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1、设计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。实验装置简介如图所示的实验装置是东北电力大学节能与测控研究中心杨善让教授为首的课题组基于测量新技术软测量技术开发的多功能实验装置。图1多功能动态模拟实验装置外形图补水箱 模拟换热器热器 集水槽 监控系统 本实验装置的模拟换热器是有恒温水浴作为热源加热实验管段（约2米），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
2、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。125834679101112220V冷却水入口 出口口 口口 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-电加热管题目背景意义换热设备污垢的形成是一个有着能量、质量和动量传递的物理/化学过程，有时还伴有生物活动。污垢的存在给换热设备造成了巨大的经济损失，因此换热设备污垢的形成机制、监测和对策的研究成为节能技术的重要内容，也是传热界一直关注、亟待解决的主要问题之一。检
3、测方法及原理按对沉积物的监测手段分为：热学法和非传热量的污垢监测法。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。下面介绍污垢监测的热学法中的污垢热阻法呃原理。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f和污垢热阻Rf。这三者之间的关系由下式表示： (1)图3 清洁和有污垢时的温度分布及热阻壁（a）洁净 （b）污染 壁污垢沉积层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3a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： (3)图3b为两侧有污垢时的温度分布，其总传热热阻为 (4)
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。于是 ，从式(4-4)减去式(3)得： （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： （6） （7）若在结垢过程中，q、Tb均得持不变，且同样假定，则两式相减有： (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。该实验装置上，需要检测和控制的参数主要有：1 温度：包括试验管流体进口（20-40）、出口温度
5、（20-80）、实验管壁温（20-80）以及水浴温度（20-80）2 水位：补水箱尚未安装，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200mm500mm3 流量：实验管内流体流量需要测量，管径25mm，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050mm水柱仪器选取1.温度：包括实验管流体进口（2040）、出口温度（2080 ）、实验管壁温（20-80）以及水浴温度（20-80）WZ系列工业用热电阻作为温度测量传感器,通常与温度变送器,调节器以及显示仪表等配套使用,组成过程控制系统,用以直接测量或控制各种生产过程中-2
6、00-500范围内的液体,蒸汽和气体介质以及固体表面的温度。热电阻是利用物质在温度变化时本身电阻也随着发生变化的特性来测量温度的.当被测介体中有温度剃度存在时,所测的温度是感温元件所在范围介质中的平均温度。尽管各种热电阻的外形差异很大,但是它们的基本结构却大致相似,一般有感温元件,绝缘套管,保护管,和接线盒等主要部分组成。测量温度及允许误差型号分度号测量范围精度等级允许误差WZPPt100-200+500A级（0.15+0.002）tB级（0.30+0.005）tWZCCu50 Cu100-50+100-（0.30+0.005）t误差分析1) 分度误差。该误差取决于材料纯度和加工工艺。2) 通
7、电发热误差。由于电阻通电后会产生自升温现象，从而带来测量误差。该误差无法消除，但可规定最大电流6mA，传热条件好来尽可能减小。3) 线路电阻不同或变化引入的测量误差。可通过串联电位调整，此外规定三线、四线界限方法等也能减小误差。4) 附加热电动势。电阻丝与引线接点处构成热电偶，若节点温度不同将产生附加热电动势，对于测量回路可能产生影响。可通过接点靠近，同温等办法减小或消除。2.水位：补水箱尚未安装，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200mm500mm选择浮球液位计中DFYK型浮球液位控制器。DFYK型浮球液位控制器，适用于各种水池、水塔的液位控制，且特别适用
8、于含有固体或半固体漂浮物的液体,及带粘性的污水水位自动控制与报警。 图4 浮球液位计结构图液位在下限时，浮球呈正置状态在水面上，浮球内的动锤脱离干簧管与磁环的区域，干簧管保持原有的一对触点断开，一对触点闭合的状态。当液位上升到上限时浮球翻转倒置，动锤落到磁环干簧管吸合区，使磁路闭合，输出触点状态迅速转换，即常闭触点断开，常开触点闭合，则使得与之关联的二次控制回路向水泵发出“开”、“关”的指令，从而达到控制液位的目的。图5 上升过程 下降过程技术指标：变送器总长：6000mm 测量范围：H5500mm 变送器准确度：2.5% 变送器电源：24VDC (420mA两线制) 输出负载：0500 接线
9、盒外壳防护：IP65 测量介质温度：常温（-2080）误差分析1) 浮球上承受的力除自身重力之外，还有绳索的本身的重力。绳索运动方向改变，使浮球的吃水线相对于浮球上下，带来测量误差。2) 绳索的材质也会对测量结果产生影响，比如环境温度和湿度可能引起绳索的长度改变，会使测量产生误差。3.流量测量：管径25mm，流量范围0.5 4m3/h我选用的是靶式流量计。靶式流量计于六十年代开始应用于工业流量测量，主要用于解决高粘度、低雷诺数流体的流量测量，先后经历了气动表和电动表两大发展阶段，SBL系列智能靶式流量计是在原有应变片式靶式流量计测量原理的基础上 ，采用了最新型电容力传感器作为测量和敏感传递元件
10、，同时利用了现代数字智能处理技术而研制的一种新式流量计量仪表。 靶式流量计原理图当介质在测量管中流动时，因其自身的动能与靶板产生压差，而产生对靶板的作用力，使靶板产生微量的位移，其作用力的大小与介质流速的平方成正比，其数学公式： F = CdAV2/2F:靶板所受的作用力 Cd：流体阻力系数 A：靶板对测量管轴向投影面积 ：工况下介质密度 V：介质在测量管中的特征流速 靶板所受的作用力，经靶杆传递使传感器的弹性体产生微量变化，经过电路转换，输出相应的电信号。 SBL-靶式流量计：2008年气体、液体升级板的特点： 无可动部件，准确度高；0.2%；0.5%；1.0% 重复性好：0.03-0.06
11、%；则量快速； 压损小仅孔板的1/2P左右； 流量范围宽：30：1；20：1；10：1； 测最小液体流量：0。015M3/H；始动流量0。01M3/H； 测最小气体流量：0。2M3/H；始动流量0。05M3/H； 温度：-196700： 工况压力：0-42MP； 公称口径：在线可折装式：1004000MM（无需断流，直接在线停休拆卸) 插入式：804000MM 夹装式：15600MM 法兰式：15300MM 螺纹式：650MM 输出形式；4-20MA、RS485/RS232脉冲、0-10V、哈特协议，无纸记录仪；远程抄表；卫星定位等； 防护等级：IP65；IP57； 防爆等级：本安型Exial
12、lCT4；隔爆型ExdllCT4； 执行标准：Q/QZRX001-2007； 抗振、抗电磁干扰好。 即可干式标定，又可砝码挂重法工。安装简单方便、极易维护。 气体带腐蚀、结垢、粘稠、润滑油、排污都能适用。 介质：液体带腐蚀、沥青、重油、渣油、树脂、牛油、硫酸、硝酸、化学剂、甲醇、多精硅、添加剂、聚丙烯等等。采用电容式力传感器的是该新型产品真正实现高精度、高稳定性的关键核心，彻底改变了原有应变式靶式流量计温漂大 ，抗过载(冲击)能力差，存在静态密封点等种种限制，不但发挥了靶式流量计原有的技术优势，同时又具有与容积式流量计相媲美的测量准确度，加之其特有的抗干扰、抗杂质性能，除能替代常规流量所能测量
13、的流量计量问题，尤其在小流量、高粘度、易凝易堵、高低温、强腐蚀、强震动等流量计量困难的工况中具有很好的适应性。目前已广泛应用于冶金、石油、化工、能源、食品、环保等各个领域的流量测量。 误差分析：（1）靶的几何形状影响，不同的几何形状有不同的阻力。（2）轴线成旋靶与测量导管不同心度影响。在靶板装配时,靶板相对于测量导管的转对称。靶装配上下偏心,将影响流量系数。当靶向上偏心时由于测量力矩减小,使得流量系数增大;当靶向下偏心时,其测量力矩增加,使得流量系数减小。当靶左右偏心时,由于不会造成测量力矩的改变,所以对流量系数没有影响。流体黏滞性产生的摩擦力（3） 流量计前直管段长度和管道内径的影响流量计前
14、直管段的管道内径与靶式流量计的测量导管的内径如果不一致时,将对流量系数带来影响。当直管段的管道内径小于测量导管的内径时,流量系数将会下降。为减小管道内径不一致的影响,可以增加直管段的长度或进行适当修正,直管段适当加长,流量系数就下降较少。4.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050mm水柱选用压阻式压力变送器测量进出口差压。扩散硅压力变送器是以压阻式压力传感器为检测元件的一种压力检测仪表。它的工作原理是基于半导体材料（单晶硅）的压阻效应，通过测量阻值的变化对应压力的变化。ZR208、308系列扩散硅压力变送器具有工作可靠、性能稳定、安装使用方便、体积小、重量轻、性能价
15、格比高等点，能在各种正负压力测量中得到广泛应用。扩散硅压力变送器采用进口扩散硅或陶瓷芯体作为压力检测元件，传感器信号经高性能电子放大器转换成0-10mA或4-20mA统一输出信号。技术指标 精度等级：0.25级基本误差0.25% 非线性误差：0.3级0.3%FS 滞后误差：0.3%FS 输出特性： 0-10mA输出，负载电阻0-15K 4-20mA输出，负载电阻0-600 恒流输出内阻大于10M 二线制4-20mA输出：标准供电DC24V 防爆标志：（RPT-）：Exia CT4-6误差分析1) 任何一种应变片当测量的环境温度发生变化是，其阻值都会因温度的变化而发生变化；2) 由于弹性元件与应变片的线膨胀系数很难完全一致，但它们又是相互粘在一起的，所以温度发生变化时就会出现附加的应变，从而在成测量误差。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.33.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目录设计目的1实验装置简介1题目背景意义2检测方法及原理2仪器选取41.温度42.水位：43.流量测量：64.差压：7参考文献8
