多功能動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)裝置檢測(cè)

1、目 錄_Toc345598421第1章 緒 論- 1 -1.1目的- 1 -1.2 課題背景與意義- 1 -1.3監(jiān)測(cè)原理- 1 -1.4實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介- 3 -第2章 被測(cè)參數(shù)及儀表選用- 5 -2.1本設(shè)計(jì)需要檢測(cè)和控制的主要參數(shù)- 5 -2.2實(shí)驗(yàn)管流體進(jìn)、出口溫度測(cè)量- 5 -檢測(cè)方法設(shè)計(jì)以及依據(jù)- 5 -儀表種類選用以及設(shè)計(jì)依據(jù)- 7 -測(cè)量注意事項(xiàng)- 7 -誤差分析- 7 -2.3實(shí)驗(yàn)管壁溫測(cè)量- 7 -檢測(cè)方法設(shè)計(jì)以及依據(jù)- 8 -儀表種類選用以及設(shè)計(jì)依據(jù)- 8 -測(cè)量注意事項(xiàng)- 9 -誤差分析- 9 -2.4水浴溫度測(cè)量- 9 -檢測(cè)方法設(shè)計(jì)以及依據(jù)- 9 -儀表種類選用以及設(shè)計(jì)

2、依據(jù)- 10 -測(cè)量注意事項(xiàng)- 11 -2.5水位測(cè)量- 11 -檢測(cè)方法設(shè)計(jì)以及依據(jù)- 11 -儀表種類選用以及設(shè)計(jì)依據(jù)- 12 -測(cè)量注意事項(xiàng)- 14 -誤差分析- 14 -2.6流量測(cè)量- 14 -檢測(cè)方法設(shè)計(jì)以及依據(jù)- 14 -儀表種類選用以及設(shè)計(jì)依據(jù)- 14 -測(cè)量注意事項(xiàng)以及誤差分析- 15 -2.7差壓測(cè)量- 15 -檢測(cè)方法設(shè)計(jì)以及依據(jù)- 15 -儀表種類選用以及設(shè)計(jì)依據(jù)- 16 -測(cè)量注意事項(xiàng)- 17 -2.8 心得體會(huì)- 17 -參考文獻(xiàn)- 18 -第1章 緒 論1.1目的針對(duì)“應(yīng)用技術(shù)主導(dǎo)型”普通工科高等教育的特點(diǎn)，從工程創(chuàng)新的理念出發(fā)，以工程思維模式為主，旨在培養(yǎng)突出“

3、實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)業(yè)精神”特色的、適應(yīng)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要的“工程應(yīng)用型人才”。通過在模擬的實(shí)戰(zhàn)環(huán)境中系統(tǒng)鍛煉，使學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、思維能力、動(dòng)手能力、工程創(chuàng)新能力和承受挫折能力都得到綜合提高。以增強(qiáng)就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和工作適應(yīng)力。1.2 課題背景與意義換熱設(shè)備污垢的形成過程是一個(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、

4、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)系最密切的莫過于熱學(xué)法。這里簡(jiǎn)單介紹污垢監(jiān)測(cè)的熱學(xué)法中的污垢熱阻法。1.3監(jiān)測(cè)原理按對(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)系最密切的莫過于熱學(xué)法。這里簡(jiǎn)單介紹污垢監(jiān)測(cè)的熱學(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

5、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) 圖1.1 清潔和有污垢時(shí)的溫度分布及熱阻壁（a）潔凈 （b）污染 壁污垢沉積層通常測(cè)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： (3)圖1b為兩側(cè)有污垢時(shí)的溫度分布，其總傳熱熱阻為 (4)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。于是從式(4-4)減去式(3)得： （5）式(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(cè)量而間接測(cè)量出來。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

6、阻，這可通過測(cè)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： （6） （7）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： (8)這樣，換熱面有垢一側(cè)的污垢熱阻可以通過測(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。式中：?jiǎn)挝幻娣e上污垢沉積質(zhì)量污垢沉積厚度結(jié)垢前管外介質(zhì)與管壁的對(duì)流換熱熱阻管壁的導(dǎo)熱熱阻結(jié)垢前管壁與管內(nèi)介質(zhì)的對(duì)流換熱熱阻結(jié)垢前總的傳熱熱阻結(jié)垢后總的傳熱熱阻結(jié)垢后管外介質(zhì)與管壁外污垢的對(duì)流換熱熱阻結(jié)垢后管壁外污垢的導(dǎo)熱熱阻結(jié)垢后管壁內(nèi)污垢的導(dǎo)熱熱阻結(jié)垢后管壁內(nèi)污垢與管內(nèi)介質(zhì)的對(duì)流換熱熱阻結(jié)垢前外管壁溫度僅管內(nèi)結(jié)垢后外管壁溫度結(jié)垢前后

7、管內(nèi)表面溫度熱流密度:單位面積的截面內(nèi)單位時(shí)間通過的熱量1.4實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置是我校節(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)開發(fā)的多功能實(shí)驗(yàn)裝置?；诒緦?shí)驗(yàn)裝置，先后完成國家、東北電力公司、省、市多項(xiàng)科研項(xiàng)目并獲獎(jiǎng)，鑒定結(jié)論為國際領(lǐng)先。目前承擔(dān)國家自然科學(xué)基金、973項(xiàng)目部分實(shí)驗(yàn)工作。圖1.2 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)。可以做平行樣實(shí)驗(yàn)和對(duì)比實(shí)驗(yàn)。為獲取水處理藥劑的效果、強(qiáng)

8、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)。1-恒溫槽體；2-試驗(yàn)管段；3-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 圖1.3 實(shí)驗(yàn)裝置流程圖第2章 被測(cè)參數(shù)及儀表選用2.1本設(shè)計(jì)需要檢測(cè)和控制的主要參數(shù)1、溫度：包括實(shí)驗(yàn)管流體進(jìn)口（2040）、出口溫度（2080 ） ，2、實(shí)驗(yàn)管壁溫（2080 ）以及水浴溫度（2080 ） ，3、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)

9、不同流速的需要，水位變動(dòng)范圍200mm500mm，4、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，5、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2.2實(shí)驗(yàn)管流體進(jìn)、出口溫度測(cè)量實(shí)驗(yàn)管流體進(jìn)口（2040）、出口溫度（2080 ）。檢測(cè)方法設(shè)計(jì)以及依據(jù)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。而且，溫度變化范圍在2080之間，水溫變化較小，屬于低溫范圍溫度測(cè)量，所以需要選用精度較高的測(cè)溫元件。進(jìn)出口溫度可以用同種方法測(cè)量，這樣可以在求溫差時(shí)減小誤差。而熱電阻是中低溫

10、區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器，一般測(cè)量溫度在-200850。熱電阻是電阻性的元件，由金屬制成如鉑，鎳，銅等，所選金屬必須具有可以預(yù)測(cè)的電阻值隨溫度變化的特性，其物理性能要易于加工制造，電阻溫度系數(shù)必須足夠大，使其電阻隨溫度的改變易于準(zhǔn)確測(cè)量。其他的溫度檢測(cè)器件，如熱電偶，并不能讓設(shè)計(jì)人員有一種相當(dāng)線性的電阻隨溫度變化特性，而熱電阻這種線性度極好的電阻溫度特性，大大簡(jiǎn)化了信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)制作。因?yàn)殂~電阻則易產(chǎn)生腐蝕，長期穩(wěn)定性差；而鎳電阻適用溫度范圍較窄；鉑電阻具有最為精確、有可靠的溫度電阻特性，對(duì)溫度響應(yīng)的線性度好，化學(xué)惰性，鉑的電阻率高于其他的熱電阻材料，在電阻值相同的情況要求用材少，適于對(duì)成

11、本考慮較強(qiáng)，對(duì)熱響應(yīng)講究的場(chǎng)合，而且鉑熱是阻的測(cè)量精確度是最高的，所以選用鉑電阻進(jìn)行測(cè)量。鎧裝熱電阻是利用物質(zhì)在溫度變化時(shí)，其電阻也隨著發(fā)生變化的特征來測(cè)量溫度的。當(dāng)阻值變化時(shí)，工作儀表便顯示出阻值所對(duì)應(yīng)的溫度值。鎧裝鉑電阻作為一種溫度傳感器，它比裝配式鉑電阻直徑小，易彎曲，適宜安裝在管道狹窄和要求快速反應(yīng)、微型化等特殊場(chǎng)合。其可對(duì)-200600溫度范圍內(nèi)的氣體、液體介質(zhì)和固體表面進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，并且可直接用銅導(dǎo)線和二次儀表相連接使用，由于它具有良好的電輸出特性，可為顯示儀、記錄儀、調(diào)節(jié)器、 掃描器、數(shù)據(jù)記錄儀以及電腦提供精確的輸入值。鎧裝電阻外保護(hù)管采用不銹鋼，內(nèi)充滿高密度氧化物質(zhì)絕緣體，因此

12、它具有很強(qiáng)的抗污染和優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度，適合安裝在環(huán)境惡劣的場(chǎng)合。圖2.1 WZPK-233U鎧裝薄膜鉑熱電阻表2.1 鎧裝薄膜鉑熱電阻外徑安裝固定裝置標(biāo)準(zhǔn)尺安裝固定裝置標(biāo)準(zhǔn)尺鎧裝薄膜鉑熱電阻外徑（d）6543D6050D04236D12420d097S2219有表2.1可知，本次設(shè)計(jì)中的管徑為25mm,所以選用電阻外徑為4m、5m、6m的熱電阻都可以。圖2.2 熱電阻測(cè)量端結(jié)構(gòu)圖儀表種類選用以及設(shè)計(jì)依據(jù)傳感器采用WZPK-233S鎧裝Pt100熱電阻，熱電阻在環(huán)境溫度為1535攝氏度，相對(duì)濕度不大于80%，試驗(yàn)電壓為10100V（直流）電極與外套管之間的絕緣電阻>100M。固定卡套螺紋安裝

13、，接線盒形式為防水式，直徑為3mm。WZPK-233S參數(shù)：品牌 捷峰 分度號(hào) PT100型號(hào) WZPK-130 230 430測(cè)量范圍 -200-450（）允差等級(jí) A 熱響應(yīng)時(shí)間 5（s）2.2.3測(cè)量注意事項(xiàng)使用時(shí)應(yīng)采用三線制連接方式以減少導(dǎo)線電阻對(duì)測(cè)溫的影響；另外還要保持工作電源的穩(wěn)定性，減少其對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；保護(hù)套管的截面積尺寸和材料保持一致；熱電阻安裝時(shí),其插入深度不小于熱電阻保護(hù)管外徑的8倍10倍,盡可能使熱電阻受熱部分增長；熱電阻盡可能垂直安裝,以防在高溫下彎曲變形。在數(shù)據(jù)處理時(shí)，由于利用熱電阻進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)，容易產(chǎn)生溫度誤差，所以，我們要對(duì)管壁不同處多次測(cè)量求取平均值，以確

14、保接近真實(shí)溫度2.2.3誤差分析（1）器件應(yīng)用時(shí)的機(jī)械缺陷，如線材的彎曲，使用中不慎產(chǎn)生的沖擊，器件受熱膨脹時(shí)由于外殼的收縮所引起的應(yīng)力，以及震動(dòng)等，均會(huì)對(duì)傳感器的測(cè)量重復(fù)性產(chǎn)生長周期的影響。 以上所述的機(jī)械應(yīng)力會(huì)影響熱電阻的穩(wěn)定性，也會(huì)影響熱電阻的精度。（2）由于熱電阻通電后會(huì)產(chǎn)生自升溫現(xiàn)象，從而帶來誤差，并且該誤差無法消除，故規(guī)定最大電流6mA。2.3實(shí)驗(yàn)管壁溫測(cè)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 。檢測(cè)方法設(shè)計(jì)以及依據(jù)因?qū)嶒?yàn)管壁與水浴是相互接觸的，水浴溫度一定會(huì)影響管壁溫度，故管壁溫度用一般的熱電偶和熱電阻都不易測(cè)量。所以要想測(cè)出管壁溫度就一定要避免

15、水浴溫度的干擾，使水浴與管壁測(cè)點(diǎn)隔離。所以，可以選用一個(gè)接觸式隔熱溫度計(jì)進(jìn)行測(cè)量。接觸式測(cè)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(cè)量取平均值，以達(dá)到精確測(cè)溫效果。儀表種類選用以及設(shè)計(jì)依據(jù)膜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)。本設(shè)計(jì)選用供應(yīng)薄片熱電阻 pt100熱電 wzp-231G，固定卡套螺紋式安裝，接線盒形式為防水型，公稱直徑為2mm，測(cè)溫范圍： -40250，精度A級(jí)，其允許偏

16、差如下表：表2.2 WZP-231的參數(shù)名稱Name分度號(hào)Graduation精度Class使用溫度范圍Measuring range允差A(yù)llowable error鉑熱電阻Platinum Thermal ResistancePt100A-40250±(0.15+0.002t)B±(0.3+0.005t)它的特點(diǎn)是：測(cè)溫精度高；機(jī)械強(qiáng)度高，耐壓性能好；進(jìn)口薄膜電阻元件，性能可靠穩(wěn)定；毋須補(bǔ)償導(dǎo)線，節(jié)省費(fèi)用。圖2.3 WZP-231G實(shí)物圖測(cè)量注意事項(xiàng)（1）水浴與管壁分開的面積太大，影響流體的流量及換熱。所以溫度計(jì)的體積應(yīng)盡可能小。（2）外界環(huán)境變化會(huì)影響管壁溫度，故使外

17、界環(huán)境溫度保持穩(wěn)定。（3）固定螺紋安裝。（4）由于熱電阻與儀表之間一般都有一段較長的距離,因此兩根連接導(dǎo)線的電阻隨溫度的變化,將同熱電阻阻值的變化一起加在不平衡電橋的一個(gè)臂上,使測(cè)量產(chǎn)生較大的誤差。為減小這一誤差,一般在測(cè)溫?zé)犭娮枧c儀表連接時(shí),采用三線制接法。（5）測(cè)溫元件經(jīng)VPI浸漆前，將其鎖緊螺帽套緊后，且將此裝置固定于某處，避免因接頭裝置使測(cè)溫元件引出線受力。誤差分析導(dǎo)熱誤差，傳熱誤差，輻射誤差以及水浴影響，另外由于冷端溫度也會(huì)產(chǎn)生誤差。2.4水浴溫度測(cè)量模擬換熱器中的水域是恒溫的，溫度范圍是2080 ，由于實(shí)驗(yàn)管內(nèi)的流體會(huì)在該水域內(nèi)換熱，因此水域溫度會(huì)變化。為了保持水域溫度恒定，需要有

18、相關(guān)設(shè)備來控制。水浴溫度控制由溫控器、電加熱管以及保溫箱體構(gòu)成檢測(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，而水浴溫度又通過穩(wěn)控器來實(shí)時(shí)監(jiān)控。因此，測(cè)溫儀表要求較高的靈敏性和精確度。所以可以采用新型溫度傳感器中的AD590。儀表種類選用以及設(shè)計(jì)依據(jù)AD590是利用PN結(jié)正向電流與溫度的關(guān)系制成的電流輸出型兩端溫度傳感器。它精度高、價(jià)格低、不需輔助電源、線性好，這種器件在被測(cè)溫度一定時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)恒流源。該器件具有良好的線性和互換性，測(cè)量精度高，并具有消除電源波動(dòng)的特性。即使電源在515V之間變化，其電流只是在1A以下作微小變化。圖2.4 AD590 實(shí)物圖它

19、的主要特性如下：(1) 流過器件的電流(A) 等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度(開爾文) 度數(shù)： Ir/T=1 (1)式中，Ir流過器件(AD590) 的電流，單位為A；T熱力學(xué)溫度，單位為K； (2) AD590的測(cè)溫范圍為- 55+150； (3) AD590的電源電壓范圍為430 V，可以承受44 V正向電壓和20 V反向電壓，因而器件即使反接也不會(huì)被損壞； (4) 輸出電阻為710 m； (5) 精度高，AD590在- 55+-150范圍內(nèi)，非線性誤差僅為±0.3。AD590的引腳使用AD590的引腳共有3個(gè),查各種資料里,只用了兩個(gè)引腳(即+ -)，第三個(gè)腳可以不用,是接外殼做

20、屏蔽用的。圖2.5引腳說明圖測(cè)量注意事項(xiàng)其輸出電流是以絕對(duì)溫度零度（-273）為基準(zhǔn)，每增加1，它會(huì)增加1A輸出電流，因此在室溫25時(shí)，其輸出電流Iout=（273+25）=298A。Vo的值為Io乘上10K，以室溫25而言，輸出值為10K×298A=2.98V。測(cè)量Vo時(shí)，不可分出任何電流，否則測(cè)量值會(huì)不準(zhǔn)。2.5水位測(cè)量補(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。檢測(cè)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(cè)量是利用被測(cè)對(duì)象物質(zhì)的

21、導(dǎo)電率，將液位變化轉(zhuǎn)換成電容變化來進(jìn)行測(cè)量的一種液位計(jì)。此儀表的信號(hào)轉(zhuǎn)化不依賴于機(jī)械可動(dòng)部分，所以比較可靠，而且由于測(cè)量信號(hào)可方便地轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出，易于遠(yuǎn)傳也便于和電動(dòng)單元組合儀表或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配套使用。故與其他液位傳感器相比，電容液位測(cè)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(duì)惡劣環(huán)境的適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中被測(cè)介質(zhì)為非導(dǎo)體，可以把容器作為外電極。若把一根金屬棒作為內(nèi)電極插入非導(dǎo)電的被測(cè)介質(zhì)中，構(gòu)成圓筒形電容器。該電容器的總電容可算如下： (11) (12)式中液體介質(zhì)的介電常數(shù)；為氣體介質(zhì)的介電常數(shù) ；h為電極的總高度；為內(nèi)電極的外徑；為外電極的內(nèi)徑；為初始電容，

22、在空倉時(shí)可測(cè)的，當(dāng)有液體時(shí)，輸出電容C液面高度x成線性關(guān)系電容式液位計(jì)在工作時(shí)，兩個(gè)電極之間分別處于兩種介質(zhì)之中，而這兩種介質(zhì)的介電常數(shù)肯定是不同的，液體的介電常數(shù)1和氣體的介電常數(shù)2之間存在一個(gè)差，這樣同一段距離中1與2的比例不同，加和的結(jié)果也不同。電容式液位計(jì)測(cè)量時(shí)，加設(shè)1>2，那么當(dāng)液位升高時(shí)，1占據(jù)的比例增大而2占據(jù)的比例減小，兩個(gè)電極之間的總的介電常數(shù)值也就會(huì)隨之增大，而電容量也就會(huì)相應(yīng)增加，通過對(duì)電容量增加值的測(cè)算就可以得到液位高度值。電容式液位計(jì)的測(cè)量主要就是依賴兩個(gè)電極之間的電容量變化，也就是說電容液位計(jì)的靈敏度是取決于兩個(gè)介質(zhì)，氣體、和液體的介電常數(shù)的差值。電容液位計(jì)的

23、測(cè)量必須保證兩個(gè)介質(zhì)的介電常數(shù)保持不變，否則介電常數(shù)的變化會(huì)直接導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。儀表種類選用以及設(shè)計(jì)依據(jù)UCD-628系列電容液位變送器，采用電容法測(cè)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(cè)量。特點(diǎn)： 1、結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，安裝維護(hù)簡(jiǎn)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、聚四氟乙烯探極，耐酸、堿等強(qiáng)腐蝕性液體及高溫。4、浸入液體的測(cè)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、全密封鋁合金外殼和不銹鋼聯(lián)接件。6、對(duì)高溫壓力容器與測(cè)量常溫常壓一樣簡(jiǎn)單，且測(cè)量值不受被測(cè)液體的溫度、比重及容器的形狀、壓力影響。7、非隔離的兩線

24、制、三線制和測(cè)量、輸出、電源三端隔離四線制多種電路結(jié)構(gòu)方式，自帶隔離器，適應(yīng)不同信號(hào)接地方式。8、完善的過流、過壓、電源極性的保護(hù)。圖2.6 UCD-628 實(shí)物圖核心部件采用先進(jìn)的射頻電容檢測(cè)電路經(jīng)過16位單片機(jī)經(jīng)過精確的溫度補(bǔ)償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)（一般為420 mA）?？蛇xHART、CANBUS、485通訊協(xié)議進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)。全系列變送器都具有自校準(zhǔn)功能，用戶可通過兩個(gè)按鍵進(jìn)行“零點(diǎn)”、“量程”自動(dòng)校準(zhǔn)，以適應(yīng)各種復(fù)雜場(chǎng)所的不同要求。電容式液位變送器特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無任何可動(dòng)或彈性元部件，因此可靠性極高，維護(hù)量極少。一般情況下,不必進(jìn)行常規(guī)的大、中、小維修；多種信號(hào)輸出，方便不同系

25、統(tǒng)配置；適用于高溫高壓容器的液位測(cè)量，且測(cè)量值不受被測(cè)液體的溫度、比重及容器的形狀、壓力影響；特別適用于酸、堿等強(qiáng)腐蝕性液體的測(cè)量；完善的過流、過壓、電源極性保護(hù)。表2.3電容式液位變送器性能：測(cè)量范圍：0.220米精度：0.5級(jí)、1.0級(jí)探極耐溫：-40250允許容器壓力：-1MPa2.5MPa測(cè)量介質(zhì)：電導(dǎo)率不低于10-3s/m的酸、堿、水等非結(jié)晶導(dǎo)電液體供電電源：DC2127V輸出信號(hào)：420mA(010mA,020mA)輸出保護(hù)：27mA防爆等級(jí)：ExdCT5變送器適應(yīng)環(huán)境溫度：-4060量程調(diào)節(jié)范圍及零點(diǎn)遷移：±30%FS接線：變送器為標(biāo)準(zhǔn)二線或三線制儀表，電源（信號(hào)）端子

26、位于儀表殼體內(nèi)的接線側(cè)，信號(hào)線應(yīng)使用屏蔽線或兩根紐在一起的雙絞線，盡量不要與其它電源線一起通過線管或明線槽，也不可在大功率設(shè)備附近穿過。安裝與調(diào)試:纜式和桿式液位變送器具有多種安裝固定方式，以適應(yīng)不同現(xiàn)場(chǎng)情況。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)不能夠提供M20×1.5的內(nèi)螺紋或法蘭等工藝設(shè)施時(shí)，可選擇墻壁安裝式、水平管架式和垂直管架式等三種安裝方式可選擇。若需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整可采取以下方法：A：采用智能電路的調(diào)試方法：現(xiàn)場(chǎng)調(diào)零-當(dāng)液位位處于最低位時(shí)，同時(shí)按住“Z”鍵和“S”鍵8秒鐘后同時(shí)松開，再將 “Z” 鍵按一下，輸出電流自動(dòng)調(diào)整到4mA?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)滿-當(dāng)液位處于最高位時(shí)，同時(shí)按住“Z”鍵和“S”鍵8秒鐘后同時(shí)松開，再

27、將“S”鍵按一下，輸出電流自動(dòng)調(diào)整到20mA。B：采用模擬電路的調(diào)試方法：當(dāng)液位在下限時(shí)，用螺絲刀緩慢旋轉(zhuǎn)“Z”電位器，觀察電流表的讀數(shù)接近4mA。 當(dāng)液位在上限時(shí)，用螺絲刀緩慢旋轉(zhuǎn)“S”電位器，觀察電流表的讀數(shù)接近20mA測(cè)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(cè)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。4）防止渣子在引壓管內(nèi)部沉積。5) 盡可能短地使用引壓管。6) 兩引壓管里的液壓高度應(yīng)保持平衡。誤差分析由于水泵流量大或裝置不穩(wěn)時(shí)，會(huì)引起水位波動(dòng)，產(chǎn)生微小誤差；壓力的泄漏；引壓管道的摩擦損失；液體介質(zhì)

28、的管路中積集氣體。2.6流量測(cè)量實(shí)驗(yàn)管內(nèi)流體流量需要測(cè)量，其管徑25mm，流量范圍0.54m3/h（流速為0.282.26m/s）。檢測(cè)方法設(shè)計(jì)以及依據(jù)迄今為止，流量的測(cè)量準(zhǔn)確度較低，流量計(jì)的通用性很差，特別是對(duì)腐蝕性流體、贓物流體、高粘性流體的流量的測(cè)量還需要更多的發(fā)展。對(duì)于該實(shí)驗(yàn)的污垢流體，本文選擇的是靶式流量計(jì)。靶式流量計(jì)是20世紀(jì)60年代迅速發(fā)展起來的流量計(jì)。它的特點(diǎn)是適用于低速測(cè)量，測(cè)量小流量時(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)量高黏度流體，對(duì)流體的黏度變化不敏感；適用于液體以及氣體測(cè)量，對(duì)于混合型介質(zhì)，多相

29、流介質(zhì)，一定程度上也可以測(cè)量；測(cè)量有些介質(zhì)時(shí)，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。經(jīng)過上網(wǎng)查詢最終選擇使用江蘇華寧儀表有限公司生產(chǎn)的靶式流量計(jì)。靶式流量計(jì)特點(diǎn)（a）耐高溫高壓，大口徑管道，性能可靠；（b）智能化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有參數(shù)設(shè)定標(biāo)校及故障提示功能；（c）六位液晶顯示，可顯示瞬時(shí)流量，累積流量；（d）具有上下限報(bào)警以及脈沖輸出功能；（e）指示表頭可以軸向360°旋轉(zhuǎn)；（f）具有溫度補(bǔ)償和軟件修正功能。2.6.3測(cè)量注意事項(xiàng)以及誤差分析由于不充許直接在流量計(jì)測(cè)量管前后端安裝閥門、彎頭等極大改

30、變流體流態(tài)的部件。如果需要在流量計(jì)前后管道上安裝閥門、彎頭等部件也應(yīng)盡量保證前后直管段長度。2.7差壓測(cè)量測(cè)量流動(dòng)壓降，范圍為050mm水柱（0500Pa）。檢測(cè)方法設(shè)計(jì)以及依據(jù)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，因其測(cè)量的差壓為較低的壓力，因此要求測(cè)量的靈敏度要高，測(cè)量的液體污垢含量很多，因此選用電容式差壓傳感器。電容式差壓變送器是應(yīng)用現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)制造的一種高科技產(chǎn)品，該產(chǎn)品具有設(shè)計(jì)原理新穎、品種規(guī)格齊全、安裝使用簡(jiǎn)便、本質(zhì)安全防爆等特點(diǎn)。尤以精度高、體積小、重量輕、堅(jiān)固耐振、調(diào)整方便、長期穩(wěn)定性高、單向過載保護(hù)特性好等優(yōu)點(diǎn),可直接輸出420mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，適

31、用于測(cè)量壓力,差壓,流量及液位。電容式差壓傳感器的結(jié)構(gòu)如下圖所示。將左右對(duì)稱的不銹鋼基座2、3的外側(cè)加工成環(huán)狀波紋溝槽，餅焊上波紋隔離膜片1、4?；鶅?nèi)側(cè)有玻璃層5，基座和玻璃層中央都有孔。玻璃層內(nèi)表面磨成凹球面，球面邊緣鍍以金屬膜6，此金屬膜層有導(dǎo)線通向外部，為電容的左右定極板。左右對(duì)稱的上述結(jié)構(gòu)中央夾入并焊接彈性平膜片，即測(cè)量膜片7，為電容的中央動(dòng)極板。測(cè)量膜片左右空間被分割成兩個(gè)室，固有糧食結(jié)構(gòu)之稱。在測(cè)量膜片的左右兩室中充滿硅油，當(dāng)左右隔離膜片分別承受高壓pH和低壓pL時(shí)，硅油的不可壓縮性和流動(dòng)性便能將差壓p=pH-pL傳遞到測(cè)量膜片的左右面上。因?yàn)闇y(cè)量膜片在焊接前加有預(yù)張力，所以當(dāng)差壓p=0時(shí)十分平整，使得定極板左右兩電容的容量完全相等，即CH=CL，電容量的差值為零。在有差壓