目錄第1章 緒論 - 1 -1.1課題背景與意義 - 1 -1.1.1 工程背景 - 1 -1.1.2 設(shè)計(jì)目的 - 2 -1.1.3 設(shè)計(jì)意義 - 3 -第2章 檢測(cè)方法設(shè)計(jì)以及依據(jù) - 4 -2.1設(shè)計(jì)需要檢測(cè)和控制的主要參數(shù) - 4 -2.2污垢測(cè)量方法與原理 - 4 -2.2.1污垢測(cè)量方法 - 4 -2.2.2測(cè)量污垢熱阻的原理 - 4 -第3章 儀表種類選用以及依據(jù) - 7 -3.1溫度測(cè)量 - 7 -3.1.1實(shí)驗(yàn)管流體進(jìn)、出口溫度及水浴溫度測(cè)量 - 7 -3.1.2實(shí)驗(yàn)管壁溫測(cè)量 - 8 -3.2流量測(cè)量 - 9 -3.3水位測(cè)量 - 10 -3.4差壓測(cè)量 - 11 -第4章 測(cè)量注意事項(xiàng)以及可能產(chǎn)生誤差的原因 - 13 -4.1溫度測(cè)量注意事項(xiàng)及可能產(chǎn)生誤差的原因 - 13 -4.2流量計(jì)注意事項(xiàng)及可能產(chǎn)生誤差的原因 - 14 -4.3水位測(cè)量注意事項(xiàng)及可能產(chǎn)生誤差的原因 - 14 -4.4差壓測(cè)量注意事項(xiàng)及可能產(chǎn)生誤差的原因 - 15 -第5章 結(jié)論 - 16 -參考文獻(xiàn) - 17 -I第1章 緒論1.1課題背景與意義1.1.1 工程背景換熱設(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、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)量局部污垢熱阻，這可通過測(cè)量所要求部位的壁溫表示如圖1-1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)裝置基于本實(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)工作補(bǔ)水箱監(jiān)控系統(tǒng)模擬換熱器集水槽圖1-1 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)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)。

實(shí)驗(yàn)裝置流程見圖1-2125834679101112220V冷卻水入口出口 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1-2 實(shí)驗(yàn)裝置流程圖1.1.2 設(shè)計(jì)目的以一多功能動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置為對(duì)象，選擇合適的測(cè)量?jī)x器采用合理的測(cè)量方法，通過對(duì)多功能動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)裝置所需參數(shù)（溫度、水位、流量、差壓）的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)該裝置對(duì)通過對(duì)換熱設(shè)備污垢的檢測(cè)和測(cè)量對(duì)每一個(gè)參數(shù)的測(cè)量的設(shè)計(jì)涉及的內(nèi)容包括設(shè)計(jì)檢測(cè)方案，包括檢測(cè)方法、儀表種類選用以及需要注意事項(xiàng)，并分析誤差產(chǎn)生的原因通過這次設(shè)計(jì)加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的鞏固，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)解決實(shí)際問題提高自己的創(chuàng)新和獨(dú)立思考能力，在鞏固了所學(xué)知識(shí)的同時(shí)，拓展了設(shè)計(jì)思路和知識(shí)的運(yùn)用能力并且在設(shè)計(jì)過程中使學(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，增強(qiáng)就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和工作適應(yīng)力1.1.3 設(shè)計(jì)意義測(cè)出管道換熱面有垢一側(cè)的污垢熱阻，能夠方便監(jiān)視管道狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)能夠及時(shí)報(bào)警，使系統(tǒng)運(yùn)行更可靠，同時(shí)也能推算出工質(zhì)含雜質(zhì)量，為除雜質(zhì)提供參考。

通過對(duì)各種測(cè)量方法的思考及各種資料的查閱，加深了對(duì)本門課程的認(rèn)識(shí)通過在模擬的實(shí)戰(zhàn)環(huán)境中系統(tǒng)鍛煉，使學(xué)習(xí)能力、思維能力、動(dòng)手能力、工程創(chuàng)新能力得到綜合提高第2章 檢測(cè)方法設(shè)計(jì)以及依據(jù)2.1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（20~40℃）、出口溫度（20~80 ℃）、實(shí)驗(yàn)管壁溫（20~80 ℃）以及水浴溫度（20~80 ℃） (2)、流量：實(shí)驗(yàn)管內(nèi)流體流量需要測(cè)量，管徑Φ25mm，流量范圍0.5~4m3/h(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)不同流速的需要，水位變動(dòng)范圍200mm~500mm4)、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0~50mm水柱2.2污垢測(cè)量方法與原理2.2.1污垢測(cè)量方法測(cè)量污垢按對(duì)沉積物的監(jiān)測(cè)手段分為以下兩種：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。

2.2.2測(cè)量污垢熱阻的原理表示換熱面上污垢沉積量的特征參數(shù)有：?jiǎn)挝幻娣e上的污垢沉積質(zhì)量mf，污垢層平均厚度δf和污垢熱阻Rf這三者之間的關(guān)系由下式（2-1）表示： (2-1) 清潔和有污垢時(shí)的溫度分布及熱阻如圖2-1所示壁（a）潔凈 （b）污染 壁污垢沉積層圖2-1 清潔和有污垢時(shí)的溫度分布及熱阻通常測(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2-1（a）為換熱面兩側(cè)處于清潔狀態(tài)下的溫度分布，其總的傳熱熱阻見式（2-2）： (2-2)圖2-1(b)為兩側(cè)有污垢時(shí)的溫度分布，其總傳熱熱阻見式（2-3） (2-3)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(2-3)減去式(2-2)得式（2-4）： （2-4）式(2-4)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，則有式（2-5），式（2-6）： （2-5） （2-6）若在結(jié)垢過程中，q、Tb均得持不變，且同樣假定，則兩式相減有式（2-7）： (2-7)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)量出來第3章 儀表種類選用以及依據(jù)3.1溫度測(cè)量1、實(shí)驗(yàn)管流體進(jìn)口、出口溫度和水浴溫度測(cè)量 針對(duì)實(shí)驗(yàn)管內(nèi)的流體溫度屬于低溫范圍溫度測(cè)量而且實(shí)驗(yàn)管道的管徑較小，不宜采用體積較大的測(cè)溫儀表考慮這些實(shí)際情況，采用熱電阻的溫度測(cè)量方法更為合理2、 實(shí)驗(yàn)管壁溫測(cè)量由測(cè)量情形可知管壁溫度用一般的熱電阻不易測(cè)量，測(cè)溫環(huán)境要求測(cè)溫儀器可以附著在管壁表面，需要在測(cè)溫點(diǎn)將水浴與管壁分開，面積又不能太大，否則影響換熱但是熱電偶又需要冷端處理，故需要綜合考慮3.1.1實(shí)驗(yàn)管流體進(jìn)、出口溫度及水浴溫度測(cè)量設(shè)計(jì)采用上海自動(dòng)化儀表股份有限公司生產(chǎn)的WZPK-336S鎧裝Pt100熱電阻（如圖3-1）工作原理是：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)的溫度值熱電阻是中低溫區(qū)最常用的一種溫度檢測(cè)器，一般測(cè)量溫度在-200——500℃選用該儀器的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定，有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，而熱電偶所測(cè)量的一般指“點(diǎn)”溫，電偶的材料一般都比較貴重，而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，并且不能讓設(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)成本考慮較強(qiáng)，對(duì)熱響應(yīng)講究的場(chǎng)合，而且鉑熱電阻的測(cè)量精確度是最高的，所以選用鉑電阻進(jìn)行測(cè)量其主要參數(shù)如表3-1所示表3-1 WZPK-336S的主要技術(shù)參數(shù)品牌SAIA分度號(hào)PT100型號(hào)WZPK-336S測(cè)量范圍-200-500（℃）精度等級(jí)A級(jí)Ro=100±0.06Ω;B級(jí)Ro=100±0.12Ω熱響應(yīng)時(shí)間≤3（s）環(huán)境溫度為15—35（℃）測(cè)量電流≤5mA相對(duì)濕度≤80%試驗(yàn)電壓為10—100V（直流）絕緣電阻>100MΩ安裝方式固定卡套螺紋安裝圖3-1 WZPK-336S鎧裝薄膜鉑熱電阻3.1.2實(shí)驗(yàn)管壁溫測(cè)量設(shè)計(jì)選用某廠家生產(chǎn)的膜式鉑電阻（如圖3-2），工作原理為：由測(cè)量情形可知管壁溫度用一般的熱電偶和熱電阻都不易測(cè)量，測(cè)溫環(huán)境要求測(cè)溫儀器可以附著在管壁表面，需要在測(cè)溫點(diǎn)將水浴與管壁分開，面積又不能太大，否則影響換熱。

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)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 選用該儀器的優(yōu)點(diǎn)是：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(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，特別是pt500和Pt1000 Pt2000 高阻值熱電阻，其分辨率相當(dāng)于常規(guī)鉑電阻pt100的5~10倍其主要參數(shù)如表3-2所示 表3-2 膜式鉑電阻主要技術(shù)參數(shù)測(cè)量范圍0~500℃測(cè)量精度A級(jí)±0.15+0.002t.(℃) B級(jí) ±0.3+0.05t.(℃)0℃阻值偏差A(yù)級(jí)±0.06（Ω） B級(jí) ±0.12（Ω）圖3-2 膜式鉑電阻3.2流量測(cè)量考慮到管內(nèi)有污垢，水并不潔凈，用接觸法測(cè)量會(huì)很容易導(dǎo)致測(cè)量?jī)x器的表面結(jié)垢，影響測(cè)量的精度，嚴(yán)重的話會(huì)損害流量計(jì)，我們需要選擇非接觸式測(cè)量的器件同時(shí)，考慮到流速較小，我們需要選用精確度較高的器件由對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置和其工作時(shí)需要檢測(cè)的對(duì)象來看，所選用的流量測(cè)量裝置應(yīng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固、安裝使用方便。

②無需長(zhǎng)管道，可以在有限的空間內(nèi)安裝工作③具有可以在惡劣的管道工作環(huán)境下正常工作的能力，尤其是在本實(shí)驗(yàn)裝置流體硬度高、有雜質(zhì)的情況下經(jīng)過綜合分析和對(duì)目前市場(chǎng)已有的流量計(jì)比較后決定，本設(shè)計(jì)選用HNLGH。