过程检测技术与仪表课程设计论文

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1、设计目的通过在模拟的实战环境中系统锻炼，提高学习能力、思维能力、动手能力、工程创新能力和承受挫折能力。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。图1多功能动态模拟实验装置外形图补水箱模拟换热器热器集水槽监控系统本实验装置的模拟换热器是有恒温水浴作为热源加热实验管段（约2米），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。

2、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。125834679101112220V冷却水入口出口口口口图2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-电加热管题目背景意义换热设备污垢的形成是一个有着能量、质量和动量传递的物理/化学过程，有时还伴有生

3、物活动。污垢的存在给换热设备造成了巨大的经济损失，因此换热设备污垢的形成机制、监测和对策的研究成为节能技术的重要内容，也是传热界一直关注、亟待解决的主要问题之一。检测方法及原理按对沉积物的监测手段分为：热学法和非传热量的污垢监测法。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。下面介绍污垢监测的热学法中的污垢热阻法呃原理。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。这三者之间的关系由下式表示：(1)图3清洁和有污垢时

4、的温度分布及热阻壁（a）洁净（b）污染壁污垢沉积层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3a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：(3)图3b为两侧有污垢时的温度分布，其总传热热阻为(4)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：（5）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

5、表示。为明晰起见，假定换热面只有一侧有污垢存在，则有：（6）（7）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：(8)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。该实验装置上，需要检测和控制的参数主要有：1．温度：包括试验管流体进口（20-40℃）、出口温度（20-80℃）、实验管壁温（20-80℃）以及水浴温度（20-80℃）2．水位：补水箱尚未安装，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~500mm3

6、．流量：实验管内流体流量需要测量，管径Φ25mm，流量范围0.5~4m3/h4．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水柱仪器选取1.温度：包括实验管流体进口（20~40℃）、出口温度（20~80℃）、实验管壁温（20-80℃）以及水浴温度（20-80℃）WZ系列工业用热电阻作为温度测量传感器,通常与温度变送器,调节器以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-200℃-500℃范围内的液体,蒸汽和气体介质以及固体表面的温度。热电阻是利用物质

7、在温度变化时本身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的.当被测介体中有温度剃度存在时,所测的温度是感温元件所在范围介质中的平均温度。尽管各种热电阻的外形差异很大,但是它们的基本结构却大致相似,一般有感温元件,绝缘套管,保护管,和接线盒等主要部分组成。测量温度及允许误差型号分度号测量范围精度等级允许误差WZPPt100-200~+500A级±（0.15+0.002）tB级±（0.30+0.005）tWZCCu50Cu100-50~+100----------±（0.30+0.005）t误差分析1)分度误差。该误

8、差取决于材料纯度和加工工艺。2)通电发热误差。由于电阻通电后会产生自升温现象，从而带来测量误差。该误差无法消除，但可规定最大电流<6mA，传热条件好来尽可能减小。3)线路电阻不同或变化引入的测量误差。可通过串联电位调整，此外规定三线、四线界限方法等也能减小误差。4)附加热电动势。电阻丝与引线接点处构成热电偶，若节点温度不同将产生附加热电动势，对于测量回路可能产生影响。可通过接点靠近，同温等办法减小或消除。2.水位