培训班热工测量及仪表专题

1、 热工测量及仪表专题介绍一、测量系统的组成感受件变送件显示件 单值 线性 灵敏 放大信号 标准化电信号（4-20mA,1-5V)二、温度测量测温范围测温范围1001000 0C-1600C-16000 0C C温度信号变成电势信号测温范围-2000 0C-500C-5000 0C C温度信号变成电阻信号温度信号变成电阻信号接触式测温热电偶温度计热电阻温度计非接触式测温红外温度计比色温度计二、温度测量-热电偶温度计自由端（参考端、冷端）自由端（参考端、冷端） 测量端（工作端、热端）测量端（工作端、热端） 热电极热电极A A热电极热电极B BT TT T0 0热电偶的热电势：由两种不同材料导体组成

2、的闭合回路，当两个接点温度不同时，则会路产生热电势。二、温度测量-热电偶温度计热电偶的热电势由温差电势和接触电势组成。 温差电势 接触电势)()(0tteAAAeA( )ABt二、温度测量-热电偶温度计热电偶的回路总电势：)(te-(t)e)t(t,E0ABAB0AB0000(, ) ()()( )( )()( )A BA BAAA BBBE tttttttt二、温度测量-热电偶温度计热电偶的冷端温度补偿：)(te-(t)e)t(t,E0ABAB0AB材料与对应的热电偶不同，价格便宜，低温下热电性质相同。使用补偿导线的注意事项：在0-100范围内与热电偶具有相同的热电特性；极性不能接反；型号与

3、热电偶一致接入点温度一致。用补偿导线连接到热电偶的冷端，延伸至恒定冷端温度，在达到冷端温度恒定要求的同时，降低造价。补偿导线补偿型延伸型材料与对应的热电偶相同，但准确度要求略低。二、温度测量-热电偶温度计铠装型热电偶可铠装型热电偶可 长长达上百米达上百米薄壁金属薄壁金属 保护套管（铠体）保护套管（铠体） BA绝缘材料绝缘材料法兰法兰二、温度测量-热电偶温度计的应用被测物体ABAB两支热电偶串联，可实现较低温度的测量。E=2EAB(t,t0)tt被测物体ABBA两支热电偶反向串联，可实现温差的测量.E=EAB(t1,t2)t1t2t0t0t0t0t0t0t0t0二、温度测量-热电阻温度计薄膜型及

4、普通型铂热电阻 二、温度测量-热电阻温度计铜热电阻铜热电阻三、压力测量-1151电容式压力（压差）传感器dACv改变改变d d能够获得较高灵敏度，可测量微米数能够获得较高灵敏度，可测量微米数量级的位移；量级的位移；v改变改变A A只适用于测量厘米数量级的位移；只适用于测量厘米数量级的位移；v改变介电常数，常用于物位测量。改变介电常数，常用于物位测量。采用变电容器原理，利用弹性元件受压变形来改变可变电容器采用变电容器原理，利用弹性元件受压变形来改变可变电容器的电容量，然后通过测量电容量便可以知道被测压力的大小，的电容量，然后通过测量电容量便可以知道被测压力的大小，从而实现压力电容转换。从而实现压

5、力电容转换。电容式压力变送器是将压力的变化转化为电容量的变化，然后进电容式压力变送器是将压力的变化转化为电容量的变化，然后进行测量的变送器。它是一种开环检测仪表、具有结构简单、过载行测量的变送器。它是一种开环检测仪表、具有结构简单、过载能力强、测量精度高、体积小、重量轻、使用方便等特点。能力强、测量精度高、体积小、重量轻、使用方便等特点。三、压力测量-1151电容式压力（压差）传感器在实际应用中，为了提高传感器的灵敏度，减小非线在实际应用中，为了提高传感器的灵敏度，减小非线性，提高抗干扰能力（如电源电压环境温度等）常性，提高抗干扰能力（如电源电压环境温度等）常常做成差动的形式。常做成差动的形式

6、。dKCCCC1212采用下述信号处理方法可消采用下述信号处理方法可消除非线性及工作温度的影响：除非线性及工作温度的影响：三、压力测量-1151电容式压力（压差）传感器电容式差压变送器测量部分测量部分测量部分包括电容测量部分包括电容膜盒，高低压室及膜盒，高低压室及法兰等组成。法兰等组成。测量原理：将被测测量原理：将被测压力的变化转换成压力的变化转换成电容量的变化。电容量的变化。当采用差动时，C CL L增加,C,CH H减少，电容总变化量为)dd(ddCC20000012pKKdKddCCCCHLHL210200 为什么采用差动平板电容？为什么采用差动平板电容？与非差动相比，灵敏性有所提高和非

7、线性程度减小，但非线性仍不满足高精度要求。 实际中，为什么采用电容之差与电容之和比值：实际中，为什么采用电容之差与电容之和比值：三、压力测量-1151电容式压力（压差）传感器三、压力测量-应变式压力（压差）传感器测量原理：利用金属应变测量原理：利用金属应变片或半导体应变片将测压片或半导体应变片将测压弹性元件的应变转换成电弹性元件的应变转换成电阻变化。阻变化。 组成：感压弹性元件和应变组成：感压弹性元件和应变片二者结合成一体。片二者结合成一体。 测量电路的工作：将应变片测量电路的工作：将应变片电阻的变化转换成电流或电电阻的变化转换成电流或电压输出是由测量电路完成的。压输出是由测量电路完成的。 测

8、量桥路三、压力测量-应变式压力（压差）传感器 应变片的贴法：两片在膜片中心感受正的轴向应力，两片在边 缘感受负的轴向应变。三、压力测量-压力仪表的选择与安装取压口应与工质流速方向垂直，与设备内壁平齐取压口应与工质流速方向垂直，与设备内壁平齐u 防止仪表感受件与高温和有害的被测介质接触。高温介质要冷防止仪表感受件与高温和有害的被测介质接触。高温介质要冷凝，含尘气体要设灰尘捕集器；腐蚀介质应加装隔离容器凝，含尘气体要设灰尘捕集器；腐蚀介质应加装隔离容器u 仪表与取压口如不在同一水平上，应注意校正由于高度差对仪仪表与取压口如不在同一水平上，应注意校正由于高度差对仪表造成的额外的读数误差。表造成的额外

9、的读数误差。u 压力取出口位置，测量气体介质应在工艺管道的上部，测量蒸压力取出口位置，测量气体介质应在工艺管道的上部，测量蒸汽应在工艺管道的两侧，测量液体压力应在工艺管道的下部。汽应在工艺管道的两侧，测量液体压力应在工艺管道的下部。四、流量测量流量测量方法容积式速度式质量式椭圆齿轮流量计腰伦流量计涡轮流量计漩涡流量计超声波流量计电磁流量计（被测介质为导电的液体）差压式流量计科里奥利质量流量计四、流量测量-漩涡流量计漩涡流量计是漩涡流量计是7070年代发展起来的一种新型流量计。它适用于气年代发展起来的一种新型流量计。它适用于气体流量和液体流量测量。仪表的精确度高（达体流量和液体流量测量。仪表的精

10、确度高（达1.01.0），量程），量程比宽（比宽（B=30 B=30 ：1 1），输出线性好。它输出频率信号，抗干扰性），输出线性好。它输出频率信号，抗干扰性能好，便于远距离传输，在火电厂可用于送风流量的测量。能好，便于远距离传输，在火电厂可用于送风流量的测量。 漩涡流量计由检测器和转换器组成。在流动的流体中放置一根其在流动的流体中放置一根其轴线轴线与流向垂直的非流线性柱形体与流向垂直的非流线性柱形体( (加加三角柱、圆柱等三角柱、圆柱等) )，称之为漩涡发，称之为漩涡发生体。当流体沿漩涡发生体绕流生体。当流体沿漩涡发生体绕流时，会在漩涡发生体下游产生时，会在漩涡发生体下游产生不不对称但有规律

11、的交替漩涡列，这对称但有规律的交替漩涡列，这就是所谓的卡门涡街现象。就是所谓的卡门涡街现象。四、流量测量-漩涡流量计涡街稳定的条件：h/L=0.281时tvSfl)Dl.(DvDq25114422体积流量与频率之间的关系：漩涡发生的频率：f=Stv/lSt斯特劳哈尔数。它是以柱体特征尺寸l计算流体雷诺数Rel的函数，在500150000范围内基本不变，柱体）0.2,三角体0.16。漩涡发生频率漩涡发生频率f f 的检测方法的检测方法v热检出法：三角柱迎流面中间对称嵌热检出法：三角柱迎流面中间对称嵌入两个热敏电阻入两个热敏电阻v差压法：电容、应变片差压法：电容、应变片四、流量测量-节流变压降流量

12、计工作原理：在管道内装入节流件，流束将在节流件处形成局部收缩，使流速增大，静压力降低，于是在节流件前后产生压力差。在节流件一定；流体状态一定；管道工况一定；取压方式一定的条件下，管道流量与节流差压流量计的差压信号有确定的关系，因此可通过测量差压来测流量。四、流量测量-节流变压降流量计标准节流装置：节流件、取压装置、节流件上游侧的第一个阻力件、第二个阻力件，下游侧的第一个阻力件，以及它们之间的直管段。适用于单相、均质、圆形管道流体的测量。标准节流件及取压方式：标准孔板-角接取压和法兰取压标准喷嘴-角接取压pDCpdCqv1224124241241五、成分分析仪表-氧化锆氧量计炉烟成分自动分析过剩

13、空气系数保持在一定范围，可保证燃料完全燃烧，又不过多地增加排烟量和降低燃烧温度。过剩空气系数可通过分析的O2和CO2含量来判断。火电厂锅炉燃烧质量如何检测？氧含量与有单值关系，且此受燃料品种的影响较小；氧量计的反应比二氧化碳表计快。所以目前电厂中大量采用氧量计测过剩空气系数。五、成分分析仪表-氧化锆氧量计氧化锆氧量计是最近二十年发展起来的一种新型烟气氧含量分析测量仪表。由传感器（氧化锆探头）和变送显示器组成。按安装方式可分为抽出式和直插式。目前广泛应用在火力发电、采暖、炼油、化工、轻纺、水泥等工业领域。氧化锆氧量计的工作原理（电化氧化锆氧量计的工作原理（电化学的浓差电池原理）：氧化锆学的浓差电

14、池原理）：氧化锆固固体电解质体电解质，在，在高温高温下下两侧氧浓度两侧氧浓度不同不同时形成浓差电池，该电池产时形成浓差电池，该电池产生的电势与两侧氧浓度有关。固生的电势与两侧氧浓度有关。固定一侧氧浓度，可通过测量输出定一侧氧浓度，可通过测量输出电势来测量另一侧的氧浓度。电势来测量另一侧的氧浓度。氧化锆固体电解质的形成：氧化锆晶体在氧化锆固体电解质的形成：氧化锆晶体在15001500时易发生变形，时易发生变形，因此在氧化锆晶体中参杂因此在氧化锆晶体中参杂CaOCaO或或Y Y2 2O O3 3高温焙烧。高温焙烧。思考题：氧浓差电势产生的条件？思考题：氧浓差电势产生的条件？五、成分分析仪表-氧化锆

15、氧量计正极： O24e 2O2-负极： 2O2-O24e 空气空气烟气烟气1212lnlnnFRTppppnFRTE能斯特公式：参比气样氧容积浓度；参比气样氧容积浓度；待测气样氧容积浓度待测气样氧容积浓度。21五、成分分析仪表-氧化锆氧量计氧化锆氧量计使用中注意事项 氧化锆传感器需要恒温或在计算电路氧化锆传感器需要恒温或在计算电路中采取补偿措施，以消除传感器温度中采取补偿措施，以消除传感器温度（池温）对测量的影响。氧化锆氧量计（池温）对测量的影响。氧化锆氧量计又分为恒温式和补偿式两种。又分为恒温式和补偿式两种。氧化锆传感器要在一定高温下工作，氧化锆传感器要在一定高温下工作，以保证有足够高的灵敏

16、度。以保证有足够高的灵敏度。保持参比气样的压力与待测气样的压保持参比气样的压力与待测气样的压力相等。力相等。保持参比气样和待测气样一定的流速，保持参比气样和待测气样一定的流速，以保证测量的准确性。以保证测量的准确性。氧化锆纯度要高，存在杂质会降低输氧化锆纯度要高，存在杂质会降低输出电势。致密性要好，否则氧离子直接出电势。致密性要好，否则氧离子直接穿过。穿过。显示仪表具有较的输入阻抗。显示仪表具有较的输入阻抗。空气给水泵去烟囱凝汽器空预器空气空气燃料汽包省煤器再热器过热器水冷壁汽轮机锅炉灰斗发电机锅炉水循环效果变差水冷壁超温被烧坏爆管水位过低水位过低一、汽包水位测量的背景知识六、汽包水位测量-火

17、电厂生产流程六、汽包水位测量火电厂常用水位计：火电厂常用水位计：云母水位计、双云母水位计、双色水位计、差压式水位计和电接点水色水位计、差压式水位计和电接点水位计。位计。v云母水位计：就地安装在汽包上，云母水位计：就地安装在汽包上，指示直观，可靠，但监视不便。可采指示直观，可靠，但监视不便。可采用闭路工艺电视远距离监视双色水位用闭路工艺电视远距离监视双色水位计。计。v差压式水位计受汽包压力影响大，差压式水位计受汽包压力影响大，需进行汽包压力补偿。需进行汽包压力补偿。v电接点水位计指示受汽包压力变化电接点水位计指示受汽包压力变化影响小，并方便远传，缺点是指示不影响小，并方便远传，缺点是指示不连续。

18、连续。水位名称：指示水位、实际水位、重量水位（差压式）六、汽包水位测量-水位测量系统的配置 新建锅炉汽包应配备2套就地水位表和3套差压式水位测量装置，2套就地水位表中的1套可用电极式水位测量装置替代。 在役锅炉汽包可根据现场实际和新建锅炉的配置要求进行相应的配置。 锅炉汽包水位的调节、报警和保护应分别取自3个独立的差压变送器进行逻辑判断后的信号，并且该信号应进行压力，温度修正。 就地水位表可采用玻璃板式、云母板式、牛眼式。六、汽包水位测量-汽包水位测量故障 19901990年年1 1月月2525日，河南新乡电厂日，河南新乡电厂2 2号锅炉满水事故。在锅炉灭号锅炉满水事故。在锅炉灭火后恢复过程中

19、，给水调节门漏流大，未能有效控制水位，火后恢复过程中，给水调节门漏流大，未能有效控制水位，汽包满水，汽温急剧下降，汽缸等静止部件变形，汽机大轴汽包满水，汽温急剧下降，汽缸等静止部件变形，汽机大轴弯曲、轴系断裂。弯曲、轴系断裂。 19971997年年1212月月1616日，秦皇岛热电厂日，秦皇岛热电厂#4#4锅炉断水、低水位保护和锅炉断水、低水位保护和后备保护失效的情况下，由于云母水位计量程小，电接点水后备保护失效的情况下，由于云母水位计量程小，电接点水位计误显示有水，差压水位计正误差大，人员判断错误，致位计误显示有水，差压水位计正误差大，人员判断错误，致使锅炉较长时间在断水状态下运行，导致水冷壁