过程检测技术与仪表课程设计

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:指导教师：职称:2013年7月12日目录第一章课题意义..........................................................................................................1第二章设计任务..........................................................................................................2第三章污垢测量方法与原理......................................................................................33.1污垢测量方法..................................................................................................33.2测量污垢热阻的原理.......................................................................................3第四章仪表种类选择和依据......................................................................................54.1流体进出口测温仪表选择...............................................................................54.1.1仪表工作原理.........................................................................................64.1.2注意事项与误差分析.............................................................................64.2实验管壁温测量...............................................................................................64.2.1仪表工作原理.........................................................................................74.2.2注意事项和误差分析............................................................................74.3水浴温度测量...................................................................................................74.4补水箱水位测量...............................................................................................84.4.1工作原理.................................................................................................94.4.2注意事项和误差分析............................................................................94.5流量测量...........................................................................................................94.5.1工作原理...............................................................................................104.5.2注意事项与误差分析..........................................................................104.6差压测量.........................................................................................................114.6.1工作原理...............................................................................................11第五章心得体会........................................................................................................13参考文献......................................................................................................................131第一章课题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。20世纪70年代，特别是80年代后期以来的能源危机，伴随着资源利用效率和环境要求的不断提高，Somerscales所抱怨的“污垢研究一直没能得到足够关注”的状况开始有所转变。进入20世纪90年代以后，污垢研究在其他相关学科的发展特别是计算机应用技术飞速发展的推动下，借助国际合作研究的良好氛围，在预测、监测和对策三个发展方向上都蓬勃开展起来。近10年来，基于污垢形成机理认识的逐步深入，污垢的预测和模拟都取得了明显进展。然而换热设备污垢形成的影响因素众多，是在动量、能量、质量传递以及生物活动同时存在的多相、多组分流动过程中进行的，其理论基础除传热传质学外，还涉及到化学动力学、流体力学、胶体化学、热力学与统计物理、微生物学、非线性科学以及表面科学等相关学科，是一个典型的多学科交叉的高度复杂问题，因而对其机理的清晰理解和准确把握仍是一项极为艰巨的任务。在20世纪80年代中Epstein曾以矩阵形式对污垢形成过程的理论分析和实验研究作了形象的概括，指出了发展趋势；Pinhero则比较了当时已有的各预测模型，找出其共同点，为建立一个通用模型做了十分有意义的工作；而且，Melo也对这期间的进展做了出色的概括和评述。虽然已取得的成就令人欣慰，但现离预期目标仍然相当遥远！进入20世纪90年代以后，寻求对污垢形成机理的理解，定量预测污垢增长率，为换热设备的设计者和运行人员提供一个可信而适用的预测模型的努力仍然历艰而弥坚，涌现出了不少有意义的成果。污垢形成的五个阶段（起始，输运，附着，老化，剥蚀）中，输运、附着、剥蚀相对研究得比较深入。单类污垢简单可分成以下几种类型：腐蚀污垢与混合污垢、析晶污垢、颗粒污垢、化学反应污垢、生物污垢、凝固污垢等。2第二章设计任务该实验装置上，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~500mm3、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2-1实验装置图125834679101112220V3第三章污垢测量方法与原理3.1污垢测量方法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。这三者之间的关系由下式表示：ffffffmR1（3-1）3.2测量污垢热阻的原理设传热过程是在热流密度q为常数情况下进行的，图3-1（a）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：cwccRRRU21/1（3-2）图3-1（b）为两侧有污垢时的温度分布，其总传热热阻为ffwfffRRRRRU2211/1(3-3)图3-14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fcfcRRRR2211,。于是从式(3-3)减去式(3-2)得cfffUURR1121（3-4）式(4)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：qTTRRRUbcscwcc/)(/1,121（3-5）qTTRRRRUbfsffwcf/)(/1,121（3-6）若在结垢过程中，q、Tb均得持不变，且同样假定fcRR22，则两式相减有qTTRcsfsf/)(,1,1(3-7)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。5第四章仪表种类选择和依据4.1流体进出口测温仪表选择由于实验装置的进出口管直径较小，采用体积较大的温度计会增加流动阻力，从而影响流速。而且由给定的参数可知，试验管流体进、出口的温度为20℃～40℃，温度范围小，此两处的温度比较低，测量不便，适合测量此段温度的主要有液体膨胀式、双金属、热电偶及热电阻等温度传感器，而我们的实验设备有上位机采集信息，所以最好选用热电偶或者热电阻。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。我所选用的热电阻温度检测器是BD-WZP-PT100螺纹安装PT-100热电阻。螺纹安装PT100热电阻/铂电阻是最常用的一种铂电阻/热电阻封装形式，主要用于机械设备、管道内介质的测量等等需要螺纹安装的地方。图4-1螺纹安装PT-100热电阻64.1.1仪表工作原理热电阻温度计是利用金属导体或金属氧化物半导体做测温物质，利用导体或半导体的阻值随温度变化这一现象测量温度。热电阻在科研和生产中经常用来测量-200~850℃区间内的温度，是广泛使用的一种测温元件。[1]铂热电阻，分度号为PT10和PT100两种。这里主要介绍PT100，PT100在0℃时阻值为1