目錄

第1章緒論.........................................................-0-

1.1課題背景及意義..............................................-0-

1.1.1工程背景...............................................-0-

1.1.2設(shè)計目的...............................................-0-

1.2總試驗裝置以及設(shè)計原理......................................-1-

1.2.1試驗裝置簡介...........................................-1-

1.2.2設(shè)計原理...............................................-3-

1.3檢測和控制的重要參數(shù)........................................-4-

第2章溫度日勺測量..................................................-6-

2.1試驗管流體進出口溫度測量和控制..............................-6-

2.1.1檢測措施設(shè)計以及根據(jù)...................................-6-

2.1.2儀表種類選用以及設(shè)計根據(jù)..............................-6-

2.1.3測量注意事項...........................................-8-

2.1.4誤差分析...............................................-9-

2.2水浴溫度日勺測量..............................................-9-

2.2.1檢測措施設(shè)計以及根據(jù)...................................-9-

2.2.2儀表種類選用以及設(shè)計根據(jù)..............................-9-

2.2.4誤差分析..............................................-11-

2.3管壁溫度測量...............................................-11-

2.3.1檢測措施設(shè)計以及根據(jù).................................-11-

2.3.2儀表種類選用以及設(shè)計根據(jù).............................-12-

2.3.3測量注意事項..........................................-13-

2.3.4誤差分析..............................................-13-

第3章水位日勺測量.................................................-15-

3.1補水箱水位測量.............................................-15-

3.1.1檢測措施設(shè)計以及根據(jù).................................-15-

3.1.2儀表種類選用以及設(shè)計根據(jù).............................-15-

3.1.3測量注意事項..........................................-17-

3.1.4誤差分析..............................................-17-

第4章流量日勺測量.................................................-18-

4.1試驗管內(nèi)流體H勺流量測量....................................-18-

4.1.1檢測措施設(shè)計以及根據(jù).................................-18-

4.1.2儀表種類選用以及設(shè)計根據(jù).............................-18-

4.1.3測量注意事項..........................................-21-

4.1.4誤差分析..............................................-22-

第5章差壓日勺測量....................................

5.1試驗管出入口差壓...........................................-23-

5.1.1檢測措施設(shè)計以及根據(jù).................................-23-

5.1.2儀表種類選用以及設(shè)計根據(jù).............................-23-

5.1.3測量注意事項..........................................-26-

5.1.4誤差分析..............................................-26-

第6章總結(jié)及心得體會.............................................-27-

參照文獻..........................................................-28-

思維能力、動手能力、工程創(chuàng)新能力和承受挫折能力都得到綜合提高。以增強就

業(yè)競爭力和工作適應(yīng)力。

本設(shè)計題目以多功能動態(tài)試驗裝置為對象，規(guī)定綜合此前所學知識，參照有

關(guān)文獻資料，完畢此試驗裝置所需檢測參數(shù)的檢測。設(shè)計檢測方案，包括檢測措

施、儀表種類選用以及需要注意事項，并分析誤差產(chǎn)生的原因等等。

1.2總試驗裝置以及設(shè)計原理

1.2.1試驗裝置簡介

如圖1所示日勺試驗裝置是東北電力大學節(jié)能與測控研究中心楊善讓專家為

首日勺課題組基于測量新技術(shù)一軟測量技術(shù)開發(fā)的多功能試驗裝置?；诒驹囼炑b

置，先后完畢國家、東北電力企業(yè)、省、市多項科研項目并獲獎，鑒定結(jié)論為國

際領(lǐng)先。目前承擔國家自然科學基金、973項目部分試驗工作。

圖1/多功能動態(tài)模擬試驗裝置外形圖

本試驗裝置H勺模擬換熱器是由恒溫水浴作為熱源加熱試驗管段（約2m）,水

浴溫度由溫控器、電加熱管以及保溫箱體構(gòu)成。水浴中平行放置兩試驗管，獨自

擁有補水箱和集水箱，構(gòu)成兩套獨立的試驗系統(tǒng)?？梢宰銎叫袠釉囼灪蛯Ρ仍囼?。

為獲取水處理藥劑歐I效果、強化換熱管日勺污垢特性、污垢狀態(tài)下強化管日勺換熱效

果等等，管內(nèi)流體一般為人工配制日勺易結(jié)垢日勺高硬度水或是具有固體微粒等致垢

物質(zhì)。

圖1-2試驗裝置流程圖

1?恒溫槽體；2-試驗管段；3-試驗管入口壓力；4-管段人口溫度測點；5.管壁溫度測點；6-

管段出I」溫度測點；7-試驗管出LI壓力；8-流最測量；9-集水箱；10-循環(huán)水泵；II-補水箱;

12-電加熱管

設(shè)備的主體是由兩根管構(gòu)成H勺管式換熱器。這兩根管是可以拆裝的，它們都

可以作為試驗管,如對于單純監(jiān)測水質(zhì)污垢熱阻來說，則兩根試驗管可同步進行

兩種水質(zhì)或不一樣工況日勺污垢熱阻檢測。也可以將其中一根作為試驗管，另一根

作原則比較管，以便比較水處理措施的效果。管內(nèi)工質(zhì)為欲模擬的實際換熱器的

冷卻水或據(jù)其重要成分派制口勺工藝流體。管外是由電加熱器和溫度調(diào)整器構(gòu)成的

可調(diào)溫度的恒溫水浴。試驗管段安裝有壁溫、出入口介質(zhì)溫度、試驗段流動壓降

等測點所有測量信號經(jīng)由傳播電纜通過數(shù)據(jù)采集落送入計算機，實現(xiàn)了污垢熱

阻日勺在線自動監(jiān)測。

1.2.2設(shè)計原理

面對沉積物日勺監(jiān)測手段分別有：熱學法和非傳熱量日勺污垢監(jiān)測法。熱學法中

又可分為熱阻表達法和溫差表達法兩種；非傳熱量日勺污垢監(jiān)測法又有直接稱重

法、厚度測量法、壓降測量法、放射性技術(shù)、時間推移電影法、顯微攝影法、電

解法和化學法。這些監(jiān)測措施中，對換熱設(shè)備而言，最直接并且與換熱設(shè)備性能

能聯(lián)絡(luò)最親密的莫過于熱學法中H勺污垢熱阻法。

表達換熱面上污垢沉積量的特性參數(shù)有：單位面積上口勺污垢沉積質(zhì)量m,污

垢層平均厚度6和污垢熱阻Ro這三者之間口勺關(guān)系由下式表達：

(M)

圖1-3潔凈和有污垢時的J溫度分布及熱阻

測量污垢熱阻的一般原理如下:

設(shè)傳熱過程是在熱流密度q為常數(shù)狀況下進行的，圖1-3(a)為換熱面兩側(cè)

處在清潔狀態(tài)下的溫度分布，其總的傳熱熱阻為：

1/4=&+4+&,

(1-2)

圖1-3(b)為兩側(cè)有污垢時的I溫度分布，其總傳熱熱阻為

1/Ur=R],+R/]+Rw+R/2+&/(1-3)

假如假定換熱面上污垢的積聚對壁面與流體的對流傳熱系數(shù)影響不大，則可認為

于是從式(1-3)減去式(1-2)得

Rti+Rf?=-----—

''U…(1.4)

式(1-4)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)的測量

而間接測量出來。試驗研究或?qū)嶋H生產(chǎn)則常常規(guī)定測量局部污垢熱阻，這可通過

測量所規(guī)定部位H勺壁溫表達。為明時起見，假定換熱面只有一側(cè)有污垢存在，則

有：

\/Uc=R\c+Rw+R?c=U\,c-Tb)/q(1_5)

UUf=%+R"Rr+R”=((ij-今)/4(卜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

R產(chǎn)Fp—TQ/q(1.7)

這樣，換熱面有垢一側(cè)的污垢熱阻可以通過測量清潔狀態(tài)和污染狀態(tài)下日勺壁

溫和熱流面被間接測量出來。

1.3檢測和控制日勺重要參數(shù)

1、溫度：包括試驗管流體進口(20?40℃)、出口溫度(20-80℃)、試驗管

壁溫(2()?8()C)以及水浴溫度(20-80℃)；

2、水位：補水箱上位安裝，距地面2m,其水位規(guī)定測量并控制，以適應(yīng)不

一樣流速歐I需要，水位變動范圍2()0mm?5()0mm；

3、流量：試驗管內(nèi)流體流量需要測量，管徑中25mm,流量范圍0.5?4m3/h；

4、差壓：由于結(jié)垢導致管內(nèi)流動阻力增大，需要測量流動壓降，范圍為

0?50mm水柱。

第2章溫度的測量

2.1試驗管進出口溫度的測量

試驗管流體進口（20~40℃）、出口溫度（20?80℃）<>

2.1.1檢測措施設(shè)計以及根據(jù)

溫度的測量有接觸式和非接觸式，由上述試驗裝置可知，試驗裝置口勺進出口

管直徑較小，為①25mm,故不適宜使用體積較大的溫度計，否則會增長流動阻力

影響流速，并且所選的測溫元件日勺基本規(guī)定是構(gòu)造簡樸、以便、體積小、敏捷度

高。而常用接觸式日勺有膨脹式溫度計、熱電阻和熱電偶，由于膨脹式溫度計精度

雖高但此試驗裝置存在水浴加熱日勺過程，使用時毛細現(xiàn)象很輕易導致附加誤差；

加之熱電阻測溫范圍為-200?800℃,熱電偶為-200?2300C,低溫測量時熱電阻

溫度計精度比熱電偶溫度計要高。因此綜合上述各方面日勺考慮，本次設(shè)計擬采用

熱電阻溫度計。

熱電阻溫度計的重要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。它是運用金屬導體或金

屬氧化物半導體做被測溫質(zhì)，運用導體或半導體的阻值隨溫度變化這一現(xiàn)象測量

溫度。因此，只要測量出感溫熱電阻時阻值變化，就可以測量出溫度。

2.1.2儀表選擇以及根據(jù)

出入口流體溫度測量選擇Pt100熱電阻

(1)測量措施選擇：運用PUOO熱電阻測量進出口溫度；

(2)測量根據(jù)：熱電阻溫度計日勺重要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。它是

運用金屬導體或金屬氧化物半導體做被測溫質(zhì)，運用導體或半導體H勺阻值隨溫度

變化這一現(xiàn)象測量溫度。因此，只要測量出感溫熱電阻的阻值變化，就可以測量

出溫度。

(3)儀表選擇：常用熱電阻有銅熱和鉗熱電阻，但銅熱電阻電阻率低，體

積大,熱響應(yīng)慢，因此選用伯熱，而的熱有PU0和PU00,后者用于650度如下

溫區(qū)，因此采用PtlOO熱電阻。此外，PH00溫度傳感器還具有抗震動、穩(wěn)定性好、

耐高壓等長處。PtlOO溫度傳感器是PtlOO熱電阻，伴隨溫度日勺變化而變化。在零

攝氏度時時電阻為100Q;在100C時,阻值為138.5C。

圖2-1Pl100熱電阻

(4)產(chǎn)品參數(shù)

廠家：陜西天康智能儀表企業(yè)

型號：WZP2

分度號：PT100

最小置入深度:N200mm

測溫范圍：-200~500℃

精度等級：A級

容許偏差：土(0.15+0.002|t|)℃

熱電阻采用三線制接法。采用三線制是為了消除連接導線電阻引起日勺測量誤

差。這是由于測量熱電阻的電路一般是不平衡電橋。熱電阻作為電橋的一種橋臂

電阻，其連接導線(從熱電阻到中控室)也成為橋臂電阻的一部分，這一部分電

阻是未知的且隨環(huán)境溫度變化，導致測量誤差。采用三線制，將導線一根接到電

橋的電源端，其他兩根分別接到熱電阻所在口勺橋臂及與其相鄰的橋臂上，這樣消

除了導線線路電阻帶來日勺測量誤差。

圖2-2熱電阻三線制接法

2.1.3測量注意事項

(1)熱電阻溫度計測量試驗管進、出口溫度時應(yīng)注意接線方式，由于引線

有長短和粗細之分，也有材質(zhì)的I不一樣，此外引線在不一樣環(huán)境下電阻值也會發(fā)

生變化，為了防止連線電阻對測溫日勺影響，在使用時熱電阻需采用三線制的連接

方式;

(2)熱電阻和顯示儀表的分度號必須一致。

2.1.4誤差分析

（1）分度誤差，該誤差取決于材料純度和加工工藝。

（2）通電發(fā)熱誤差，由于電阻通電后會產(chǎn)生自升溫現(xiàn)象，從而帶來測量誤

差。該誤差無法消除，但可用規(guī)定最大電流＜6〃晶。

（3）線路電阻不一樣或變化引入日勺測量誤差，可通過串聯(lián)電位器調(diào)整，此

外規(guī)定三線、四線接線措施也可以減小誤差。

2.2水浴溫度日勺測量

該試驗裝置日勺模擬換熱器是由恒溫水浴作為熱源加熱試驗管段（約2m）,水

浴溫度由溫控器、電加熱管以及保溫箱體構(gòu)成，模擬換熱器中恒溫水浴日勺溫度為

20?80℃o

2.2.1檢測措施設(shè)計以及根據(jù)

由試驗裝置規(guī)定分析，水槽內(nèi)水浴溫度是一種存在一定變化H勺物理量，而水

浴溫度又通過溫控器來實時監(jiān)控從而到達恒溫。因此，測溫儀表規(guī)定較高的敏捷

性和精確度。另一方面，水浴溫度的變化范圍在20?80℃之間，屬于低溫測量。

綜合以上規(guī)定，本次設(shè)計擬選用電接點溫度計。

2.2.2儀表種類選用以及設(shè)計根據(jù)

選擇電接點溫度計

（1）測量措施：運用電接點溫度計測量水浴溫度。

（2）選用根據(jù)：在感溫包附近引一-條導線，溫度刻度處再引一導線，當溫

度上升到某刻度時，水銀柱就把外電路接通，反之溫度降到該刻度如下，又把外

電路斷開，這樣循環(huán)往復，使恒溫水槽控制在一種微小變化的范圍，既可以提供

溫度指示又能發(fā)出通斷H勺控制信號。

圖2-3電接點溫度計

（3）產(chǎn)品參數(shù)

廠家：安徽天康智能儀表企業(yè)

產(chǎn)品執(zhí)行原則：JB/T8803-1998/GB3836-83

型號：WSSX-481W

標度盤公稱直徑：100mm

測溫范圍：-20℃-+300℃

精度等級：1.()、1.5

熱響應(yīng)時間：W40s

防護等級：IP55

正常工作大氣條件：溫度-25-+55C,相對濕度085%。

設(shè)定點誤差：不超過基本誤差限H勺1.5倍。

切換差:不超過基本誤差限H勺1.5倍。

2.2.3測量注意事項

（1）與水銀接觸口勺導線必須不被水銀腐蝕，并且不沾附水銀。

（2）通過電接點水銀溫度計日勺信號必須是低電壓小電流。

（3）測量時從感溫包附近和從和螺母軸端引出的導線會被水腐蝕，并且破

碎后水銀會污染環(huán)境。

2.2.4誤差分析

（1）分度誤差。該誤差取決于材料純度和加工工藝。

（2）當水銀柱與細導線接觸后，假如溫度還繼續(xù)上升，水銀將在管壁與細

導線的縫隙中升高，變化了玻璃管的橫截面積，溫度指示值就不精確了。

（3）測量儀表由于內(nèi)部傳動機構(gòu)H勺間隙和摩擦阻力，使測量成果產(chǎn)生回差。

2.3管壁溫度日勺測量

試驗管道在恒溫水槽中，通過與水槽中的水進行熱互換傳熱，壁溫范圍

20?80℃<>

2.3.1檢測措施設(shè)計以及根據(jù)

由測量情形可知管壁溫度用一般的熱電偶和熱申阻都不易測量，測溫環(huán)境

規(guī)定測溫儀器可以附著在管壁表面，并且得具有能彎曲、便于安裝、熱響應(yīng)時間

快、穩(wěn)定性和復現(xiàn)性好、體積不能太大等規(guī)定，要在測溫點將水浴與管壁分開，

面積又不能太大，否則影響換熱。接觸式測溫中熱電阻和熱電偶比較適合，但熱

電阻不易安裝，因此木次設(shè)計擬選擇熱電偶。

2.3.2儀表種類選用以及設(shè)計根據(jù)

選擇K型鎧裝熱電偶

（1）測量措施選擇：運用k型鎧裝熱電偶測試驗管壁溫度。

圖2-4k型鎧裝熱電i禺

（2）儀表選用根據(jù)及特點：用熱電偶測量壁溫，根據(jù)中間導體定律使采用

儀表測量熱電偶日勺熱電動勢成為也許，也使采用熱電偶開路測量金屬壁溫、液態(tài)

金屬等測量成為也許，k型熱電偶是目前用量最大的廉價金屬熱電偶，并且線性

度好，穩(wěn)定性和復現(xiàn)性好，它具有能彎曲、便于安裝、耐高溫、熱響應(yīng)時間快、

體積小等長處；可以安裝在狹窄或構(gòu)造復雜日勺測量場所；它可以直接測量多種生

產(chǎn)過程中從-20?100℃范圍內(nèi)的液體、蒸汽和氣體介質(zhì)以及固體表面口勺溫度。

(3)產(chǎn)品參數(shù)

廠家：北京圣瑞科儀表企業(yè)

型號：WRNK-436

測溫范圍：?200?+500C

精度等級：±0.3℃

測量端形式：單支

接線方式：3線制

過程連接：M12X1.5M16X1.5

測量范圍：-2()?15()℃

接線盒材質(zhì)：鑄鋁合金不銹鋼

防護等級：IP65

2.3.3測量注意事項

(1)熱電偶日勺熱電動勢是熱電偶工作端的兩端溫度函數(shù)的差，而不是熱電

偶冷端與工作端兩端溫度差日勺函數(shù)。

(2)在使用中，賠償導線應(yīng)具有與所匹配H勺熱電偶的熱電動勢稱值相似的

特性；并且賠償導線與熱電偶正負極性不能接錯，賠償導線與熱電偶接點溫度也

必須相似。

2.3.4誤差分析

(1)熱電偶測溫屬于接觸測溫法，傳感器要與被測對象接觸，并與周圍環(huán)

境有傳熱關(guān)系，因此傳感器與被測對象不可防止存在傳熱誤差，并凡不能通過提

高傳感冷日勺精確度使其減小，另一方面尚有水浴影響和熱電偶冷端產(chǎn)生日勺誤差

等。

(2)電阻絲與引線接點處構(gòu)成熱電偶，若接點處溫度不一樣將產(chǎn)生附加電

動勢。

(3)由于材料的純度和加工工藝也許引起分度誤差。

第3章水位的測量

3.1補水箱水位的測量

補水箱是上位安裝,距地面2米，需要檢測其水位，水位變動范圍是200mm?

500mm,并且在不一樣流速時，用循環(huán)水泵來控制水位。

3.1.1檢測措施設(shè)計以及根據(jù)

水位屬于液位測量，而常用口勺液位測量有靜壓法液位測量，但僅合用丁?敞口

容器以及無雜質(zhì)，低粘度的液體，浮子式液位計雖然它構(gòu)造簡樸，工作可靠，測

量范圍較大，但由于試驗流體為易結(jié)垢的高硬度水，浮子也會受到腐蝕，導致浮

子所受浮力發(fā)生變化，影響測量成果。此外，浮子上承受的力除重錘日勺重力外，

尚有繩索自身的重力，以及繩與滑輪之間的摩擦力等，也會帶來測量誤差5電容

式日勺液位測量合適水分含量恒定不變的物位測量并且此試驗中若具有污垢口勺導

電液粘附在電極上會導致虛假水位，此處規(guī)定對循環(huán)水泵進行控制，因此本次設(shè)

計擬選擇電接點式水位計。

3.1.2儀表型號選擇以及根據(jù)

選擇電接點水位計

（1）措施選擇：運用電接點水位計測量補水箱的水位。

（2）選用根據(jù)：電接點水位計是運用汽、水介質(zhì)FI勺導電率存在極大差異的

性質(zhì)來測量水位日勺，它由水位傳感器和顯示部分陶成,

水位傳感器就是一種帶有若干個電接點日勺水位測量筒。電接點日勺絕緣子可以

使電極與測量筒日勺筒壁絕緣，筒壁為公共電極。水位到達某一電極處，接通它與

公共電極之間形成的電接點，交流電流過顯示燈亮。因此，水位的高下就決定了

電接點浸入水中數(shù)量的多少，由顯示燈點亮日勺數(shù)量就可以懂得水位的高下。對水

位的控制可以通過A/D轉(zhuǎn)換后通過單片機編程實現(xiàn)控制功能。

（3）產(chǎn)品參數(shù)

廠家：江蘇博儀自動化儀表企業(yè)

價格：500元

測量范圍：100?1000mm

測量點數(shù)：最大為19個點

工作壓力：0.6?22.5Mpa

工作溫度：-80?400℃

制式：二線制與多線制。

精度：2mm

工作電壓：5V、220V

指示方式：雙色指示，有水位為綠色，無液位為紅色

報警指示：上限定值對應(yīng)綠燈閃爍；下限對應(yīng)紅燈閃爍。

報警值：有上限下限，液位有效控制，顧客報警可任意組合。

輸出觸點規(guī)格:220V,2A

圖3-1電接點水位計

3.1.3測量注意事項

（1）在溫度劇變時要防止電泄露，且保證電接點與筒壁有很好的絕緣。

（2）使用過程中應(yīng)定期進行清洗，清除筒體內(nèi)的污垢雜質(zhì)。

（3）為保證測量筒內(nèi)有很好的水質(zhì)，必須保證測量筒有一定的散熱性，否

則會導致回流流量增大，在測量筒和與試驗箱的連接管道中產(chǎn)生差壓，形成測量

誤差。

3.1.4誤差分析

（1）由于電級是以一定間距安裝日勺，這就決定了測量存在的固定誤差。

（2）由于水位測量筒的散熱導致冷卻誤差，使回流流量增大，在測量筒和

與試驗箱的連接管道中產(chǎn)生差壓，形成測量誤差。

第4章流量的測量

4.1試驗管內(nèi)流體日勺流量測量

試驗管內(nèi)流體口勺流量需要測量，且管徑為①25mm,流量范圍0.5?4m3/h。

4.1.1檢測措施設(shè)計以及根據(jù)

目前常用的流量測量措施有四類，一是差壓式口勺，例如說節(jié)流式的孔板，噴

嘴，但考慮到試驗管段管徑只有25mm,空間很小，幾乎很難再在管中放置大的

節(jié)流件，這樣會導致壓力損失，使流速減小，從而影響流量測量，因此節(jié)流件時

臨時不考慮，常用日勺電磁流量計由于這次是人工配制的易結(jié)垢的高硬度水或是具

有固體微粒等致垢物質(zhì)，其導電率變化較大，不固定，因此不適宜采用電磁式流

量計。而浮子式一般只用于測量常溫常壓下透明介質(zhì)，并且浮子上下移動不穩(wěn)定

帶來測量誤差，渦街雖然測量不受流體參數(shù)變化H勺影響，但對于高粘度，低流速,

小口徑口勺狀況受限制。渦輪成本高，有可動部件，存在磨損問題。超聲波流量計

雖然不會產(chǎn)生阻力且不會變化流體流動狀態(tài)，但一般用于難于觀測口勺大口徑的狀

況。因此綜上所述，選擇本次設(shè)計擬使用靶式流量計。

4.1.2儀表種類及根據(jù)

選擇靶式流量計

(1)測量措施選擇：運用靶式流量計測量試驗管里的流量。

（2）儀表選用根據(jù)：首先由于管徑小，流速較低，而它日勺特點是合用于低

速測量，測量小流量時對外界的震動干擾不敏感；耐高溫，可測量高溫介質(zhì)；測

量精度高，反復性好，精度可達千分之二；在大部分狀況下，可以測量高粘度的

流體，對流體的粘度變化不敏感不會由于流體產(chǎn)生的氣旋現(xiàn)象影響計量精度；不

怕管道雜質(zhì)影響，不怕堵塞；壓力損失較小，只有老式孔板日勺六分之一，不大于

渦街，節(jié)能效果明顯。

（3）儀表工作原理：靶式流量計由靶式流量變送器和顯示儀表兩部分構(gòu)成,

在流體通過口勺管道中，垂直于流動方向設(shè)置一圓形靶子作為節(jié)流件，靶子與管壁

之間形成環(huán)形流通截面，故又把靶子稱為環(huán)形孔板。流體通過時由于受阻必然要

沖擊圓盤形日勺靶，靶上所受日勺作用力與流速之間存在一定的關(guān)系。因此通過力矩

轉(zhuǎn)換時方式測出靶上所受的作用力或動壓，便可求出流速和流量。

圖4/靶式流量計工作原理圖

F=&pu2A/2(4-1)

A=7rd2/4(4-2)

式中D-—管道內(nèi)徑；。一流量系數(shù)；〃-一靶徑比

(4-3)

(4-4)

式中F-—靶受到流體的阻力；自一阻力系數(shù)；A-—靶口勺迎流面積；d-—靶直徑；”一靶和管

壁間環(huán)面積中H勺平均流速：p-一介質(zhì)密度

（4）儀表特點：整臺儀表在設(shè)計中無可動部件、雙層夾層構(gòu)造，保溫效果

好；可選用多種防腐及耐高下溫材質(zhì)（如哈氏合金，鈦等）；整機可做成全密封

無死角（焊接形式），無任何泄漏點，可耐42MPa高壓；儀表內(nèi)設(shè)自檢程序，故

障現(xiàn)象一目了然；傳感器不與被測介質(zhì)接觸，不存在零部件磨損，使用安全可靠；

可就地采用干式標定措施，即采用祛碼掛重法。單鍵操作可完畢標定；具有多種

安裝方式供選擇，如選擇在線插入式，安裝費用低；能精確測量高溫500度工況

下的氣體、液體流量；計量精確，精度可到達1.0%;反復性好，一般為005?0.08%,

測量迅速；壓力損失小，僅為原則孔板日勺l/2ZkP左右；抗干擾，抗雜質(zhì)能力特強。

（5）產(chǎn)品參數(shù):

口徑：DN15?DN500mm

公稱壓力：0.6?42MPa

工況溫度：+80℃-500℃

精度：±1.0?±2.5%FS

量程比：1：5

殼體：304不銹鋼

供電方式：內(nèi)置3.6VDC鋰電池；外供24VDC

輸出信號:4?20mA二線制；脈沖0?1000HZ；

防護等級：IP65；IP67

防爆標志：本安型ExiallCT4；隔爆型ExdllCT4

表頭顯示：累積流量；瞬時流量；工況溫度；工況壓力

圖4-2靶式流量H

4.1.3測量注意事項

⑴對同一介質(zhì)來說,在不一樣溫度和壓力條件下，密度也會變化，因此在流

量計量時,必須對介質(zhì)日勺密度進行賠償。

(2)靶日勺兒何尺寸、形狀、構(gòu)造、管道內(nèi)徑、直徑比、被測介質(zhì)性質(zhì)有關(guān),

當流體H勺雷諾數(shù)到達一定數(shù)值時，阻力系數(shù)不隨雷諾數(shù)變化。

4.1.4誤差分析

(1)由上述公式可知，流量與流體的I密度有關(guān)，但此試驗裝置是對污垢進行

監(jiān)測，流體密度會受污垢影響，導致測量誤差。

(2)由于靶受到H勺力包括了流體粘滯性所產(chǎn)生的摩擦力，并且本次的流體流

量較小，不能忽視，因此使測得口勺流速偏小。

第5章差壓的測量

5.1試驗管出入口差壓

由于結(jié)垢導致管內(nèi)流動阻力增大，需要測量流動壓降，范圍為。?50mm水柱。

5.1.1檢測措施設(shè)計以及根據(jù)

常用的壓力測量措施有液柱式壓力計，但此措施中由于這次試驗裝置存在

水浴加熱過程，很輕易引起管內(nèi)毛細現(xiàn)象日勺變化，產(chǎn)生測量誤差，因此此措施不

適宜。彈簧管壓力計一般又不用于測差壓；壓阻式壓力計由于其中日勺應(yīng)變片也輕

易受測量環(huán)境的影響，使阻值發(fā)生變化，并且彈怛元件與應(yīng)變片的線膨脹系數(shù)很

難完全一致，從而存在測量誤差；而電容式差壓傳感器在使用時存在的寄生電容

(引線電容及儀器中各元件與極板間的電容等)、鐵損等原因。因此綜上分析，我

打算采用壓電式壓力傳感器。

5.1.2儀表種類選用以及設(shè)計根據(jù)

選擇壓電式壓力計

(1)測量措施選擇：運用壓電式壓力計測量試驗管出入口差壓。

(2)儀表選用根據(jù)：由于這次試驗裝置的管徑中25mm,屬于小管徑歐J范圍，

壓電式壓力傳感器體積小，不會對試驗裝置導致太大附加壓力，并且該壓力計體

積小，構(gòu)造簡樸，工作可靠，更換壓電元件可以變化壓力的測量范圍，加之在配

用電荷放大那時，可以將多種壓電元件并聯(lián)來提高傳感器的敏捷度，測量范圍變

寬，并且精度也比較高，頻率響應(yīng)好，是動態(tài)壓力檢測中常用的傳感器。

(3)儀表工作原理：對于某些電介質(zhì)物體，在沿一定方向?qū)ζ涫┘訅毫?/p>

拉力而使之變形時，其內(nèi)部會產(chǎn)生極化現(xiàn)象，使物體的兩個表面產(chǎn)生符號相反的

電荷，當外力去掉后，它又恢復到不帶電狀態(tài)，物體產(chǎn)生的電荷量與外力大小成

正比，這種現(xiàn)象成為壓電效應(yīng)，壓電式壓力傳感器就是運用壓電材料的壓電效應(yīng)

將被測壓力轉(zhuǎn)為電信號。

圖5-1壓電式壓力計原理圖

壓電元件夾于兩個彈性膜片之間，壓電元件日勺一種側(cè)面與膜片接觸并接地，

另一側(cè)面通過引線將電荷量引出。被測壓力均勻作用在膜片上，使壓電元件受力

而產(chǎn)生電荷。電荷量用放大器放大，轉(zhuǎn)換為電壓或電流輸出。由壓電材料制成的

壓電元件受到壓力作用時產(chǎn)生的電荷量與作用力之間呈線性關(guān)系。

Q=kSp(5-1)

式(5-1)中Q--電荷量；k—壓電常數(shù)；S—作用面積；p—壓力

(4)儀表特點：體積小，構(gòu)造簡樸，工作可靠，測量范圍寬，可測lOOMPa

一下的壓力，測量精度較高，頻率響應(yīng)高，可達30kHz,是動態(tài)壓力檢測中常用

的傳感器。但由于壓電元件存在電荷泄露，故不合適測量緩慢變化日勺壓力和算態(tài)

壓力。

(5)產(chǎn)品參數(shù)

廠家：華威傳感器系統(tǒng)工程有限企業(yè)

價格：86元

重要技術(shù)指標:

下頁：表2壓電式壓力計重要技術(shù)指標

表5-1壓電式壓力計重