毕业设计正文 相变蓄热器及其实验台设计 - 图文 下载本文

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HP34970A数据采集仪将精确的测量能力与灵敏的信号传输能力连接结合起来,集数据记录和数据采集为一体。HP Benchlink Data Logger程序是基于Windows的应用程序,通过它可以很方便地将HP34970A数据采集仪与计算机一起使用以收集与分析测量数据,以及对输入的数据执行实时显示和分析,检测的温度通过HP34970A数据记录仪自动的储存在计算机中。

数据采集仪后部内置有三个模块插槽,适应于任何数据采集或开关模块的组合,插入式模块通过内部隔离数字总线与浮地逻辑通信。多路转换模块还通过内部模拟总线连接到内部数字万用表。每个模块都有自己的微处理器,为主机处理器卸载,并使背板通信降到最低限度以获得更快的处理。间隔扫描存储有多达50000个带有时间标记的读数;每台仪器有60个通道,单通道上的读取速度为每秒600个读数,扫描速度为每秒250个通道;标准的HP-IB(IEEE-488)和RS-232接口,一次只能启用一个接口,与SCPI(可编程仪器的标准命令)兼容,数据采集仪中的传感器或热敏元件将所测量的物理量转换为内部数字万用表可以测量的电信号。输入信号被多路传送到内部数字万用表的信号调节部分中,包括切换、量程和放大电路。如果输入信号为直流电压,信号调节器就由衰减器和放大器组成,衰减器用于较高的输入电压,放大器则用于较低的输入电压。如果输入信号是交流电压,则转换器用于将交流电信号转换为等量的直流电(真有效值)。通过为未知的电阻提供已知的直流电并测量电阻器两端的直流电压降进行电阻测量。

温度传感器的测量一般是最初的电阻或电压测量,通过仪器内部的软件转换程序转变为相应的温度。首先,传感器或热敏元件将所测量的物理量转换为电量,然后可测量电量结果转换为工程单位,测量热电偶时,仪器测量交流电压并通过数字运算将其转换为相应的℃或K温度。HP34870A所用的转换程序符合1990年国际温标,即ITS-90。

温度测量中最大的误差源是传感器本身的误差。各种传感器有特定的温度范围、准确度和费用。温度传感器中的电阻温度检测器有最高的稳定性。电阻温度检测器是用一种随温度发生电阻精确变化的金属(一般是铂)制成的。内部数字万用表测量出电阻温度检测器电阻的变化并计算出相应的温度变化。电阻温度检测器的输出线性度很高,因此它的精确度就很高,是长期测量的最佳选择。

(2)热电偶:蓄热装置蓄热材料的温度检测采用 T 型热电偶。

热电偶把温度转换为电压。当两种不同的金属的线绕结时,就有电压产生。这个电

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压是热电偶线中的结温和金属类型的函数。许多不同金属的温度特性都是众所周知的,因此从电压就可以计算出结温。T型热电偶的温度范围为-200℃~400℃,探头精度±0.5℃~1℃。

热电偶测量的误差源:

(a)参考结误差:热电偶一般是把两根导线焊接在一起形成一个结。这种焊接在结处注入了第三种金属。如果与热电偶的两端处于同一个温度,第三种金属的影响是很小的。市场上销售的热电偶是用电容放电技术焊接在一起的。这种技术可防止热电偶导线在结附近过热,并防止焊气和大气扩散进入热电偶导线。一个焊接不好的连接会在热电偶测量中造成误差。热电偶结的开路可通过测量热电偶的阻抗来检测。一般大于5kΩ的阻抗表示热电偶有缺陷。HP34970A包含一个内置的自动热电偶检测功能。仪器在每次热电偶测量后测量通道阻抗,以确保连接良好。

(b)扩散误差:在热电偶的扩散是指沿导线改变其合金类型的过程。大气分子确实会扩散到金属中。这些导线中的合金改变在测量中注入了电压的细微改变。导线暴露在高温中或在承受拉伸或振动的物理应力时,会发生扩散现象。扩散引起的温度误差很难检测到,因为热电偶仍对温度变化有反应,并给出接近正确的结果。扩散的影响经常被作为温度测量的漂移被检测。更换存在扩散误差的热电偶可能不能纠正误差。延伸的导线和连接都会因扩散而改变。仔细检查整个测量路径,寻找温度极点和物理应力。如果可能,最大限度的减少沿导线的温度梯度。

(c)分流阻抗:热电偶导线和延伸导线的绝缘会被高温或腐蚀性气体破坏。这种破坏表现为在热电偶结处并联了一个电阻。这在导线串联电阻很高且使用小线经的系统中非常明显。

(d)屏蔽:屏蔽减少了共模噪声对热电偶测量的影响。共模噪声是由类似电源线和马达的噪声源产生的。噪声通过分布的电容与未屏蔽的热电偶导线耦合。感应的电流流过内部数字万用表到地时,沿热电偶导线的分布电阻即产生出电压误差。为热电偶线添加屏蔽可以将共模噪声注入地,并保护测量。共模噪声会对内部数字万用表影响很大。典型的热电偶输出是几毫伏,而几毫伏的共模噪声可以使内部数字万用表的输入过载。

(e)计算误差:是将热电偶的电压转化为温度的过程中注入的固有误差。计算误差与热电偶、导线连接和参考结的误差相比是很小的。

(3)铂电阻

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铂电阻属于热电阻测温元件,是利用导体的电阻值随温度变化的性质做成的。采用高纯度铂丝制成的铂电阻具有测温精度高,性能稳定,抗氧化等优点。但在高温下容易被还原性气体所污染,使铂丝变脆,改变其电阻温度特性,所以需用套管保护方可使用。

(4)流量计

实验台选用涡轮流量计,精确度0.5级,量程为0.6~4m3/h,测量中可能产生的仪表误差不超过满量程的0.5~1%,即(4-0.6)×0.5%=0.017m3/h,(4-0.6)×1%=0.034m3/h。

4.4 实验台的搭建

根据上述设计思路,搭建了实验台。实验台包括太阳能集热器、蓄热器、恒温水箱、风机盘管、水泵、压力表、流量计以及管道、阀门,数据采集仪等。实验装置外观图(见图 4.2a、2b、2c、2d、2e)

图4.2a太阳能集热器

图4.2b装有相变材料的蓄热球体

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图4.2c恒温水箱

图4.2d风机盘管

图4.2e数据采集系统