核反应堆仪表10

1、核科学与技术学院核科学与技术学院 School of Nuclear Science and Technology核反应堆仪表核反应堆仪表School of Nuclear Science and Technology2/388.1 基本概念基本概念8.2 常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表8.3 压力和压差变送器压力和压差变送器第第8 8章章 压力和压差检测仪表压力和压差检测仪表School of Nuclear Science and Technology3/388.1 基本概念基本概念压力测量的重要性压力测量的重要性压力是工作介质状态的主要参数，是核电厂

2、一回路的重要过程参压力是工作介质状态的主要参数，是核电厂一回路的重要过程参数，温度和压力限定冷却剂的状态，防止压力过低引起冷却剂沸数，温度和压力限定冷却剂的状态，防止压力过低引起冷却剂沸腾。此外，反应堆冷却剂泵吸入口的压力过低，可能引起汽蚀，腾。此外，反应堆冷却剂泵吸入口的压力过低，可能引起汽蚀，这是必须避免的。这是必须避免的。压力参数决定设备，如稳压器、蒸汽发生器、管道的尺寸和壁厚，压力参数决定设备，如稳压器、蒸汽发生器、管道的尺寸和壁厚，防止压力过高使设备受损防止压力过高使设备受损压力传感器一般是利用液柱高度的改变或弹性元件位移的原理制成压力传感器一般是利用液柱高度的改变或弹性元件位移的原

3、理制成的，由于仪表液体与冷却剂可能存在偶然相混的缘故，液柱元件从的，由于仪表液体与冷却剂可能存在偶然相混的缘故，液柱元件从未广泛地应用于堆芯或壳体内部压力的测量。通常是使用未广泛地应用于堆芯或壳体内部压力的测量。通常是使用弹性敏感弹性敏感元件元件，如广东核电站使用的压力和差压变送器中的弹性元件为波纹，如广东核电站使用的压力和差压变送器中的弹性元件为波纹膜、波纹管及单晶硅等弹性元件。膜、波纹管及单晶硅等弹性元件。School of Nuclear Science and Technology4/388.1 基本概念基本概念压力的概念压力的概念工程技术中的压力是物理学中的压强，即垂直作用在物体单位

4、面工程技术中的压力是物理学中的压强，即垂直作用在物体单位面积上的力的大小积上的力的大小压力的表示方法压力的表示方法压力的表示方法以其参考零点压力的不同而不同，可以分为绝对压力的表示方法以其参考零点压力的不同而不同，可以分为绝对压力和表压力压力和表压力 (1) (1) 绝对压力绝对压力 以参考零点所表示的压力称为绝对压力以参考零点所表示的压力称为绝对压力(2) (2) 表压力表压力 以大气压力为参考零点所表示压力称为表压力以大气压力为参考零点所表示压力称为表压力由管道或容器中直接取出的两个绝对压力值的差值，通常称由管道或容器中直接取出的两个绝对压力值的差值，通常称差压差压School of Nu

5、clear Science and Technology5/38P Pe e 00，表压力称为正压；，表压力称为正压； P Pe e 00，表压力称为负压或真空（度），表压力称为负压或真空（度）8.1 基本概念基本概念School of Nuclear Science and Technology6/388.1 基本概念基本概念63252N1Pa11MPa=1 10 Pa1kPa=1 10 Pam1bar1 10 Pa1atm101325Pa760mmHg1mmHg133.32Pa1mmH O9.80665Pa 1 1公斤压力公斤压力=0.098=0.098兆帕兆帕=98=98千帕千帕 Sch

6、ool of Nuclear Science and Technology7/38按按被测压力被测压力可分为：压力表、真空表、绝对压力表、真空压力可分为：压力表、真空表、绝对压力表、真空压力表等。表等。按压力表按压力表使用的条件使用的条件可分为：普通型、耐震型、耐热型、耐酸可分为：普通型、耐震型、耐热型、耐酸型、禁油型、防爆型等压力表。型、禁油型、防爆型等压力表。按压力表的按压力表的功能功能可分为：指示式压力表、压力变送器可分为：指示式压力表、压力变送器按压力表的按压力表的计量学用途计量学用途分类：工程用、实验室用、标准表分类：工程用、实验室用、标准表按压力表的按压力表的工作原理工作原理可分为

7、：可分为：液柱式压力计、活塞式压力计、液柱式压力计、活塞式压力计、物性式压力计、弹性式压力计物性式压力计、弹性式压力计等等8.1 基本概念基本概念在生产过程中和实验室里使用的压力仪表种类很多。对压力仪在生产过程中和实验室里使用的压力仪表种类很多。对压力仪表可以从不同的角度进行分类：表可以从不同的角度进行分类：School of Nuclear Science and Technology8/388.1 基本概念基本概念液柱式压力计液柱式压力计依据重力与被测压力平衡的原理制成的，可将被测压力转换为液柱依据重力与被测压力平衡的原理制成的，可将被测压力转换为液柱的高度差进行测量，例如：的高度差进行测

8、量，例如：U U型管压力计、单管压力计以及斜管压型管压力计、单管压力计以及斜管压力计等。力计等。School of Nuclear Science and Technology9/388.1 基本概念基本概念活塞式压力计活塞式压力计用直接作用在已知活塞面积上的砝码重力来平衡被测压力从用直接作用在已知活塞面积上的砝码重力来平衡被测压力从已知的活塞面积和砝码重量求得被测压力。已知的活塞面积和砝码重量求得被测压力。FGGP0 G,G G,G0 0分别为达到一定压力时所加砝码与活塞重量分别为达到一定压力时所加砝码与活塞重量( (kg)kg) F F为活塞的有效面积，一般取为活塞的有效面积，一般取F=1

9、cmF=1cm2 2 P=G+G P=G+G0 0(kg/cm(kg/cm2 2) )School of Nuclear Science and Technology10/388.1 基本概念基本概念活塞式压力计活塞式压力计1-1-油杯；油杯；2-2-针阀；针阀；3-3-进油阀；进油阀；4-4-油缸（活塞缸）；油缸（活塞缸）；5-5-活塞；活塞；6-6-砝码；砝码；7-7-托盘；托盘；8-8-联接螺母（表接头）；联接螺母（表接头）；9-9-导管；导管；10-10-手摇油泵；手摇油泵；11-11-水平调节螺钉；水平调节螺钉；12-12-底盘底盘 School of Nuclear Science

10、 and Technology11/388.1 基本概念基本概念物性式压力计物性式压力计 利用一些物质与压力有关的物理性质进行测压。一些物质受利用一些物质与压力有关的物理性质进行测压。一些物质受压后，它的某些物理性质会发生变化，通过测量这种变化就压后，它的某些物理性质会发生变化，通过测量这种变化就能测量出压力。据此原理制造出的各种压力传感器，往往具能测量出压力。据此原理制造出的各种压力传感器，往往具有精度高、体积小、动态特性好等优点，成为近年来压力测有精度高、体积小、动态特性好等优点，成为近年来压力测量的一个主要发展方向。常用的压力传感器有量的一个主要发展方向。常用的压力传感器有压阻式、压磁压

11、阻式、压磁式、压电式式、压电式等。等。School of Nuclear Science and Technology12/388.1 基本概念基本概念1.1.压阻式压力（压差）检测仪表压阻式压力（压差）检测仪表当金属在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化当金属在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化-这种这种现象称现象称电阻应变效应电阻应变效应取一根长度为取一根长度为L，截面积为截面积为S，电阻率为电阻率为 的金属丝，未受力时其的金属丝，未受力时其电阻电阻R为为.LRS（1）School of Nuclear Science and Technology13/38当电阻丝受到拉力当

12、电阻丝受到拉力F作用时作用时, 将伸长将伸长L, 横截面积相应减小横截面积相应减小S, 电阻电阻率将因晶格发生变形等因素而改变率将因晶格发生变形等因素而改变, 故引起电阻值相对变化量为故引起电阻值相对变化量为SSLLRR式中式中L/L是长度相对变化量是长度相对变化量, 用应变用应变表示表示LLS/S为圆形电阻丝的截面积相对变化量为圆形电阻丝的截面积相对变化量, 即即 rrSS2（2）（3）（4）在弹性范围内在弹性范围内, 金属丝受拉力时金属丝受拉力时, 沿轴向伸长沿轴向伸长, 沿径向缩短沿径向缩短, 那么那么轴向应变和径向应变的关系可表示为轴向应变和径向应变的关系可表示为（5）LLrr8.1

13、基本概念基本概念式中式中: 电阻丝材料的泊松比电阻丝材料的泊松比, 负号表示应变方向相反。负号表示应变方向相反。School of Nuclear Science and Technology14/38将式（将式（3 3）, , 式（式（5 5）代入式（）代入式（2 2）, , 可得可得或或)21 (RR（6）)21 (RR（7）VVC21 (21 (LLSSLLVVmCKRR)21 ()21(代入式（代入式（6 6）对于金属材料对于金属材料电阻应变效应电阻应变效应8.1 基本概念基本概念CC由材料及加工方法决定由材料及加工方法决定School of Nuclear Science and T

14、echnology15/388.1 基本概念基本概念011PRPKR一般使用情况下，压力一般使用情况下，压力P P与电阻的关系可认为是线性的与电阻的关系可认为是线性的School of Nuclear Science and Technology16/388.1 基本概念基本概念2.2.压磁式压力（压差）检测仪表压磁式压力（压差）检测仪表利用铁磁材料在压力作用下会改变磁导率的物理现象制成，利用铁磁材料在压力作用下会改变磁导率的物理现象制成，通过不平衡电桥和示波器进行测量。通过不平衡电桥和示波器进行测量。School of Nuclear Science and Technology17/388

15、.1 基本概念基本概念3.3.压电式压力（压差）检测仪表压电式压力（压差）检测仪表压电效应：压电效应：一些物质在一定方向上受外力作用而产生变形时，在一些物质在一定方向上受外力作用而产生变形时，在它们的表面上会产生电荷；当外力去掉后，它们又重新回到不带它们的表面上会产生电荷；当外力去掉后，它们又重新回到不带电状态。电状态。能产生压电效应的材料可分为两类能产生压电效应的材料可分为两类: :一类是天然或人造的单晶体，如石英、酒石酸甲钠等一类是天然或人造的单晶体，如石英、酒石酸甲钠等另一类是人造多晶体压电陶瓷，如钛酸钡、锆钛酸铅等另一类是人造多晶体压电陶瓷，如钛酸钡、锆钛酸铅等School of Nu

16、clear Science and Technology18/388.2 常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表目前常见的测压用弹性元件有目前常见的测压用弹性元件有薄膜式薄膜式、波纹管式波纹管式和和弹簧式弹簧式测压范围：测压范围：9.89.81010-4-49.89.810108 8PaPaSchool of Nuclear Science and Technology19/388.2 常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表School of Nuclear Science and Technology20/388.2 常用弹性元件和

17、弹性式压力和压差仪表常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表School of Nuclear Science and Technology21/388.2 常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表SAKKPPP1212式中：式中：K K和和A A为波纹管的刚度和有效面积为波纹管的刚度和有效面积 K K1 1为量程弹簧总刚度为量程弹簧总刚度 S S为连接轴的位移为连接轴的位移波纹管式压差计波纹管式压差计School of Nuclear Science and Technology22/38 弹簧管压力表弹簧管压力表 8.2 常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表常用弹性元件

18、和弹性式压力和压差仪表School of Nuclear Science and Technology23/388.2 常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表School of Nuclear Science and Technology24/388.2 常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表School of Nuclear Science and Technology25/381 1迟滞误差迟滞误差 相同压力下，同一弹性元件正反行程的变相同压力下，同一弹性元件正反行程的变 形量不一样，产生迟滞误差。形量不一样，产生迟滞误差。2 2

19、后效误差后效误差 弹性元件的变形落后于被测压力的变化，弹性元件的变形落后于被测压力的变化， 引起弹性后效误差。引起弹性后效误差。3 3间隙误差间隙误差 仪表的各种活动部件之间有间隙，示值与仪表的各种活动部件之间有间隙，示值与 弹性元件的变形不可能完全对应，引起间弹性元件的变形不可能完全对应，引起间 隙误差。隙误差。4 4摩擦误差摩擦误差 仪表的活动部件运动时，相互间存在摩擦仪表的活动部件运动时，相互间存在摩擦 力，产生摩擦误差。力，产生摩擦误差。5 5温度误差温度误差 环境温度的变化会引起金属材料弹性模量环境温度的变化会引起金属材料弹性模量 的变化，造成温度误差。的变化，造成温度误差。8.2

20、常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表弹性式压力计的误差主要来源于以下几个方面：弹性式压力计的误差主要来源于以下几个方面：School of Nuclear Science and Technology26/381 1用无迟滞误差或迟滞误差极小的用无迟滞误差或迟滞误差极小的“全弹性全弹性”材料和温材料和温度误差很小的度误差很小的“恒弹性恒弹性”材料制造弹性元件材料制造弹性元件2 2采用新的转换技术，减少或取消中间传动机构，以减采用新的转换技术，减少或取消中间传动机构，以减少间隙误差和磨擦误差少间隙误差和磨擦误差3 3限制弹性元件的位移量，采用无干磨擦的弹性支限制弹

21、性元件的位移量，采用无干磨擦的弹性支 承或承或磁悬浮支承等磁悬浮支承等4 4采用合适的制造工艺，使材料的优良性能得到充采用合适的制造工艺，使材料的优良性能得到充 分的分的发挥发挥8.2 常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表提高弹性压力计精度的主要途径有：提高弹性压力计精度的主要途径有：School of Nuclear Science and Technology27/388.2 常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表仪表类型选择仪表类型选择 被测介质压力大小被测介质压力大小 被测介质的性质，被测介质的性质，例如，氧气、乙炔都有专门

22、的测量仪表，例如，氧气、乙炔都有专门的测量仪表，对腐蚀性介质要采用不锈钢或其他耐腐蚀的材料对腐蚀性介质要采用不锈钢或其他耐腐蚀的材料 对仪表输出信号的要求，对仪表输出信号的要求，例如是否需要为电信号例如是否需要为电信号 使用环境使用环境压力表的安装压力表的安装1 1取压口的选择取压口的选择气：气：上部上部 防堵防堵汽：汽：侧上部侧上部 防堵，防液，防气防堵，防液，防气液：液：侧下部侧下部 防堵，防汽防堵，防汽气气汽汽液液School of Nuclear Science and Technology28/388.2 常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表取压口位置

23、取压口位置 稳定无涡流区（直线管段，避开拐弯、分叉等）稳定无涡流区（直线管段，避开拐弯、分叉等）除了被测介质以处，不接触其它物质除了被测介质以处，不接触其它物质不易堵塞不易堵塞取压孔形状取压孔形状 孔径要小孔径要小要与壁面垂直要与壁面垂直孔口应无毛刺孔口应无毛刺School of Nuclear Science and Technology29/382 2导压管的敷设导压管的敷设为了使导压管正确传递压力或压差，应作到：为了使导压管正确传递压力或压差，应作到： 导压管长度小于导压管长度小于50m50m，内径为，内径为6-10mm6-10mm 对于水平敷设，导压管要有一定坡度，测量液体介质时下坡对

24、于水平敷设，导压管要有一定坡度，测量液体介质时下坡，测量气体介质时上坡，测量气体介质时上坡3 3当被测介质易冷凝或冻结，必须当被测介质易冷凝或冻结，必须加装伴热管加装伴热管后再行保温后再行保温当测量腐蚀性介质时，应当测量腐蚀性介质时，应加装隔离罐加装隔离罐当测量高温蒸气压力时，应当测量高温蒸气压力时，应加装冷凝盘管加装冷凝盘管测量含尘气体时，应测量含尘气体时，应加装灰尘捕集器加装灰尘捕集器测量高于测量高于6060度的介质时，应度的介质时，应加装环行圈加装环行圈8.2 常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表School of Nuclear Science and

25、Technology30/384当测量液体压力时，在导压管系统最高处应当测量液体压力时，在导压管系统最高处应安装集气瓶安装集气瓶；当测量气体压力有可能有液体冷凝时，在导压管系统最低处当测量气体压力有可能有液体冷凝时，在导压管系统最低处应应加装水分离器加装水分离器；当被测介质有可能产生沉淀时，应在仪表；当被测介质有可能产生沉淀时，应在仪表前前安装沉降器安装沉降器。5取压口与压力表之间应取压口与压力表之间应加装隔离阀加装隔离阀。6在测量较小压力时，若仪表与取压口不在同一水平高度，在测量较小压力时，若仪表与取压口不在同一水平高度，则应对则应对测压进行校正测压进行校正。8.2 常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表School of Nuclear Science and Technology31/388.2 常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表School of Nuclear Science and Technology32/388.2 常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表常用弹性元件和弹性式压力和压差仪表School of Nuclear Science and Technology33/388.3 压力和压差变送器压力和压差变送器压力和压差变