过程检测技术及仪表

课设目的........................................................................................................................................... 2

1、背景知识 . .................................................................................................................................... 2

2、仪表选用与参数检测及分析..................................................................................................... 4

2.1 恒温水浴 ......................................................................................................................... 4

2.1.1 恒温水浴特点： . ................................................................................................. 4

2.1.2 恒温水浴技术参数： . ......................................................................................... 4

2.1.3 恒温水浴使用方法： . ......................................................................................... 4

2.1.4 恒温水浴使用维护： . ......................................................................................... 4

2.2 基地式水位调节器水位测量校验装置设计 ................................................................. 5

2.2.1 基地式水位调节器水位测量检验法 .................................................................. 5

2.3 铠装热电阻 ..................................................................................................................... 7

2.3.1 铠装热电阻概述 . ................................................................................................. 7

2.3.2 铠装热电阻特点 . ......................................................................................................... 7

2.3.3 铠装热电阻工作原理 . ......................................................................................... 7

2.3.4 铠装热电阻主要技术参数 .................................................................................. 8

2.3.5 铠装热电阻测量范围 . ......................................................................................... 8

2.3.6 铠装热电阻偶丝直径材料 .................................................................................. 8

2.3.7 测量范围及允差 . ................................................................................................. 9

2.3.8 热响应时间 . ......................................................................................................... 9

2.4弹簧管压力表 .................................................................................................................... 9

2.4.1 压力表的结构与原理 . ......................................................................................... 9

2.4.2 压力表精度 . ....................................................................................................... 10

2.4.3 选用的压力表 . ..................................................................................................... 11

2.5 ZK-LG 孔板流量计 ...................................................................................................... 11

2.5.1 ZK-LG 孔板流量计概述 ................................................................................. 11

2.5.2孔板流量计使用范围 . .......................................................................................... 12

2.5.3 ZK-LG 孔板流量计工作原理 ........................................................................... 12

2.5.2 孔板流量计适用范围 . ....................................................................................... 13

结 论 . .................................................................................................................................. 13

参考文献 . ................................................................................................................................ 13

《过程检测技术及仪表》课程设计

课设目的

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。

1、背景知识

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。

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m f ，污垢层平均厚度δf 和污垢热阻R f 。这三者之间的关系由下式表示：

R f =m f

ρf λf =1λf δf (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：

1/U c =R 1c +R w +R 2c (3)

图1b 为两侧有污垢时的温度分布，其总传热热阻为

1/U f =R 1f +R f 1+R w +R f 2+R 2f (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R 1c =R 1f , R 2c =R 2f 。于是从式(4-4)减去式(3)得：

R f 1+R f 2=11-U f U c （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表示。为明晰起见，假定换热面只有一侧有污垢存在，则有：

1/U c =R 1c +R w +R 2c =(T s 1, c -T b ) /q

（6） （7）

，则两式相减有：1/U f =R 1c +R w +R f +R 2f =(T s 1, f -T b ) /q 若在结垢过程中，q 、Tb 均得持不变，且同样假定

R 2c =R 2f R f =(T s 1, f -T s 1, c ) /q (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。

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。

11

6 4 3

8

10 220V 12

2 1 冷却水入口 9 出口

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

2、仪表选用与参数检测及分析

2.1 恒温水浴

2.1.1 恒温水浴特点：

选用进口优质不锈钢板和精密机械加工工艺制造，具有耐高温，耐腐蚀，结构紧凑，造型美观，节省能源，使用寿命长等优点。恒温水浴是生物、植物、物理、化工、医疗、环保等实验科学领域直接或辅助加热的精密仪器，而且，控温装置采用高稳定性运算放大器和双积分高精度A/D转换技术，远红外加热技术设计而成，加上循环搅拌, 产品热平衡时间短，所以有温度波动性小，均匀性好的优点。

2.1.2 恒温水浴技术参数：

控温范围: 室温～100（0.1℃）

功率: 1000

工作尺寸: 40×30×18

外形尺寸: 52×36×39

2.1.3 恒温水浴使用方法：

（1）使用时必须加入温水能缩短加热时间和节约用电。

（2）开上电源开关，电源指示灯亮表示电源接通。

（3）将仪表设定到所需要的温度，加热指示灯亮表示电热管之电源 接通加热，当温度表上之温度到达所需使用之温度时，稍待数分钟后，既性自动恒温控制。

（4）恒温控制器之刻度，仅作温度对照指示，并非温度批示刻度。

2.1.4 恒温水浴使用维护：

（1）向工作室水箱注入适量的洁净自来水, 放置容器. 。

（2）接通电源。

（3）选择恒温温度:。

将温度" 设置—测量" 选择开关拨向" 设置" 处，调节温控旋钮, 数字显示所需的设定温度。

将温度" 设置—测量" 选择开关拨向" 测量" 处，数字显示工作水箱的实际温度，红色指示灯亮, 表示加热器工作。

（4）工作完毕, 将温控旋钮置于最小值，切断电源. 。

（5）若水浴锅较长时间不使用，请将工作室水箱中的水排除, 用软布擦干净并晾干。

（6）请不要在水浴锅无水的状态下使用加热器。

2.2 基地式水位调节器水位测量校验装置设计

基地式水位调节器水位测量是利用浮力与物体浸在液体中的体积成正比的将液面的高度转换成力的形式，从而测液面的高度。测量框图如图3 所示。

图3 基地式水位测量方框图

当水位变化时，改变了浮筒浸入液体度，使浮筒感受的浮力发生变化，这个变过传动杠杆 ， 密封传动扭力管及其心轴，成心轴的转角，经二次转换机构带动测进行显子 。

2.2.1 基地式水位调节器水位测量检验法

基地式水位调节器校验没有专用设备般采用灌水校验法，如图4所示。

图4 手工校验水位测量示意图

调校过程如下 ：

( 1 ) 零点、满刻度校验

①放水直至玻璃杆液位计指零，调整调零螺母，使指示为零；

②灌水直至玻璃杆液位计指示出仪表的满刻度值，调整满度螺母，使仪表指示满刻度值 ；

③重复①、 ②直至零点， 满刻度值皆满足基本误差要求。

( 2 ) 线性度校验

慢慢灌水或放水，使指针分别指示仪表全量程的 O ％、2 5 ％、5 0 ％、7 5 ％、1 O O ％，与玻璃杆液位计 比较应不超差 ，否则调线性度螺母 。这种方法极不方便，掖位不好调节，费时费力，最少得二人才能校验，对于较高液位计，还得搭架子才能校验。

2.2.2 基地式液位调节器校验装置设计

根据现场情况，设计了一种校验装置 ，即可以校验基地式水位调节器，也可以校验液位开关，校验装置如图 5所示。工作原理：利用基地式调节器的气源( 也可用其它气源代替) 压力使水位上升，利用放气门使液位下降，并利用水位开关维持水位，可以很方便地调节水位， 并从容地调校仪表，一个人即可操作，非常便利。

图 5 枝验装置校验示意图

另外，该装置也可现场校验水位变送器，不用拆卸变送器，校验方法直观、方便，校验 原理如图 6所示。

图6 水位变送器校验示意图

校验方法 ： 校验装置的三通一端接水位变送器的正端排污门，校验时，关掉变送器 正、负端进水门及平衡门，打开正负端排污门，标准水位计的零点对准变送器测压口的中线。利用密封容器内气压的变化改变标准水位计的水位，也就是改变水位变送器的差压，从而校验变送器。

2.3 铠装热电阻

2.3.1 铠装热电阻概述

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。

铠装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。

铠装铂电阻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。

2.3.2 铠装热电阻特点

（1）热响应时间少，减小动态误差；

（2）直径小，长度不受限制；

（3）测量精度高；

（4）进口薄膜电阻元件，性能可靠稳定；

2.3.3 铠装热电阻工作原理

铠装热电阻是利用物质在温度变化时，其电阻也随着发生变化的特征来测量温度的。当阻值变化时，工作仪表便显示出阻值所对应的温度值。铠装热电阻是一种温度传感器，它比装配式热电阻直径小，易弯曲，抗震性好，适宜安装在装配式热电阻无法安装的场合，WZPK 系列铠装热电阻采用引进热电阻测温元件，因此，具有精确、灵敏、热响应时间快、质量稳定、使用寿命长等优点。

铠装热电阻外保护套采有不锈钢，内充满高密度氧化物质绝缘体，因此，铠装热电阻具有很强的抗污染性能和机械强度，适合安装在环境恶劣的场合。

2.3.4 铠装热电阻主要技术参数

产品执行标准

IEC751

JB/T8623-1997

JB/T8622-1997

热电阻在环境温度为15—35°C ，相对湿度不大于80%，试验电压为10—100V （直流）电极与外套管之间的绝缘电阻>100MΩ。

2.3.5 铠装热电阻测量范围

热电阻感温元件100℃时的电阻值（R100）和它在0℃时的电阻R0比值：（R100/R0）

分度号Pt100：A 级R0=100±0.06Ω

B 级R0=100±0.12Ω

R0/R100=1.3850

2.3.6 铠装热电阻偶丝直径材料

2.3.7 测量范围及允差

2.3.8 热响应时间

2.4弹簧管压力表

弹簧管压力表属于就地指示型压力表，就地显示压力的大小，不带远程传送显示、调节功能。弹簧管压力表适用测量无爆炸，不结晶，不凝固，对铜和铜合金无腐蚀作用的液体、气体或蒸汽的压力。

2.4.1 压力表的结构与原理

主要由弹簧弯管、连杆、扇形齿轮、小齿轮、中心轴、指针、表盘等构件组成，如图8所示。

图8 弹簧管式压力表构造图

1—弹簧管 2—游丝 3—指针 4—小齿轮 5—扇形齿轮 6—自由端 7

—连接杠杆 8—支点 9—固定端

弹簧弯管是由金属管(无缝铜管或无缝钢管) 制成的。管子截面呈扁圆形或椭圆形，它的一端固定在支撑座上，并与汽水介质相通；另一端是封闭的自由端，与杠杆连接。杠杆的另一端连接扇形齿轮，扇形齿轮又与中心轴上的小齿轮相啮合，压力表的指针固定在中心轴上。

当弹簧弯管受到介质压力的作用时，它的截面有变成圆形的趋势，迫使弹簧弯管逐渐伸直，从而使弹簧弯管的自由端向上翘起。压力越高，自由端向上翘起的幅度越大。这一动作经过杠杆、扇形齿轮、小齿轮的传动，使指针偏转一个角度，在刻度盘上指示出压力高低。当被测介质压力降低时，弹簧管要恢复原状，指针退回到相应刻度处。

电接点压力表是在普通弹簧管压力表上加装一套高低限电接点装置构成的。它不但能随时测量介质压力变化情况，而且还能将被测介质保持在一定压力范围内，当被测压力超过这一范围时，能自动发出报警信号。电接点压力表也可带继电器及接触器的电气线路，获得自动控制信号，通过控制机构，使被测介质的压力自动保持在上下限给定值的范围内。

2.4.2 压力表精度

弹簧管式压力表的精度等级，是以允许误差占压力表量程的百分率来表示的，一般分为0．5、1、1．5、2、2．5、3、4七个等级(锅炉上不用3级和4级) ，数值越小，其精度越高。例如，表盘量程0～2．5 MPa精度2．5级的压力表，它的指针所示压力值与被测介质的实际压力值之间的允许误差，不得超过上

2．5MPa ×2．5％=±0．062 5 MPa；当压力表指示压力为0．8MPa 时，实际气压在0．737 5～0．862 5MPa之间。

由此可见，压力表实际误差的大小，不但与精度有关，而且还与压力表的量程大小有关。

量程相同时，精度越高(即数字越小) ，压力表的允许误差越小。

精度相同时，量程越大，压力表的误差越大。

2.4.3 选用的压力表

图9

品牌：沈拓

型号： Y

精度等级：1.6

环境温度 -40-70（℃）

概述： 该系列压力表是利用弹簧管为弹性元件的压力表，可测量对铜和钢及其合金不起腐蚀作用的非结晶、非凝固的液体、气体、或蒸汽的压力或真空值。YO 系列测量氧气的压力或负压；YH 系列测量氢气的压力或真空值；YY 系列测量乙炔的压力或真空值；YA 系列测量氨液体、气体、蒸气的压力或真空值。由于该系列仪表具有结构简单、测量范围广、运行可靠、安装维修方便等优点，广泛应用于石油、化工、制药、制冷、供水、供热等行业。

2.5 ZK-LG 孔板流量计

2.5.1 ZK-LG 孔板流量计概述

节流装置又称为差压式流量计, 是由一次检测件（节流件）和二次装置（差压变送器和流量显示仪）组成广泛应用于气体. 蒸汽和液体的流量测量. 具有结构简单, 维修方便, 性能稳定, 使用可靠等特点.

ZK-LG 一体化孔板流量计是将标准孔板与多参数差压变送器（或差压变送器、温度变送器及压力变送器）配套组成的高量程比差压流量装置，可测量气体、蒸汽、液体及天然气的流量，广泛应用于石油、化工、冶金、电力、供热、供水等领域的过程控制和测量。

图 10

2.5.2孔板流量计使用范围

(1)公称直径： 15 mm ≤DN≤1200mm

(2).公称压力：PN≤10MPa

(3).工作温度：－50℃≤t≤550℃

(4).量程比：1:10， 1:15

2.5.3 ZK-LG 孔板流量计工作原理

充满管道的流体流经管道内的节流装置，在节流件附近造成局部收缩，流速增加，在其上、下游两侧产生静压力差。

在已知有关参数的条件下，根据流动连续性原理和伯努利方程可以推导出差压与流量之间的关系而求得流量。其基本公式如下：

c －流出系数 无量纲

d －工作条件下节流件的节流孔或喉部直径

D －工作条件下上游管道内径

qm －质量流量 Kg/s

qv －体积流量 m³/s

ß－直径比d/D 无量纲

流体的密度Kg/m³

可膨胀性系数 无量纲

图 11

2.5.2 孔板流量计适用范围

节流装置组成

(1) 节流件：标准孔板、标准喷嘴、长径喷嘴、1／4圆孔板、双重孔板、偏心孔板、圆缺孔板、锥形入口孔板等

(2) 取压装置：环室、取压法兰、夹持环、导压管等

(3) 连接法兰（国家标准、各种标准及其它设计部门的法兰） 、紧固件。

(4) 测量管 耐高温高压，耐冲击，使用寿命长，测量范围大，测量精度高的特点。适用于电厂高温高压蒸汽流量，热网管路，流速大的流体和流量测量。 结 论

经过这次课程设计，回顾了这学期的检测技术及仪表基础知识。对铠装热电阻 ZK-LG 孔板流量计、弹簧管压力表有所了解。

通过对同类仪器仪表的性能上的对比，使我在考虑问题方面上更加具体切实。为以后的工作和生活中的应用打下了基础。

参考文献

1. 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

2. 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

3. 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

4. 杨善让等， 换热设备污垢与对策，科学出版社，2003

5. 陈杰，黄鸿. 传感器与检测技术. 北京:高等教育出版社，2002

6. 何希才. 传感器及其应用实例. 北京：机械工业出版社，2004

7. 王建国. 检测技术及仪表. 北京:中国电力出版社，2007