检测仪表课设.docx
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检测仪表课设
课程设计报告
学生姓名:
学号:
学院:
自动化工程学院
班级:
题目:
过程检测技术与仪表
指导教师:
职称:
副教授
讲师
2011年7月1日
目录
1.题目背景意义2
1.1题目简介2
1.2背景知识2
2实验装置简介3
3被测参数及仪表选用5
3.1测量实验管流体进口、出口温度和水浴温度5
3.1.1检测方法设计及依据5
3.1.2热电阻原理5
3.1.3产品参数6
3.1.4主要特性6
3.1.5注意事项及误差分析6
3.2实验管壁温测量7
3.2.1检测方法设计及依据7
3.2.2工作原理7
3.2.3热电偶参数7
3.2.4工作特点8
3.2.5注意事项及误差分析8
3.3.水位测量部分8
3.3.1检测方法设计及依据8
3.3.2仪表种类选用以及依据9
3.3.3误差分析10
3.3.4注意事项10
3.4流量测量10
3.4.1检测方法设计及依据10
3.4.2工作原理10
3.4.3技术参数:
11
3.4.4电磁流量计特点11
3.4.5注意事项及误差分析11
3.5差压测量部分12
3.5.1检测方法设计以及依据12
3.5.2仪表种类选用以及依据12
3.5.3误差分析13
3.5.4注意事项13
4总结13
参考文献14
1.题目背景意义
1.1题目简介
本课设题目以一多功能动态实验装置为对象,要求综合以前所学知识,完成此实验装置所需检测参数的检测。
设计检测方案,包括检测方法、仪表种类选用以及需要注意事项,并分析误差产生的原因等等。
1.2背景知识
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。
按对沉积物的监测手段分有:
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两种;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莫过于热学法。
这里简单介绍污垢监测的热学法中的污垢热阻法。
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δf和污垢热阻Rf。
这三者之间的关系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由下式表示:
(1)
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1b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(4-4)减去式(3)得:
(4)
式(5)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实验装置简介
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为首的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。
基于本实验装置,先后完成国家、东北电力公司、省、市多项科研项目并获奖,鉴定结论为国际领先。
目前承担国家自然科学基金、973项目部分实验工作。
图2多功能动态模拟实验装置外形图
本实验装置的模拟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。
水浴中平行放置两实验管,独自拥有补水箱和集水箱,构成两套独立的实验系统。
可以做平行样实验和对比实验。
为获取水处理药剂的效果、强化换热管的污垢特性、污垢状态下强化管的换热效果等等,管内流体一般为人工配制的易结垢的高硬度水或是含有固体微粒等致垢物质。
冷却水入口
出口
图3实验装置流程图
1-恒温槽体;2-试验管段;3-试验管入口压力;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-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
该实验装置上,需要检测和控制的参数主要有:
1、温度:
包括实验管流体进口(20~40℃)、出口温度(20~80℃),
2、实验管壁温(20~80℃)以及水浴温度(20~80℃)
3、水位:
补水箱上位安装,距地面2m,其水位要求测量并控制,以适应不同流速的需要,水位变动范围200mm~500mm
4、流量:
实验管内流体流量需要测量,管径Φ25mm,流量范围0.5~4m3/h
5、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0~50mm水柱
3被测参数及仪表选用
3.1测量实验管流体进口、出口温度和水浴温度
3.1.1检测方法设计及依据
针对实验管内的流体温度在20~80℃之间,属于低温范围温度测量。
另外实验管道的管径较小,为Φ25mm,不宜采用体积较大的测温仪表。
考虑这些实际情况,采用wzc-200热电阻的温度测量方法更为合理。
热电阻是中低温区最常用的一种温度检测器。
它的主要特点是测量精度高,性能稳定。
其中铂热电阻的测量精确度是最高的,它不仅广泛应用于工业测温,而且被制成标准的基准仪。
3.1.2热电阻原理
从热电阻的测温原理可知,被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的,因此,热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。
铠装铂热电阻是由感温元件(电阻体)、引线、绝缘粉状在不锈钢内再经模具拉伸的坚实整体,它的外径一般为φ1.0~φ8.0mm,最小可达φ0.5mm。
与普通型热电阻相比,它有下列优点:
坚实、可绕、体积小、内部无空气隙、热惯性上、测量滞后小、机械性能好、线径小、耐振、抗冲击、能弯曲、便于安装、使用寿命长等优点。
图4热电阻
3.1.3产品参数
1、铜热电阻:
-50℃~100℃
2、输出信号:
4~20mA(可与DDZ-III仪表配套使用)
0~l0mA(可与DDZ-Ⅱ仪表配套使用)
3、基本误差:
士0.5%,士0.2%.
4、温度漂移:
≤0.01%/1℃
5、负载电阻:
三线制0~10mA:
RL≤1500Ω
6、标准工作电压:
24VDC;
3.1.4主要特性
1、输出4~20mA或0~10mA标准恒流信号,与被测温度成线性关系,与负载电阻大小无关。
2、输出高阻扰抗信号、无射频干扰影响。
3、具有防爆、防震、防潮、防热、防有害气体的功能。
4、带电源极性接反保护功能。
5、具有较强的远传功能,安装使用极为方便。
3.1.5注意事项及误差分析
为消除引线电阻的影响一般采用三线制或四线制。
热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成。
必须注意以下两点:
1、热电阻和显示仪表的分度号必须一致
2、为了消除连接导线电阻变化的影响,必须采用三线制接法。
误差分析:
1、分度误差
2、通电发热误差
3、线路电阻不同或变化引入的测量误差
4、附加热电动势
3.2实验管壁温测量
3.2.1检测方法设计及依据
由于实验管壁温度在20~80℃之间,属于低温测量范围,实验管壁的直径是φ25mm,属于小直径,不宜使用大体积的测温仪表,故采用铠装热电偶来测量管壁的温度,选用的型号为wrnk铠装热电偶。
3.2.2工作原理
铠装热电偶作为温度测量传感器,通常与温度变送器、调节器及显示仪表等配套使用,组成过程控制系统,用以直接测量或控制各种生产过程中0-1800℃范围内的流体、蒸汽和气体介质以及固体表面等温度。
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。
铠装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铠装热电偶导体材质以及两端温差有关,和热电极的长度,直径无关。
图5铠装热电偶
3.2.3热电偶参数
型号:
WRNK
允许误差值:
±15°C
测温范围:
-40°C~375°C
分度号:
K
3.2.4工作特点
1、热响应时间少,减小动态误差;
2、可弯曲安装使用;
3、测量范围大;
4、机械强度高,耐压性能好;
3.2.5注意事项及误差分析
铠装热电偶在环境温度为20±15°C,相对湿度不大于80%试验电压为500±50V(直流)电极与外套管之间的绝缘电阻>1000MΩ。
即1m长的试样的绝缘电阻为1000MΩ;10m长的试样的绝缘电阻为100MΩ;
误差分析:
导热误差,传热误差,辐射误差以及水浴影响,另外由于冷端温度也会产生误差。
3.3.水位测量部分
本设计采用Sonometer30外置式超声波液位传感器测量并控制补水箱水位。
3.3.1检测方法设计及依据
装置补水箱上位安装,距地面2m,并且需要控制水箱内水位以适应不同流速的需要,水位变动范围200mm~500mm。
超声波液位计是由微处理器控制的数字物位仪表.在测量中脉冲超声波由传感器发出,声波经物体表面反射后被同一传感器接收,转换成电信号。
并由声波的发射和接收之间的时间来计算传感器到被测物体的距离。
由于采用非接触的测量,被测介质几乎不受限制,可广泛用于各种液体和固体物料高度的测量。
连续测量液位时,利用反射原理,发射换能器发出超声脉冲,到达液面后反射回来由接受换能器接收,根据声波往返时间,在已知声速的条件下判断液位(实际上是超声测距原理)。
发射和接收可由同一换能器完成,分时先发射随即转为接受。
如果换能器装在液面以上的气体介质中垂直向下发射和接收,则称为气介式,其最大特点是不必和液体接触,便于防腐蚀和渗漏,而且对于有黏性的液体的液体及含有颗粒杂志或气泡的液体,也不妨碍工作。
由于气介式在防腐和维护方便比液介式优越得多,且可测黏性及含杂质的液体,所以气介式的应用更为广泛。
3.3.2仪表种类选用以及依据
本设计采用HQCSB-100超声波液位计测量并控制补水箱水位。
图6HQCSB-100超声波液位计
·产品优点、
1)独家采用物理全封闭探头
2)独特探头设计,适应16公斤压力环境
3)先进回波跟踪算法
4)多种补偿模式
5)点阵式液晶,全中文菜单
6)灵活的测量模式
·技术参数:
测量范围:
0.30—5m、8m、10m、12m、15m
工作频率:
30KHz、20KHz、10KHz、5KHz;
信号输出:
4-20mA,0-5V(10V)RS485,RS232,开关量PNP(NPN),继电器输出(定货约定)
现场显示:
4位LED
最大负载:
24VDC550Ω(4-20mA)
供电电压:
24VDC(18~24V)
最大功消耗:
1.2W(55mA,DC24V)
测量误差:
量程的0.5%(空气中)
分辨率:
≤2mm(温度补偿内置)
响应时间:
1.5s
发射波束角:
≤10°
过程压力:
正常大气压
环境温度:
-20~50℃(耐高温,耐水气须定制)
相对湿度:
100%
防护等级:
IP65
3.3.3误差分析
要来自超声测距中的影响,其中影响较大的是环境温度,触发时间,相应时间和换能器之间的间隔。
3.3.4注意事项
安装超声波液位计时必须考虑超声波液位计的盲区问题,当液位进入盲区后,超声波变送器就无法测量液位了,所以在确定超声波液位计的量程时,必须留出50公分的余量,安装时变送器探头必须高出最高液位50公分左右。
这样才能保证对液位的准确监测及保证超声波液位计的安全。
3.4流量测量
3.4.1检测方法设计及依据
实验管内流体流量需要测量,管径Φ25mm,流量范围0.5~4m3/h。
考虑到被测流量为微小流量,选用经济型电磁流量计KKF82E。
3.4.2工作原理
电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。
图7智能型电磁流量计
3.4.3技术参数:
1、公称通径:
DN6~DN2800
2、准确度等级:
0.5级、0.2级
3、分夹持型和法兰连接型
4、结构种类:
一体型、分体型结构可供选择,最大分体电缆长度可达200米
5、内衬材料:
PTFE、氯丁橡胶、聚氨酯、聚全氟乙丙F46
6、可选电极:
MonTi、钛、哈氏合金Hb、Hc、袒、铂金
7、防护等级:
IP65(防水型)
3.4.4电磁流量计特点
1、测量稳定性好,经济适用
2、宽电源范围模式,AC:
85V~265V;DC:
18V~38V
3、电容式空满管检测技术及故障自诊断技术和报警提示
4、停电记录功能,存储掉电时的数据及时间
5、3.125HZ、6.25HZ、12.5HZ、25HZ等多种频率可选择的励磁方式。
3.4.5注意事项及误差分析
1、水平安装,要使两电极在同一水平面上,并保证测量导管都充满液体
2、安装地点要远离一切磁源
3、流量计前必须有10D左右的直管道,以消除各种局部阻力对流线分布对称性的影响
误差分析:
1、管内液体未充满
2、液体中含有固相液体中含有粉状、颗粒或纤维等固体,可能产生的故障有:
①浆液噪声;②电极表面玷污;③导电沉积层或绝缘沉积层覆盖电极或衬里;④衬里被磨损或被沉积物覆盖,流通截面积缩小;
3、液体电导率超过允许范围引发的问题液体导电率若接近下限值也有可能出现晃动现象。
3.5差压测量部分
本设计采用HDP801液差压变送器测量管内压降。
3.5.1检测方法设计以及依据
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0~50mm水柱。
因其测量的差压为较低的压力,因此要求测量的灵敏度要高。
压阻式传感器是指利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的传感器。
单晶硅材料在受到力的作用后,电阻率发生变化,通过测量电路就可得到正比于力变化的电信号输出。
压阻式传感器用于压力、拉力、压力差和可以转变为力的变化的其他物理量的测量和控制。
其特点为灵敏度高,灵敏度比金属应变片高50倍以上,阻值大,响应快,测量范围宽,精度高,易于微小型化。
3.5.2仪表种类选用以及依据
本设计采用HDP801液差压变送器测量管内压降。
图8HDP801液差压变送器
本系列产品采用OEM硅压阻式差压充油芯体组装而成。
外壳为全不锈钢结构,具有很强的耐腐蚀性,两个压力接口为M20×1.5螺纹连接,可直接安装在测量管道上或通过引压管连接。
主要应用于航空,航天,汽车,医疗设备等领域的差压、液位、流量测控等。
_主要参数:
量程:
0~10KPa~35MPa
耐压:
三倍量程值
综合精度:
0.2%FS、0.5%FS(非线性+重复性+滞后)
输出信号:
4~20mA(二线制)、0~5V、1~5V、0~10V(三线制)
供电电压:
24DCV(9~36DCV)
介质温度:
-20~85℃(HDP801)、-20~150℃(HDP801H)
环境温度:
常温(-20~85℃)
负载电阻:
电流输出型:
最大800Ω;电压输出型:
大于50KΩ
绝缘电阻:
大于2000MΩ(100VDC)
密封等级:
IP65
长期稳定性能:
0.1%FS/年
振动影响:
在机械振动频率20Hz~1000Hz内,输出变化小于0.1%FS
电气接口(信号接口):
引线、赫丝曼接头、航空接插件、PG7法兰
机械连接(螺纹接口):
M12×1、M20×1.5、G1/2"
3.5.3误差分析
1)任何一种应变片当测量的环境温度发生变化时,其阻值都会因环境的变化发生变化。
2)由于弹性元件与应变片的线性膨胀系数很难一致,但它们又是相互黏贴在一起,所以温度发生变化时就会发生附加的应变,从而造成测量误差。
3.5.4注意事项
电阻应变片压力传感器需采用各种相应的温度补偿措施。
4总结
通过这次检测技术及仪表的课程设计,使我更加了解了各种传感器的功能。
借助上网查找资料及去图书馆查阅相关书籍,让我了解了各种传感器的不同,性能及优缺点,了解了误差产生原因的不同,增加了对所学知识的理解和实践,达到了学以致用的目的。
参考文献
1、王建国等,检测技术及仪表,中国电力出版社,2009
2、孙灵芳等,一种新型在线冷却水动态模拟试验装置,仪器仪表学报,2002,NO.3增刊
3、孙灵芳等,一种新型电子水处理器阻垢率的在线监测评价方法及装置,工业水处理,2000,NO.3
4、杨善让等,冷却水处理技术阻垢效果的评价方法研究与实施,《工业水处理》2000.11增刊
5、杨善让等,换热设备污垢与对策,科学出版社,2003
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- 关 键 词:
- 检测仪表