测试技术设计方案doc.docx
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测试技术设计方案doc
测试技木段杜方案
一、设计部分
设计产品:
热传导型管道测温计。
设计目的:
设计本温度计用于测量一些已安装成型的管道的壁而温度,并通过经验公式来判断其管道内流体的平均温度是否达到应用所要求的程度。
(如实验室中在研究管内流动时需要知道入口温度和出11温度及壁血温度,但管壁存在着不能忽略的厚度,这时可•将这种温度计作为管壁的一•个部分安置在实验所要求的阶段,然后根据数学关系式来求得所需要的参数:
如壁而温度七,该截而的中心温度、等)
设计方案:
在测量热力设备储气筒及管道里的气体温度时,可用一只插入装油的铁管(叩套管)中的玻璃液体温度计来测量。
对于不同的应用场合其安装的方法不相同。
当用该种温度计来测量输气管的管壁温或是套筒中的流体的边界温度时,是将该温度计安装在一段内径相同但长度可忽略的输气管上来进行测量的(这样可以便于长时间监控)。
而对于测量储气筒是设备中空气的温度时,只用将其插入到其中即可。
实际测最中的已知量有:
温度计的读数上,储气筒壁或导管壁与温度计套管连接处的温度,0,套管的长H,套管壁厚套管直径d,套管的导热系数;I,套管外表而的表而传热系数龙。
工作原理:
山上述关系,首先要知道的便是温度计所在位置的环境温度。
O
为分析合理性,首先对该物理过程作如下一•些假设:
1.套管中每一•截面上的温度可以认为是相等的,因血温度计套管可以看成是截面积为7id8的一等截血宜肋。
2.该温度计已放入被测流体中足够长时间,各项数值以稳定不会变化,过程可-看成是稳态过程。
显然,所有的测量仪器都存在一定的误差,若误差在可接受的范围内则可认为该方案可行,下而分析该测量过程中出现的误差大小。
该过程中的测温误差及时套管顶端的过余温度eH=tf-tH(所谓过于温度既是实际
温度高于读数温度的部分,显然山于过程中存在导热热阻,tf必大于%),可得下式:
归并整理得:
本例中,换热周长户=混,管套截面积A(=THISo则有:
对于•已确定的参数:
结果分析:
可见该测温仪的误差为4.7°C,若对于测量精度要求较高的仪器而言,这样大的误差往往是不允许的。
这里仅从理论上来分析减少误差的方法。
山该物理过程可知要减少误差可从以下角度分析:
要减小测温误差,应使小尽量•接近既应尽量减少在小与。
之间的传热量。
由根据0H=tf-tH之减小为也可以达到目的,即应增加ch(mH^
于时可采用以下方法:
1.选用导热系数更小的材料作套管;
2.尽量•增加套管的高度,并减小壁厚;
3.强化套管与流体的换热;
4.在储气筒或套管外包以保温材料。
其中第四条是不合实际的,因为我们知道不论在实验或实际应用中不可能对所有的测量管道都包以保温材料,这样做无疑会加大设计成本,使与经济实用原则所相悖的,故不可取。
而其他三条都是可以在测量前根据所测量量的估计值来进行选择的,是符合经济性和实用性的。
设计应用:
该设计是在上一次的基础上改进而来的,改进目的在前已述及,但根据测量的要求不同及温度的高低不等(如废热回收输气管的管壁温度,储气筒的内部气体温度等)可知,选用不同的材料构成该温度计也很大的影响到测量的结果。
下表是儿种液态金属的热物理性质,共选材时参考:
液态金属
熔点
沸点
水银
-38.9
357
锡
231.9
2270
跳
271
1477
锂
179
1317
钠
97.8
883
下表是几种保温、耐火材料的热物理性质,共选材时参考:
材料名称
材料最高允许温度
°C
密度
p/fe/^3)
导热系数
超细玻璃棉毡、管
400
18〜20
0.033+0.00023{小c
矿渣棉
550〜600
350
0.0674+0.000215{小《
水泥珍珠岩制品
600
30()〜400
0.0651+0.000105{小°
A级硅藻土制品
900
500
0.0395+0.00019{小°
膨胀珍珠岩
1000
55
0.0424+0.000137*}丫
二、方案比较
低温的测量时常采用具有玻璃外壳的酒精温度计和水银温度计,这类温度计具有价格低廉、性能稳定、直观性强的优点,但也具有易破碎旦只能在现场观察的缺点,水银温度计还易造成污染而有害健康。
目前,市场上应用最为广泛的是温度敏感元件和二次仪表的组合---二极管温度传感器,既可用于远程显示,也可进行调节控制,还可做到自动记录。
它是以半导体二极管作为温度传感器的数字显示温度计,其测温范围为-5O°C-+I5O°C,测温精
度达o.i°Co
理论和实践都已证明,在-50°C〜+150°C的范围内,二极管的测温精度可达±0.1。
0,与其他温度传感器比较,二极管温度传感器具有灵敏度高、线性好、简便的特点,而旦当二极管的正向电流和温度一定的情况下,其正向压降是非常稳定的。
精度与我们的设计产品相比较的确是非常理想,但是出于成本和应用范围来比较,踌不是太大的管道测温计能适合于我们所需求的精度范围之内,且成本不高,而二极管温度传感器山于具有很高的精度,显然成本很高,对于管道测有而言是没必要的。
所以从经济角度来考虑,对一些储气筒及套管壁温的大致测量,我们设计的管道测温计完全可以满足要求,特别在实验室测温的情况下,有较好的应用前景,
三、计算及分析
为方便比较,我们可以实现不同的材料做成的温度计测量值都为300°C,管壁与温度
计套管连接处的温度r0=250°C,换算成然后比较各个材料的误差。
对于已确定的参数:
tf=300°Cr0=250°CH=140mm8=1mm,则各种材料的人数计算如下:
对于保温材料:
材料名称
导热系数九
超细玻璃棉毡、管
0.102
矿渣棉
0.1319
水泥珍珠岩制品
0.0966
A级硅藻土制品
0.0965
膨胀珍珠岩
0.0835
对于金属材料:
材料名称
导热系数九
青铜(89Cu-HSn)
24.8
碳钢(w(.«1.5%)
36.7
材料名称
mh
ch(mh)
超细玻璃棉毡、管
74.78
1.49xlO32
矿渣棉
65.76
1.8x1()28
水泥珍珠岩制品
76.84
1.18x1()33
A级硅藻土制品
76.88
1.22x1()33
膨胀珍珠岩
82.6
3.9xio35
青铜(89Cu-llSn)
4.79
60.50
碳钢(吧.q1.5%)
3.942
25.78
将计算结果带入0.
材料名称
误差
青铜(89Cu-llSn)
308.84
2.94%
碳钢筋«1.5%)
307.02
2.34%
对于前面的保温材料,山于其4过于小,理论数据算出其误差几乎是0,完全符合设计
要求。
对于后两个导热材料,分析表格,可知导热系数小的材料误差较小,符合实验所要求的误差允许范围内。
误差分析:
误差主要来源:
1.物理模型作了适当简化,作了一些忽略,如热辐射:
2.认为套管的壁面温度等于流体温度的假设;
3.实验测量及读数中存在人为和偶然误差。
但根据计算的结果及前面的分析可知,以上几个假设均是较合理的,他们对误差的页献并不是特别明显,相比之下山导热系数引起的误差起着更大的作用。
西、成本分析
成本分析
一:
液态金属的价格
液态金属
熔点(°C)
沸点(°C)
市场价格(元/吨)
水银
-38.9
357
6000000
锡
231.9
2270
43000〜48000
271
1477
68300
锂
179
1317
钠
97.8
883
16000
二:
保温材料的价格
保温材料
材料最NJ
允许温度
°C
密度
/?
/(炫力湛)
导热系数
市场价格
超细玻璃棉毡
400
18〜20
0.033+0.00023{小c
1160兀/立方米
矿渣棉
55()〜60()
350
0.0674+0.000215*}"
10682美元/吨
水泥珍珠岩制品
600
30()~400
0.0651+0.000105{小°
3800〜4500元/吨
硅藻土制品
900
500
0.0395+0.0001咐c
膨胀珍珠岩
1000
55
316美元/吨
三:
总成本估算
根据上两表格,为满足温度计的功能和性能的需要,再综合各金属的价格,液态金屈应
选水银,
估算成本:
Cl=120元/只;
按同样的方法分析比较:
保温材料应选:
膨胀珍珠岩。
估算成本:
C2=6()元/只;工艺制作费用成本:
C3=100兀/只;
其他辅助材料:
C4=50元/只;
销售成本:
C5=10元/只;
总成本:
C=C1+C2+C3+C4+C5=34O元/只。
五、小组人员及工作介绍
小组成员的分组情况如下:
徐枯:
主要负责温度计的总体设计及报告总结。
肖就字朱华:
负责该设计的市场预测。
扬彖不刻刚:
负责比较该设计与其他巳投入生产的测管道温度温度计的异同。
闰嶂翊稼嘱:
负责参数处理、计算及误差分析。
歇A,稗吴作做:
负责该设计的成本分析。
每位成员具体的工作情况:
吴作柱5020229099B
主要工作:
协助张小卿查找关于各材料的成本并对成品进行大致的估算。
花小卿5020229100B
主要工作:
与吴作柱一起负责该设计的成本分析与估算。
为市场预测提供数据基础。
肖民字5020229109A
主要工•作:
协助徐杜进行方案的总体设计,主要对设计的产品进行后期的市场分析和预
测,分析产品的市场前景、产品的应用和产品的生产可能性,在后期对设计进行一定的总结,并完成PPT演示稿的制作。
枷报破5020229110A
主要工作:
课题初期提出了儿个有价值的课题,如设计一个带小型热电偶的保温林,可以让人们方便知道保温杯内的温度情况;或可以采用压力温度计的测温原理来测量管道温度等。
后期与闫峰主要负责原理的分析及公式的推导及计算。
闰峰5020229113A
主要工作:
对实验所给材料的无形参数进行代入计算,并对每个结果可能存在的误差进行分析。
并与胡振震一起完成公式的推导等。
到刚5020229114B
主要工作:
负责与杨春平一起在网上查找关于这种原理上类似的温度计的各种已成型的方案和最新的一些设计,为该方案的改进及市场定位提供参考的基础。
求华5020229U6B
主要工作:
负责在网上查找该设计中各材料的性价比,协助肖茂宇进行市场预测。
徐牡5020229120A
主要工作:
对该方案的总体设计;协调各组员进行分组工作,合理分配任务。
整理并完成最终的设计课题报告。
扬未年5020229121A
主要工作:
负责在网上查找有关该类温度计的一些成型产品,及对其进行原理上的分析和比较。
六、课题总结
山于是第一次自主设计,无疑最大的问题便是缺乏经验,所以只能借助一些已成型的原理来加以改进,然后再加以应用。
但难能可贵的是,在这次分组设计中,每组同学都尽了自己的最大努力来完成自己的任务。
大家并没有因为是第一次设计而显得束手无策,相反的每位同学都表现了很高的热情来完成这次的大作业,团队的精神体现得不错。
只是山于是全自主的设计,难免会有很多地方咂待改进,也会有一点看起来很幼稚的论述。
但无论如何这已是大家f起合作两周所得到的成果,虽然有些不大切合实际,单已经尽了最大努力,相信以后的自主设计会做得更好,也相信以后的合作会更有成效。
大家都对此充满着信心!
参考资料:
1.《全美经典传热学》(美)DonaldPitts,LeightonSissom著科学出版社2002
2.《热传质学问题祥解》(美)Holman著晓园出版社1993
3.《传热学(第三版)》杨世铭陶文铃著高的教育出版社1998
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