化工基础实验培训课件(ppt 69页).ppt

1、第4章 化工实验参数测量方法,4.1测量技术基础知识,静态特性,动态特性,反映测量仪表对于随时间变化的输入量的响应特性,测量仪表在被测输入量的各个值处于稳定状态下的输出与输入之间的关系。主要考虑其非线性与随机变化等因素,1.精确度,仪表的最大允许误差,注： 是用标准表和该仪表对同一变量测量 时所得到的两个读数之差，这个差值在测量范围 内各点是不同的，最大的差值即是,评定工业测量仪表的指标,测量值接近真实值的准确程度,工业自动化仪表精度等级的划分,精度等级是把仪表的最大允许误差去掉“”和“”后的数值。上表中的值越小，表示仪表的精度越高；反之，数值越大，仪表的精度越低,精度,最大绝对误差| =1.

2、5%（4-0） =60kPa,例1 确定仪表精度等级,某台测温仪表的量程为600 1100，校验该仪表的最大绝对误差为4，试求该仪表的允许误差与精度等级,所以仪表的等级为1.0级,仪表的允许误差,某台测温仪表的量称为01000，工艺要求该仪表指示值的误差不超过7，应该选精度等级为多少的仪表才能满足要求,所以应该选用0.5级的仪表,例2 选择一定精度的仪表,根据工艺要求，仪表允许的误差为,2.线性度（非线性误差,表征线性刻度仪表输出量与输入量的实际标准曲线与理论直线的吻合程度，如图1所示,图1 非线性误差特性示意图,3.回差（又称变差,在外界条件不变的情况下，用同一仪表对被测量在仪表全部测量范围

3、内进行正反行程测量时，被测量值正、反行程所得到的两条特性曲线之间的最大偏差，如图2所示,灵敏度：用来表示仪表对被测参数变化的反应灵敏程 度，是指仪表达到稳态后，输出变化量与对 应输入变化量之比，即,4. 灵敏度与灵敏限,S: 仪表灵敏度 X：输入变化量 Y：输出变化量,灵敏限：指能引起仪表指针发生位移时所需被测参数 的最小变化量，一般规定，仪表的灵敏限数 值应不大于仪表允许测量误差绝对值的1/2,数字式仪表中，往往用分辨力来表示灵敏度的大小。数字式仪表的分辨力是指仪表在最小量程上最后一位数字所表示的物理量。 当灵敏度用它与量程的相对值表示时，便是分辨率。分辨率与仪表的有效数字有关,分辨力和分辨

4、率,5.重复性,6.阂值,重复性是衡量测量仪表在同一条件下，输入量按同一方向作全量程连续多次变化时，所得特性曲线间一致程度的指标。各条曲线越靠近，重复性越好,阂值是能使测量仪表输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零位附近的分辨力,漂移是指在一定时间间隔内，测量仪表输出与输入量无关的变化，包括零点漂移和灵敏度漂移，一般时间和周围温度环境可以引起漂移,8.漂移,7.稳定性,稳定性是指仪表在相当长的时间内保持其性能的能力,时间常数0 测量仪表输出值上升到稳态值yc的63.2%所需的时间,动态特性,4.2.1压力测量仪表分类 （按转换原理分） a.液柱式压力计 b.弹性式压力仪表 c.电气式压力

5、仪表 d.活塞式压力标准仪表,b.弹性式压力计 （1）弹性元件,4.2压力检测变送仪表,图4 弹性测压计元件的结构,弹性式压力仪表(实物图及内部结构,图5 弹性式压力表示意图,b.测量原理(以弹簧管式压力表为例,测量压力时，被测压力介质通过管接头进入弹簧 管的内腔内，从而使弹簧管的自由端产生位移，自 由端的位移放大后，指示出相应的压力,电气式压力计,组成,压力传感器的作用是把信号检测出来，并转换成电信号进行输出，当输出的电信号能够进一步转换为标准信号时，压力传感器又称为压力变送器。 电信号加工装置对传感器输出的电信号经适当加工处理,如衰减、放大、滤波、运算等。 输出仪表则是用表头显示，或用笔式

6、记录仪、打印机、屏幕显示等输出设备进行显示,霍尔片式压力传感器,霍尔效应 在半导体制成的霍尔片的Z轴方向加一磁场，在Y轴方向加一外电场。电子在霍尔片中运动时，由于受电磁力的作用，而使电子的运动轨道发生偏转，造成霍尔片的一个端面上有电子积累，另一端面上正电荷过剩，从而在X轴方向上出现电位差，该电位差称为霍尔电势，这种现象叫“霍尔效应,UH霍尔电势 B磁感应强度 I控制电流 RH霍尔常数，与霍尔片 材料、几何形状有关,霍尔电势一般为几十毫伏数量级（I为3-20mA，B约为几千高斯）； 导体也有霍尔效应，但远小于半导体,1-弹簧管；2-磁钢；3-霍尔片,将霍尔元件与弹簧管配合，就组成了霍尔片式弹簧管

7、压力传感器。 当被测压力引入后，在被测压力作用下，弹簧管自由端发生位移，因而改变了霍尔片在非均匀磁场中的位置，使所产生的霍尔电势与被测压力成比例,应变片式压力传感器,a.分类：有金属应变片式和半导体应变片式两类,4.2.2 压力传感器,c.特点： 被测压力可达25MPa； 固有频率在25000Hz以上，有较好的动态性能，适合测快速 变化的压力； 非线性及滞后误差小于额定压力的1,b.测压原理：电阻应变原理,1.压力表的选用 a.仪表类型的选用 显示方式的要求、被测介质的物理化学性质及现 场环境条件。 b.仪表量程的选用 根据工艺生产过程中操作压力变化的范围来考虑。 c.仪表精度等级选择 精度等

8、级是根据已选定仪表的量程和工艺生产上 所允许的最大测量误差，求最大允许误差来确定的,4.2.4 压力表的选用与安装,2.压力表的安装,a.测量点的选择 选在被测介质直线流动的直管段部分。 测压点应与流动方向垂直，测压管端面与生产设备连接处的内壁保持相平，不应有凸出物和毛刺等。 测量液体压力时，取压点应在管道下部，使导压管内不积存空气；测量气体压力时，取压点应在管道上方，使导压管内不积存液体,图6 流体管道的取压口 （a）液体管道；（b）气体管道,b.导压管的选择安装,导压管的粗细长短合适； 根据被测介质易冷凝或是冷冻时，必须加保温伴热管线； 压口和压力表之间应加截断阀门； 导压管水平安装时要有

9、一定斜度,c.压力表的安装,安装在易于维修和观察的地方； 应力求避免振动和高温等的不利影响； 安装高度应与取压点相同或相近，否则 会产生测量误差。表压P = P+Hg,测量蒸汽压时，应加装盘形管，以防高温蒸汽与被测元 件直接接触； 对于腐蚀性介质，要加隔离罐； 在压力表和导压管的连接处应加装密封衬片，防止泄漏； 放空阀、切断阀、平衡阀的使用,图9 隔离器的结构形式图,分类,4.3 流量检测变送仪表,差压式流量计,a.原理,利用流体流经节流装置产生的压力差而实现流量测量,b.组成,由节流装置和差压计及显示仪表组成。节流装置包括节流元件和取压装置，有孔板、喷嘴、文丘里管等,孔板式流量计,动能与静压

10、能的转化 压力分布 速度分布,图10 孔板装置、压力分布及速度分布图,a. 流量基本方程,流量系数 膨胀校正系数 F0开孔截面积 P节流装置前后压力差 流体密度,与节流装置形式、节流孔面积与管道面积之比、取压方式、 及Re等有关； P与取压方法有关，我国规定的标准节流装置取压方法为 角接取压法和法兰取压法,b.压差式流量计使用和安装,流体必须是清洁单相流体，或认为是无相变的流体。 流体在节流装置前后必须完全充满管道整个截面，并在节流装置前后有足够长的直管段。 导压管的安装要求与“压力检测变送仪表”中导压管的一样。 节流元件的安装方向，可以垂直也可以水平，但对流向有一定要求,图11 节流式流量计

11、,若被测流体的工作流体与实际计算时有所不同，要对所测数值进行校正,标定流体密度； 实际流体密度,转子流量计,a.工作原理,图12 转子流量计示意图,是以压降不变，利用节流面积的变化来测量流量的大小,b.基本方程及应用,被测介质的密度和工作状态与工业基准状态不同时，需对流量指示值进行修正,液体流量测量时的修正,气体流量测量时的修正,蒸汽流量测量时的换算 将蒸汽流量换算为水流量,C.特点,适合测量管径50mm以下管道的流量，测量流量比较小的场合,涡轮流量计,流体推动涡轮叶片，使涡轮旋转 高导磁的涡轮在旋转的同时，周期性地扫过磁钢，使磁路的磁阻发生周期性变化，线圈中感应出交流电信号 交变信号频率送往

12、电子计数器或电子频率计，累积或指示流量,a.工作原理,4.4 温度检测变送仪表,4.4.1热电偶温度计,1.热电偶及测温原理,热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。 热电效应：把两种不同导体或者半导体连接成一个闭合回路，把两个接点分别置于温度t的热源和温度t0的冷端，在回路中就会产生电势，这种效应叫作热电效应,温差电势远小于接触电势，总电势由接触电势决定。A、B和t0一定时，EAB（t,t0）是温度t的单值函数，这就是热电偶测温的基本依据,2.热电偶基本定律,热电势仅取决于热电极的材料和两个接触点温度， 与温度沿热电极的分布、电极尺寸及形状无关,在热电偶回路中，接入第三种材料的导线，只要第

13、三 导线两端的温度相同，其引入不会影响热电偶的电势,两种金属A和B分别与金属C配偶的热电势为EAC和ECB， 则A和B 配偶产生的热电势EAB为EAC和ECB之差，即,若接点温度为t1和t2时回路的热电势为E1；接点温度为t2和t3时的热电势为E2，则接点温度为t1和t3时的回路热电势为E=E1+E2冷端修正理论依据,3.热电势与温度关系特性,图示法 把热电势与温度关系用曲线在坐标纸上表示出来,列表法 将温度与热电势列成相应的表格，不同的热电偶 其数值是不同的，每种热电偶都对应一个分度号,数学法 热电势与温度的关系用一个公式表示,4.常用热电偶材料,a.对热电偶材料的要求 热电性能好；物化性能

14、稳定；测量温度范围宽； 电阻温度系数小；有良好的机加性能,工业上常用的标准热电偶,5.热电偶的结构,铠装热电偶 将热电偶丝与绝缘材料及金属套管 经过整体拉伸工艺加工而成的坚实 的组合体。外径为1-8mm，还可小到 0.2mm，长度可为50m。反应速度快， 可弯曲、不怕震、耐高压的优点,普通热电偶 由热电极、绝缘管、保护套和接线盒组成,图17 普通热电偶,图18 铠装热电偶,6.热电偶冷端温度的处理方法,补偿导线与热电极具有相同的热电性能； 不同热电偶所用的补偿导线不同； 热电偶和补偿导线的两个接点处温度相同； 使用时型号相配，极性不能接错； 价格比较低廉,只有热电偶的冷端温度保持不变，热电势才

15、是被测温度的单值函数，使用补偿导线可将冷端延伸至温度恒定处；同时节约贵金属材料,a.补偿导线特点,常用热电偶的补偿导线,b. 冷端温度的补偿方法,采用补偿导线后，冷端从温度较高和不稳定的地方，延伸到温度较低和比较稳定的操作室内，但冷端温度还不是0,冰点法,计算修正法,仪表零点校正法,补偿电桥法,补偿热电偶法,图19 具有补偿电桥的热电偶测温线路图,补偿电桥法,图20 补偿热电偶连接线路图,补偿热电偶法,4.4.2 热电阻温度计,热电偶一般适用于测量500以上的较高温度； 由冷端温度及环境温度的变化所引起的相对误差 显得突出，不易得到完全的补偿,所以，在中、低温区，一般使用热电阻温度计测量，适用

16、于-200+500，输出值大，测量准确,由于热电偶温度计具有,a.热电阻的组成及连接方式,图21 热电阻的接线方法三线制,热电阻温度计,热电阻（感温元件,不平衡电桥 显示仪表 平衡电桥,连接导线,b.热电阻测温原理,利用金属导体的电阻值随温度而变化的 特性来进行温度测量的,热电阻与热电偶的测温原理是不同的,c.工业常用热电阻,热电阻的材料一般要求 热容量小； 电阻温度系数、电阻率大； 应具有稳定的物理、化学性质和良好的复制性； 电阻值随温度的变化关系，最好呈线性,工业常用热电阻,d.热电阻的结构,普通型热电阻 主要由电阻体、保护套管和接线盒等组成,铠装热电阻 将电阻体预先拉制成型并与绝缘材料和

17、保护套管连成一体。体积小、抗震性强、可弯曲、热惯性小、使用寿命长,薄膜热电阻 将热电阻材料通过真空镀膜法，直接蒸镀到绝缘基底上。体积小、热惯性小、灵敏度高,4.4.6 测温元件的安装,保证测温元件与流体充分接触，测温元件应迎着被测介 质流向，至少成90,测温元件的感温点应处 于管道中流速最大处； 测温元件应有足够的插入 深度，以减小误差,若工艺管道过小，安装测温元件处应接装扩大管,热电偶、热电阻的接线盒面盖应向上，避免雨水等物质进入； 防止热量散失，测温元件应插在有保温层的管道或设备处,测温元件安装在负压管道中时，必须保证密封性，防止外界 冷空气进入，使读数降低,流体流动综合实验,传热综合实验

18、,传热综合实验,使用空气水蒸气对流套管换热器实验装置，分别测定两个套管换热器的空气对流传热系数 。 应用线性回归分析方法，确定实验装置中两个套管换热器的关联式Nu=ARemPr0.4中常数A、m的值。 分别测定不同流量下两个套管换热器的管内压降 ，研究套管换热器的换热段管内 随管内流速u的变化情况。 综合分析上述实验结果，判定两个套管换热器类型（普通光滑内管或强化内管）。 收集实验当天其他传热实验装置的最终试验结果，通过图表对比，对不同强化方式进行综合评价，得出试验结论,tw是否是直接测量值？ 在什么位置测取,ti1 和 ti2是否是直接测量值？ 在什么位置测取,di 和Li是否是直接测量值？

19、怎样获得,测定两个套管换热器的空气对流传热系数,Vi是否是直接测量量？应该怎么测量,图2-1 螺旋线圈强化管内部结构,螺旋内丝,螺旋扁管,波节管,实验1 流动过程综合实验,1.离心泵启动时的准备工作有哪些,2.本实验离心泵启动时为什么不用灌泵,4.阻力实验需要测哪些数据,5.流速u是直接测量值吗？应如何得到？有几种流量计测量,6.为什么要用两个流量计来测流量？两个流量计是串联还是并联,3.本实验离心泵有没有底阀或需不需要装底阀,7.阻力实验流量取值间隔应该是相等的，还是逐渐变大的？为什么,8.阻力降Pf是直接测量值吗？应如何得到？本实验有几种方法测量,9.如何判断导压管内是否有气泡存在,10.

20、如何排除导压管内气泡,11.离心泵特性曲线实验中需要测哪些数据,12.离心泵特性曲线实验中流量取值范围？流量为零的数据点是否要取,13.离心泵实验流量取值间隔应该是相等的，还是逐渐变大的,14.离心泵特性曲线或管路特性曲线测定是通过什么操作调节变量取值而获得曲线的,15.流量计标定实验需要测哪些数据？采用的标定方法是什么,16.每一个实验任务是否都要测水温？测几次水温,实验2 传热综合实验,1. 是逆流还是并流,2.空气走管内还是管外,3.水蒸汽走管内还是管外,4.空气的流量是怎样测量的,5.孔板流量计仪表显示的读数是流量吗,6.实验中那个是实验操作控制量，也就是哪个量是可以实验者自己设定并调节的的,7.蒸汽怎样产生,8.空气的进出口温度用什么测量,9.传热综合实验装置，管内阻力测定使用的测压方式是什么