新型污垢熱阻在線監(jiān)測儀的研制.pdf

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1、新型污垢熱阻在線監(jiān)測儀的研制徐品政。等ResearchandDevelopmentoftheNewOnIineMonitorforFoulingThermaIResistance徐品敵羅益厭(南京工業(yè)大學(xué)自動化與電氣工程學(xué)院。江蘇南京210000)摘要：為了實(shí)現(xiàn)對循環(huán)水結(jié)垢情況的監(jiān)測，介紹了一種用于監(jiān)測換熱器的新型污垢熱阻在線監(jiān)測儀的設(shè)計(jì)方案。該監(jiān)測儀采用高集成度微控制器和設(shè)計(jì)優(yōu)良的電路，實(shí)現(xiàn)了對多路測量信號的采集處理以及污垢熱阻的計(jì)算。同時，還可通過控制信號的輸出實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測換熱器系統(tǒng)中水流量及蒸汽溫度的改進(jìn)型數(shù)字PID控制。測試表明，該監(jiān)測儀性能優(yōu)良，并且對循環(huán)水

2、結(jié)垢的在線監(jiān)測起到了很好的效果。關(guān)鍵詞：在線監(jiān)測遠(yuǎn)程監(jiān)控PID單片機(jī)可靠性中圖分類號：1他16+．I文獻(xiàn)標(biāo)志碼：AAbs奸act：Inord盯mrⅡ0Ilitormef抽H

3、Igco耐id咖0fd陀circuhdngw砒er。tIledesi印∞h刪eofane”孵0fm砌tor0ff0Ill；rIgLhemlal瑚in-舯ceIbrmo【Iit刪。唔h蛆texch帥gerisinhoduced．In岫咖掂l(xiāng)or，lIi舭yimegra吲施工o∞n呻uerisused-蚰d出e咖rIi∞fisinexceuentcimul時de“印Itimplem曲ksig∞l州缸

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5、rds：OTllinem砌t甜ngRemotemom幻一“gPr0岬i∞in忙驢60ndi＆陀nti“0n地croc仰仃DuerReuab血y0引言工業(yè)生產(chǎn)中通常使用循環(huán)冷卻水對設(shè)備進(jìn)行冷卻，但若對其處理不好，則會給換熱設(shè)備帶來污垢沉積，并對換熱設(shè)備的性能以及工業(yè)生產(chǎn)安全帶來嚴(yán)重影響。因此，工業(yè)中通常使用監(jiān)測換熱器對循環(huán)冷卻水結(jié)垢情況進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測換熱器是一種模擬實(shí)際工況的小型換熱器¨-。使用監(jiān)測換熱器長期在線監(jiān)測污垢熱阻的同時，需測定和記錄各種數(shù)據(jù)，并計(jì)算污垢熱阻。這一過程持續(xù)時間長，消耗的人力較多，且精度不高”o。使用市場上一般的污垢熱阻監(jiān)測儀可實(shí)現(xiàn)自動測量和計(jì)

6、算污垢熱阻的功能，但并不能對蒸汽溫度和進(jìn)水流量進(jìn)行自動控制，而且此類監(jiān)測儀往往不具備通信功能，不能接人工廠的Dcs，也不便于工廠進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。本文介紹的一種基于c8051FD21的污垢熱阻在線監(jiān)測儀的設(shè)計(jì)，很好地解決了以上問題，且儀器測量各性能(精度、集成度、可靠性)高、功耗低、體積小，很適合使用在工業(yè)現(xiàn)場的監(jiān)測換熱器上。修改稿收到日期：2011一05一13。第一作者棘品政．男．1986年生．現(xiàn)為南京工業(yè)大學(xué)檢測技術(shù)與自動化裝王專業(yè)在讀碩士研究生；主要從事工業(yè)循環(huán)冷卻水相關(guān)拴測與自動控制系統(tǒng)方面的研宛?！蹲詣踊瘍x表》第32卷第8期2011年8月1監(jiān)測換熱器系統(tǒng)1．1

7、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)污垢熱阻在線監(jiān)測儀首先通過分布在監(jiān)測換熱器各部分的傳感器得到測量數(shù)據(jù)，主要測量值有蒸汽溫度、進(jìn)口溫度、進(jìn)水流量和出口溫度，然后監(jiān)測儀對傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后顯示，并通過計(jì)算得到當(dāng)前污垢熱阻值，最后將相應(yīng)數(shù)據(jù)傳送到Dcs。此外，監(jiān)測儀還能根據(jù)所設(shè)置的參數(shù)對蒸汽電動閥和進(jìn)水電動閥進(jìn)行控制。監(jiān)測換熱器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)FiglS，stematjcstrLlctllreI-2污垢熱阻的計(jì)算方法在計(jì)算污垢熱阻之前首先要對清潔管熱阻R。進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)傳熱系數(shù)方程式和熱傳導(dǎo)的基本原理，81新型污垢熱阻在線監(jiān)測儀的研制徐品政。等可得到清潔管熱阻冠。的計(jì)算式為：恥

8、幫(等一o．s)(1)式中：d為換熱管內(nèi)徑；￡為試驗(yàn)管的有效長度；n為試驗(yàn)管的數(shù)目；c。為水的比熱；G為單位時間內(nèi)冷卻水的流量；r為當(dāng)前蒸汽溫度；￡．為當(dāng)前冷卻水進(jìn)口溫度；￡：為當(dāng)前冷卻水出口溫度。由此可得瞬時污垢熱阻r^，即當(dāng)前熱阻值減去清潔管熱阻值，計(jì)算式為：r。=等(等-os)-R㈤7s2可Ii刈‘3J“o¨)1．3監(jiān)測流程基于以上污垢熱阻計(jì)算方法，監(jiān)測換熱器系統(tǒng)需要在首次運(yùn)行時先計(jì)算清潔管熱阻晚，這是保證整個測量準(zhǔn)確的基礎(chǔ)，然后再計(jì)算污垢熱阻r．?；谶@個測量流程，本儀器運(yùn)行時分為4種狀態(tài)，分別為“0狀態(tài)”、“1狀態(tài)”、“2狀態(tài)”和“3狀態(tài)”。在“O狀態(tài)