《过程检测技术及仪表》
课程设计说明书。
题目：基于多功能动态实验装置的参数检测。
学院：自动化工程学院。
班级：自动063班。
学号：0607240317
姓名：程胜林。
2024年7月吉林。
一。题目背景及意义。
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。
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。
1、 恒温槽体；2-试验管段；3-试验管入口压力；4-管段入口温度测点；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。
图1 实验装置图。
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 ℃）实验管壁温（20~80 ℃）以及水浴温度（20~80 ℃）
2、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
3、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
4、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。
二。温度测量。
1. 检测方法设计：
1 热电阻温度计测进出口温度和水浴温度。
电阻温度计是利用金属导体或金属氧化物半导体做测温质，利用导体或半导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。
金属电阻一般为正温度系数，电阻随温度的变化可用多项式表示：
式1）式中：和分别为温度为和0时的电阻值；、、均为常数，其值决定于热电阻材料的种类。
②热电偶温度计测管壁温度
热电偶温度计由三部分组成：1.热电偶（感温元件）；2.测量仪表；3.连接热电偶和测量仪表的导线（补偿导线及铜线）。
图2 最简单的热电偶测温系统。
它是有两种不同材料的导体 a 和 b 焊接而成，焊接的一端插入被测介质中，感受被测温度，称为工作端或热端，另一端与导线相连，称为冷端或自由端。两种不同成分的导体两端经焊接、形成回路，直接测温端叫测量端，接线端子端叫参比端。当测量端和参比端存在温差时，就会在回路地产生热电流，接上显示仪表，仪表上就批示出热电偶所产生的热电流，接上显示仪表，仪表上就批示同热电偶所产生的热电动势的温度值。
热电偶的热电动势将随着测量端温度升高而增长，热电动势的的大小只和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。装配式热电偶主要由接线盒、保护管、绝缘套管、接线端子、热电极组成基本结构，并配以种安装固定装置组成。
2. 设计依据。
实验管流体进、出口温度，管壁温度和水浴温度大约控制在℃之间，属于低温测量，所以只需采用简单的接触式温度计即可。实验中，我们还需得到精度较高的温度值并将其转换为电信号输出，膨胀式温度计精度虽高但不可以转化为电信号，低温测量时热电阻温度计精度比热电偶温度计要高。所以综合考虑选择热电阻温度计较好。
对于测量管壁温度，由于热电阻温度计不好安装，所以选用热电偶温度计。
3. 仪表种类选用。
热电阻温度计选用铠装铂电阻温度计（产品规格为wzpk）
铠装式铂电阻温度计通常由铠装铂热电阻感温元件、安装固定装置和接线装。
置等主要部件组成。
图3 铠装铂电阻测量端结构形式。
适合等级（表1）
图4 wz系列铠装式铂电阻温度计。
热电偶温度计选用热套式热电偶温度计（产品规格为wrn-625）
适合于蒸汽管道、锅炉及其他对温度、压力、流速有所要求的场所。主要用于测量电站蒸汽管道及锅炉温度。结构采用热套保护管与电偶可分离方式，使用时，用户可将热套焊接或机械固定在设备上，然后装上电偶就可工作。
热套式热电偶（表2）
图5 热套式热电偶。
4. 选用依据。
铠装铂电阻作为一种温度传感器，它比装配式铂电阻直径小，易弯曲，适宜安装在管道狭窄和要求快速反应、微型化等特殊场合。其可对-200~600℃温度范围内的气体、液体介质和固体表面进行自动检测，并且可直接用铜导线和二次仪表相连接使用，由于它具有良好的电输出特性，可为显示仪、记录仪、调节器、 扫描器、数据记录仪以及电脑提供精确的输入值。
电阻外保护管采用不锈钢，内充满高密度氧化物质绝缘体，因此它具有很强的抗污染和优良的机械强度，适合安装在环境恶劣的场合。
热套式热电偶主要用于测量电站蒸汽管道及锅炉温度。结构采用热套保护管与电偶可分离方式，使用时，用户可将热套焊接或机械固定在设备上，然后装上电偶就可工作，它的优点是提高了保护管的工作压力和使用寿命，又便于电偶的维修或更换，目前这种结构形式被国外广泛采用。
5. 测量注意事项。
热电阻温度计测量实验管进、出口温度时应注意接线方式，采用三线制接线。
可较好地消除引线电阻的影响，测量准确度高。
热电偶的热电动势是热电偶工作端的两端温度函数的差，而不是热电偶冷端与工作端两端温度差的函数；热电偶所产生的热电势的大小，当热电偶的材料是均匀时，与热电偶的长度和直径无关，只与热电偶材料的成份和两端的温差有关；当热电偶的两个热电偶丝材料成份确定后，热电偶热电势的大小，只与热电偶的温度差有关；若热电偶冷端的温度保持一定，这进热电偶的热电势仅是工作端温度的单值函数。
6. 误差分析。
分度误差。该误差取决于材料纯度和加工工艺。
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，但可用规定最大电流＜6。
线路电阻不同或变化引入的测量误差。可通过串联电位器调整，此外规定三线、四线接线方法也可以减小误差。
附加热电动势。电阻丝与引线接点处构成热偶，若节点温度不同将产生附加电动势，对于测量回路可能产生影响。可通过节点靠近，同温等方法减小或消除。
三。水位测量。
1. 检测方法设计：磁浮子液位计测水位。
磁浮子液位计根据浮力原理和磁性耦合作用研制而成。它的结构如图6
所示，主体是一根连通管体，通过法兰与用户容器连接，连通管体内有一磁性浮子，随着液位的升降而升降。管体外面固定由翻柱组成的指示器，翻柱由红绿两色组成，液位未上升前为绿色，当被测容器中的液位升降时，液位计主体管中的磁性浮子也随之升降，浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到磁翻柱指示器，驱动红、绿翻柱翻转180°。当液位上升时翻柱由绿色转变为红色，当液位下降时翻柱由红色转变为绿色，指示器的红绿交界处为容器内部液位的实际高度，从而实现液位清晰的指示。
图6 磁浮子液位计的结构图图7 磁浮子液位计的原理图。
液位计下方可装上排污阀，当需要时可打开排污阀，排除污垢。而上方设有排空螺栓，需要时可旋松螺栓排除空气。
2. 设计依据。
基于水位测量，我首先想到的是浮子式液位计，因为它结构简单，工作。
可靠，测量范围较大，不易受到外界环境的影响，并且能连续指示水位。但由于试验流体为易结垢的高硬度水，久而久之，浮子也会受到腐蚀，导致浮子所受浮力发生变化，影响测量结果。另外，浮子上承受的力除重锤的重力外，还有绳索本身的重力，以及绳与滑轮之间的摩擦力等，它们随位置和运动方向而改变，使浮子的吃水线相对于浮子上下移动，也会带来测量误差。
考虑到上述因素，我选择了磁浮子液位计来测量补水箱的水位。它可用于各种塔、罐、槽、球型容器和锅炉等设备的介质液位检测。该种液位计可以做到高密封，防泄漏和适用于高温、高压、耐腐蚀的场合。
它弥补了玻璃板（管）液位计指示清晰度差、易破裂等缺陷，且全过程测量无盲区，显示清晰、测量范围大。由于测量显示部分不与介质直接接触，所以对高温、高压、有毒、有害、强腐蚀介质更显其优越性。因此，它比传统的玻璃板（管）液位计具有更高的可靠性、安全性、先进性、实用性。
3. 仪表种类选用：uhc系列磁性浮子式液位计。
本液位计在就地指示的基础上还可制成带上下限报警或电远传。输出标准信号，实现远程指示、控制及检测。
磁性浮子液位计主要技术指标：
●测量范围：500~8000mm
●精确度：±5mm ，±10mm（高温型）
●介质密度：0.45~2g/cm
●介质密度差：≥0.15g/cm（测量界位）
●介质温度：-80℃~+450℃
●介质粘度：≤对于粘度大的介质或温度低时易结晶的介质，可根据用户要求选用加热夹套式液位计。
●环境振动：频率≤25hz，振幅≤0.5mm
接口法兰：采用化工部2024年最新颁发的hg20592~20635-97法兰标准。
图8 uhc系列磁性浮子式液位计。
4. 选用依据。
由于本液位计直观醒目、安全可靠，检测功能齐全、测量范围宽、使用寿命长、安装维护方便等特点。所以广泛用于石油、化工、电力、冶金、环保等部门的液位检测与控制。它具有以下特点：
●适合容器内液体介质的液位、界面的测量。除现场指示，还可配远传变送器、报警开关、检测功能齐全。
●指示新颖、读数直观、醒目、观察指示器的方向可根据用户需要改变角度。
●测量范围大，不受贮槽高度的限制。
●结构简单、安装方便、维护方便、耐腐蚀、无需电源、防爆。
5. 测量注意事项。
a.安装时液位计筒体内不允许有铁屑、焊渣等异物进入，以免卡死浮子，液位计必须垂直安装。(┴30°）
b.液位计与容器之间应安装截止阀，以便检修清洗时关闭液料，液位计周围不允许有强磁场，以免影响正常工作。
c.安装完毕，翻柱可能是花的，或使用过程中，由于液位突变等其它原因造成个别翻柱不翻转，这时可用磁钢进行较正，使零位(液位)以上翻成绿色。
d.液位计命使用时，应先打开上阀门，然后缓慢打开下阀门，防止磁浮子急速上升，造成翻柱翻乱。
检测仪表课程设计东北电力
第1章绪论 1 1.1 课题背景与意义 1 1.2 题目介绍 1 1.3设计要求 1 第2章温度测量 3 2.1 温度检测方法 3 2.2 检测方法选择 3 2.2.1管壁温度采用热电偶测量 3 2.2.2水浴和进出口温度采用热电阻测量 3 2.3方法选择依据 4 2.4仪表选择 4 2.5仪表选择...
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