过程检测技术及仪表课程设计
第2章 测量装置选择与误差分析
2.1流体进出口温度
由于该实验装置实验管道直径较小，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。因此不宜使用体积较大的温度计，否则会增加流动阻力影响流速。进出口最大温度变化范围在20~80℃之间，水温变化较小且属于低温范围，所以需要选用精度较高的测温元件。所以所选的测温元件的特点要求结构简单、方便、体积小、灵敏度高，适合测中低温。为减小计算进出口温差时的误差，可采用同种方法对进出口温度进行测量。因此，可选择热电阻温度计进行测量。
2.1.1热电阻原理
从热电阻的测温原理可知，被测温度的变化是直接通过热电阻阻值的变化来测量的，因此，热电阻体的引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响。
铠装热电阻是由感温元件（电阻体）、引线、绝缘材料、不锈钢套管组合而成的坚实体，它的外径一般为 φ1.0~φ 8.0mm ，最小可达 φ 0.5mm 。与普通型热电阻相比，它有下列优点：体积小，内部无空气隙，热惯性上，测量滞后小；机械性能好、耐振，抗冲击；能弯曲，便于安装 ， 使用寿命长等优点。
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2.1.2 WZC-200热电阻结构图
图2-1 WZC-200热电阻结构图
2.1.3产品参数
表2-1 产品参数
型号 WZC-200 分度号 Cu50 安装形式 管螺纹G1/2 保护管材料 1Cr18NiTi 测量范围 -50~100℃ 主要技术指标
1、铜热电阻：-50℃~100℃
2、输出信号：4~20mA（可与DDZ－III仪表配套使用） 0~l0mA（可与DDZ－Ⅱ仪表配套使用） 3、基本误差：士0.5％，士0.2％． 4、温度漂移：≤0.01％/1℃
5、环境温度：-30~70℃ 相对湿度≤95% 6、负载电阻：三线制 0~10mA：RL≤1500Ω 7、标准工作电压：24VDC；
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2.1.4主要特性
1、输出4~20mA或0~10mA标准恒流信号，与被测温度成线性关系，与负载电阻大小无关。
2、输出高阻扰抗信号、无射频干扰影响。
3、具有防爆、防震、防潮、防热、防有害气体的功能。 4、带电源极性接反保护功能。
5、具有较强的远传功能，安装使用极为方便。
2.1.5注意事项
为消除引线电阻的影响一般采用三线制或四线制。热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和显示仪表等组成。必须注意以下两点： 1、 热电阻和显示仪表的分度号必须一致
2、为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采用三线制接法 。
2.1.6误差分析
1、分度误差 2、通电发热误差 3、线路电阻不同或变化引入的测量误差 4、附加热电动势
2.2实验管壁温测量
实验管道在恒温水槽中，通过与水槽中的水进行热交换传热，壁温范围
20~80 ℃。
2.2.1 检测方法设计以及依据
由测量情形可知管壁温度用一般的热电偶和热电阻都不易测量，测温环境要求测温仪器可以附着在管壁表面，需要在测温点将水浴与管壁分开，面积又不能太大，否则影响换热。接触式测温中热电阻和热电偶比较适合，但热电偶冷端处理困难，且温差较小误差大。用光刻技术技术制作一个薄片热电阻外层加上隔热层贴在管壁温度侧点上，三组值同时测量取平均值，以达到精确测温效果。
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2.2.2 仪表种类选用以及依据
膜式铂电阻是近年来发达国家的一种铂热电阻新技术，这种新型热电阻是有外型尺寸小、灵敏度高、响应快、绝缘性能好、稳定性好、耐震耐腐蚀使用寿命长等优点，特别是pt500和Pt1000 Pt2000 高阻值热电阻，其分辨率相当于常规铂电阻pt100的5~10倍。
以下即是选用某厂家生产的膜式铂电阻，其技术指标如下：
测量范围： 50---500℃
测量精度：A级±0.15+0.002t.(℃) B级 ±0.3+0.05t.(℃) 0℃阻值偏差：A级±0.06（Ω） B级 ±0.12（Ω）
图2-2 膜式铂电阻
2.3水浴温度测量
该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。
2.3.1检测方法设计以及依据
由实验装置要求分析，水槽内水浴温度是一个存在一定变化的物理量，而水浴温度又通过稳控器来实时监控。因此，测温仪表要求较高的灵敏性和精确度。
其次，水浴温度的变化范围在20~80℃之间，属于低温范畴。 综合以上要求，我们采热电偶温度测量法。
2.3.2 仪表种类选用以及依据
选用铜－镍铜热电偶，这是在低温下应用得很普遍的热电偶,测量温度范围
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(－200～＋200℃),稳定性好,低温时灵敏度高并且价格低廉。分度号为T。
图2-3 铜－镍铜热电偶测温器
2.3.3测量注意事项及误差分析
?? 热电偶的安装位置，即测温点的选择是最重要的。测温点的位置，对于工艺过程而言，一定要具有典型性、代表性，否则将失去测量
?? 热电偶插入被测场所时，沿着传感器的长度方向将产生热流。当环境温度低时就会有热损失。致使热电偶与被测对象的温度不一致而产生测温误差。总之，由热传导而引起的误差，与插入深度有关。
2.4补水箱水位测量及控制
补水箱上位安装，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200mm~500mm。
2.4.1检测方法设计以及依据
实验装置补水箱内水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。其介电常数与空气的差别很大。而电容式液位测量是利用被测对象物质的导电率，将液位变化转换成电容变化来进行测量的一种液位计。与其他液位传感器相比，电容液位测量具有灵敏性好、输出电压高、误差小、动态响应好、无自热现象、对恶劣环境的适用性强等优点。所以，我们采用此方法来测量补水箱内的水位。
此外，实验装置要求水位还可控制，以适应不同流速的需要。所以这里我们把电容传感器输出的信号传递给一个单片机系统，并且通过一个显示装置（数码
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