成的污垢特性也各不相同。因此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、壓降測量法、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)法等。這

4、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。這里簡單介紹污垢監(jiān)測的熱學(xué)法中的污垢熱阻法的原理。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mf，污垢層平均厚度f和污垢熱阻Rf。這三者之間的關(guān)系由下式表示： （1-1）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(jìn)行的，圖1a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1b為兩側(cè)有污垢時(shí)的溫度分布，其總傳熱熱阻為 （1-3）如果忽略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，則可認(rèn)為。于是由式(1-3)減去式(1-2)得： （1-4）式(1-4

5、)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(shí)驗(yàn)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： （1-5） （1-6）若在結(jié)垢過程中，q、Tb均得持不變，且同樣假定，則兩式相減有： （1-7）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。1.2 實(shí)驗(yàn)裝置本實(shí)驗(yàn)采用如圖1-1所示的實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置是由東北電力大學(xué)節(jié)能與測控研究中心楊善讓教授為首的課題組基于軟測量技術(shù)開發(fā)的多功能實(shí)驗(yàn)裝置。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

6、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)，可以做平行樣實(shí)驗(yàn)和對比實(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)。該裝置主體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-2所示。125834679101112220V圖1-2 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)裝置主體結(jié)構(gòu)示意圖1-恒溫槽體；2-試驗(yàn)管段；3-試驗(yàn)管入口壓力；4-入口溫度測點(diǎn)；5-管壁溫度測點(diǎn)；6-出口溫度測點(diǎn)；7-試驗(yàn)管出口壓力；8-流量測量；9-集水箱；

7、10-循環(huán)水泵；11-補(bǔ)水箱；12-電加熱管 1.3 檢測和控制的參數(shù)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）。水位：補(bǔ)水箱上位安裝，距地面2m，其水位要求測量并控制循環(huán)水泵，以適應(yīng)不同流速的需要，水位變動(dòng)范圍 200mm500mm。流量：實(shí)驗(yàn)管內(nèi)流體流量需要測量，管徑25mm，流量范圍 0.54m3/h。差壓：由于結(jié)垢導(dǎo)致管內(nèi)流動(dòng)阻力增大，因此需要測量流動(dòng)壓降，范圍為050mm水柱。第2章 測量裝置選擇與誤差分析2.1流體進(jìn)出口溫度由于該實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)管道直徑較小，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

8、物質(zhì)。因此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。進(jìn)出口最大溫度變化范圍在2080之間，水溫變化較小且屬于低溫范圍，所以需要選用精度較高的測溫元件。所以所選的測溫元件的特點(diǎn)要求結(jié)構(gòu)簡單、方便、體積小、靈敏度高，適合測中低溫。為減小計(jì)算進(jìn)出口溫差時(shí)的誤差，可采用同種方法對進(jìn)出口溫度進(jìn)行測量。因此，可選擇熱電阻溫度計(jì)進(jìn)行測量。2.1.1熱電阻原理從熱電阻的測溫原理可知，被測溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來測量的，因此，熱電阻體的引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會(huì)給溫度測量帶來影響。鎧裝熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線、絕緣材料、不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，它的外徑一般為 1.0 8

9、.0mm ，最小可達(dá) 0.5mm 。與普通型熱電阻相比，它有下列優(yōu)點(diǎn)：體積小，內(nèi)部無空氣隙，熱慣性上，測量滯后小；機(jī)械性能好、耐振，抗沖擊；能彎曲，便于安裝 ， 使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。2.1.2 WZC-200熱電阻結(jié)構(gòu)圖圖2-1 WZC-200熱電阻結(jié)構(gòu)圖2.1.3產(chǎn)品參數(shù)表2-1 產(chǎn)品參數(shù)型號(hào)分度號(hào)安裝形式保護(hù)管材料測量范圍WZC-200Cu50管螺紋G1/21Cr18NiTi-50100主要技術(shù)指標(biāo)1、銅熱電阻：-501002、輸出信號(hào)：420mA（可與DDZIII儀表配套使用）0l0mA（可與DDZ儀表配套使用）3、基本誤差：士0.5，士0.24、溫度漂移：0.01/15、環(huán)境溫度：-30

10、70 相對濕度95%6、負(fù)載電阻：三線制 010mA：RL1500 7、標(biāo)準(zhǔn)工作電壓：24VDC；2.1.4主要特性1、輸出420mA或010mA標(biāo)準(zhǔn)恒流信號(hào)，與被測溫度成線性關(guān)系，與負(fù)載電阻大小無關(guān)。2、輸出高阻擾抗信號(hào)、無射頻干擾影響。3、具有防爆、防震、防潮、防熱、防有害氣體的功能。4、帶電源極性接反保護(hù)功能。5、具有較強(qiáng)的遠(yuǎn)傳功能，安裝使用極為方便。2.1.5注意事項(xiàng)為消除引線電阻的影響一般采用三線制或四線制。熱電阻測溫系統(tǒng)一般由熱電阻、連接導(dǎo)線和顯示儀表等組成。必須注意以下兩點(diǎn)：1、 熱電阻和顯示儀表的分度號(hào)必須一致2、為了消除連接導(dǎo)線電阻變化的影響，必須采用三線制接法 。2.1.6

11、誤差分析1、分度誤差 2、通電發(fā)熱誤差 3、線路電阻不同或變化引入的測量誤差 4、附加熱電動(dòng)勢2.2實(shí)驗(yàn)管壁溫測量 實(shí)驗(yàn)管道在恒溫水槽中，通過與水槽中的水進(jìn)行熱交換傳熱，壁溫范圍2080 。2.2.1 檢測方法設(shè)計(jì)以及依據(jù)由測量情形可知管壁溫度用一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(diǎn)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，但熱電偶冷端處理困難，且溫差較小誤差大。用光刻技術(shù)技術(shù)制作一個(gè)薄片熱電阻外層加上隔熱層貼在管壁溫度側(cè)點(diǎn)上，三組值同時(shí)測量取平均值，以達(dá)到精確測溫效果。2.2.2 儀表種類選用以及依據(jù) 膜

12、式鉑電阻是近年來發(fā)達(dá)國家的一種鉑熱電阻新技術(shù)，這種新型熱電阻是有外型尺寸小、靈敏度高、響應(yīng)快、絕緣性能好、穩(wěn)定性好、耐震耐腐蝕使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，特別是pt500和Pt1000 Pt2000 高阻值熱電阻，其分辨率相當(dāng)于常規(guī)鉑電阻pt100的510倍。 以下即是選用某廠家生產(chǎn)的膜式鉑電阻，其技術(shù)指標(biāo)如下：測量范圍： 50-500測量精度：A級(jí)±0.15+0.002t.() B級(jí) ±0.3+0.05t.()0阻值偏差：A級(jí)±0.06（） B級(jí) ±0.12（）圖2-2 膜式鉑電阻2.3水浴溫度測量該實(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）

13、，水浴溫度由溫控器、電加熱管以及保溫箱體構(gòu)成。2.3.1檢測方法設(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，而水浴溫度又通過穩(wěn)控器來實(shí)時(shí)監(jiān)控。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2080之間，屬于低溫范疇。綜合以上要求，我們采熱電偶溫度測量法。2.3.2 儀表種類選用以及依據(jù)選用銅鎳銅熱電偶，這是在低溫下應(yīng)用得很普遍的熱電偶,測量溫度范圍(200200),穩(wěn)定性好,低溫時(shí)靈敏度高并且價(jià)格低廉。分度號(hào)為T。圖2-3 銅鎳銅熱電偶測溫器2.3.3測量注意事項(xiàng)及誤差分析 熱電偶的安裝位置，即測溫點(diǎn)的選擇是最重要的。測溫點(diǎn)的位置，對于工藝過程

14、而言，一定要具有典型性、代表性，否則將失去測量 熱電偶插入被測場所時(shí)，沿著傳感器的長度方向?qū)a(chǎn)生熱流。當(dāng)環(huán)境溫度低時(shí)就會(huì)有熱損失。致使熱電偶與被測對象的溫度不一致而產(chǎn)生測溫誤差。總之，由熱傳導(dǎo)而引起的誤差，與插入深度有關(guān)。2.4補(bǔ)水箱水位測量及控制補(bǔ)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(dòng)范圍200mm500mm。2.4.1檢測方法設(shè)計(jì)以及依據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置補(bǔ)水箱內(nèi)水為人工配制的易結(jié)垢的高硬度水或是含有固體微粒等致垢物質(zhì)。其介電常數(shù)與空氣的差別很大。而電容式液位測量是利用被測對象物質(zhì)的導(dǎo)電率，將液位變化轉(zhuǎn)換成電容變化來進(jìn)行測量的一種液位計(jì)。與其他液位傳感器相比，

15、電容液位測量具有靈敏性好、輸出電壓高、誤差小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、無自熱現(xiàn)象、對惡劣環(huán)境的適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。所以，我們采用此方法來測量補(bǔ)水箱內(nèi)的水位。此外，實(shí)驗(yàn)裝置要求水位還可控制，以適應(yīng)不同流速的需要。所以這里我們把電容傳感器輸出的信號(hào)傳遞給一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，并且通過一個(gè)顯示裝置（數(shù)碼管或LCD）得以顯示該水位。通過單片機(jī)對信號(hào)的分析運(yùn)算，使得當(dāng)補(bǔ)水箱內(nèi)的水位超出水位變動(dòng)范圍（200500mm）時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)使得循環(huán)水泵開始工作以調(diào)節(jié)水位。 圖2-4 補(bǔ)水箱水位測量及控制總體框圖2.4.2 儀表種類選用以及依據(jù)常見的電容傳感器測量電路有變壓器電橋式、運(yùn)算放大器式及脈沖寬度式等。這類儀表適用于腐蝕性液體

16、、沉淀性液體以及其它化工工藝液體液面的連續(xù)測量與位式測量，或單一液面的液位測量。經(jīng)過比較分析，我們采用某生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的UCD-628系列電容式液位計(jì)，其采用電容法測量原理，適用于電力、冶金、化工、食品、制藥、污水處理、鍋爐汽包等的液位測量。該電容式液位計(jì)有以下特點(diǎn)：圖2-5 電容式液位計(jì)1、 結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，安裝維護(hù)簡單，統(tǒng)一外形尺寸。 2、多種信號(hào)輸出形式，可用于不同系統(tǒng)配置。 3、測水位范圍0.12m。4、浸入液體的測量部分，只有一條四氟軟線或四氟棒式探極作為傳感，可靠性高。5、全密封鋁合金外殼及不銹鋼聯(lián)接件。6、對高溫壓力容器與測量常溫常壓一樣簡單，且測量值不受被測液體的溫度、比重及容

17、器的形狀、壓力影響。7、完善的過流、過壓、電源極性保護(hù)。2.4.3 測量注意事項(xiàng)1）電容式液位計(jì)應(yīng)垂直安裝，并固定以防止晃動(dòng)引起的誤差。2）應(yīng)采用非隔離兩線制、三線制或測量、輸出、電源三端隔離四線制多種電路結(jié)構(gòu)方式。 3）注意得使用高頻電路。2.5流量測量實(shí)驗(yàn)管內(nèi)流體流量需要測量，管徑25mm，流量范圍0.54m3/h。考慮到被測流量為微小流量，選用經(jīng)濟(jì)型電磁流量計(jì)KKF82E。2.5.1工作原理電磁流量計(jì)是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的一種測量導(dǎo)電液體體積流量的儀表。2.5.2 電磁流量計(jì)圖圖2-6 電磁流量計(jì)2.5.3技術(shù)參數(shù)：1、公稱通徑：DN6DN2800 2、準(zhǔn)確度等級(jí)：0.5級(jí)、0.

18、2級(jí) 3、分夾持型和法蘭連接型，法蘭標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 9119-2000 4、結(jié)構(gòu)種類：一體型、分體型結(jié)構(gòu)可供選擇，最大分體電纜長度可達(dá)200米 5、內(nèi)襯材料：PTFE、氯丁橡膠、聚氨酯、聚全氟乙丙F46 6、可選電極：MonTi、鈦、哈氏合金Hb、Hc、袒、鉑金 7、防護(hù)等級(jí)：IP65（防水型）8、大屏幕液晶顯示，同步顯示瞬時(shí)流量、流速、正反向累積總量以各類報(bào)警信息 9、寬范圍電源模式 AC：85V265V；DC：18V38V 10、標(biāo)配420mA輸出和脈沖輸出兩種輸出方式，RS485和HART通訊協(xié)議可供選擇2.5.4電磁流量計(jì)特點(diǎn)1、測量穩(wěn)定性好，經(jīng)濟(jì)適用 2、可選擇的中文和英文操作界面，

19、操作簡捷明了 3、寬電源范圍模式，AC：85V265V；DC：18V38V4、具有自動(dòng)調(diào)零功能,零點(diǎn)非常穩(wěn)定，在空管狀態(tài)下不會(huì)顯示流量 5、電容式空滿管檢測技術(shù)及故障自診斷技術(shù)和報(bào)警提示 6、停電記錄功能，存儲(chǔ)掉電時(shí)的數(shù)據(jù)及時(shí)間 7、3.125HZ、6.25HZ、12.5HZ、25HZ等多種頻率可選擇的勵(lì)磁方式。2.5.5注意事項(xiàng)1、 推薦垂直安裝，且被測流體是至下而上流動(dòng)。也可水平安裝，但要使兩電極在同一水平面上，并保證測量導(dǎo)管都充滿液體。2、 流量計(jì)的外殼、屏蔽線、測量導(dǎo)管都要接地。都要單獨(dú)設(shè)置接地點(diǎn)。3、安裝地點(diǎn)要遠(yuǎn)離一切磁源（如大功率電機(jī)、變壓器等）。3、流量計(jì)前必須有10D左右的直管

20、道，以消除各種局部阻力對流線分布對稱性的影響。2.5.6誤差分析1、管內(nèi)液體未充滿2、液體中含有固相液體中含有粉狀、顆粒或纖維等固體，可能產(chǎn)生的故障有：漿液噪聲；電極表面玷污；導(dǎo)電沉積層或絕緣沉積層覆蓋電極或襯里；襯里被磨損或被沉積物覆蓋，流通截面積縮小。3、液體電導(dǎo)率超過允許范圍引發(fā)的問題液體導(dǎo)電率若接近下限值也有可能出現(xiàn)晃動(dòng)現(xiàn)象。2.6差壓測量實(shí)驗(yàn)管道進(jìn)出口的差壓可通過差壓計(jì)來測量，差壓計(jì)的兩個(gè)輸入端分別接在壓力測量點(diǎn)3和7處，輸出值即為入口和出口壓差。因?yàn)閴毫ψ兓秶?，切管中液體易結(jié)垢，故選用壓阻式應(yīng)變變送器作為測量元件。電阻應(yīng)變片是一種將被測件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號(hào)的敏感器件

21、。它是壓阻式應(yīng)變變送器的主要組成部分之一。電阻應(yīng)變片應(yīng)用最多的是金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩種。金屬電阻應(yīng)變片又有絲狀應(yīng)變片和金屬箔狀應(yīng)變片兩種。通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時(shí)，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時(shí)產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路（通常是A/D轉(zhuǎn)換和CPU）顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 測量時(shí)，被測介質(zhì)的壓力直接作用于變送器的膜片上（不銹鋼或陶瓷），使膜片產(chǎn)生與介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值

22、發(fā)生變化，用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個(gè)對應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測量信號(hào)。  選用CYB13系列隔離式壓力變送器作為進(jìn)出口差壓測量元件。該變送器采用進(jìn)口的高精度、高穩(wěn)定性的帶不銹鋼隔離膜片的硅力敏芯片，經(jīng)激光調(diào)阻和先進(jìn)的厚膜技術(shù)溫度補(bǔ)償，線性補(bǔ)償、信號(hào)放大、V/I轉(zhuǎn)換，逆極性保護(hù)，壓力過載限流等信號(hào)處理，輸出工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的電流、電壓信號(hào)。該變送器可廣泛應(yīng)用于冶金、電力、石油、化工、醫(yī)藥、食品、輕紡、水利、地質(zhì)等領(lǐng)域?qū)Ωg性氣體、液體、蒸汽的壓力測量和控制。其外形如圖2-7所示。圖2-7 CYB13系列隔離式壓力變送器 該變送器的技術(shù)參數(shù)如表2-2所示。表2-2 CYB13系列隔離式壓力變送器技術(shù)參數(shù)如表量 程 范 圍010、351000(KPa)02、20200(MPa)過 載 壓 力2倍滿量程測 量 介 質(zhì)與316L不銹鋼兼容的氣體、液體輸 出 信 號(hào)420mA 010