热工测量及仪表基础知识.ppt

1、目录，仪器分类，温度，流量，阀门，调节阀变送器，1。仪器分类、检测仪器-检测元件、变送器和显示设备统称为检测仪器。主要仪器一般来说，它是用来将被测对象转换成便于测量的物理量的仪器，即检测元件。主要测量仪器与介质直接接触，安装在室外。辅助仪器将测量信号转换成可测量的标准电信号并显示出来的仪器。包括发射机和显示设备。2.温度根据使用的测量范围进行划分：测量600度以上的温度测量仪器通常称为高温计；600以下的测量仪器称为温度计；根据用途：标准仪表和实用仪表根据工作原理分为五类：膨胀温度计、压力温度计、热电偶温度计、热电阻温度计和辐射高温计；根据测量方法，温度可分为接触式和非接触式。前者测温元件与被

2、测介质直接接触，使被测介质与测温元件充分换热，达到测温的目的；后者测温元件不与被测介质接触，通过辐射或对流换热达到测温目的。2.1膨胀温度计膨胀温度计基于物体受热时体积膨胀的特性。玻璃管温度计属于液体膨胀温度计，双金属温度计属于固体膨胀温度计。双金属温度计中的感温元件是由两块线膨胀系数不同的金属片焊接而成。双金属片受热后，由于两个金属片的膨胀长度不同，会发生弯曲。温度越高，线性膨胀长度的差异越大，因此弯曲角度越大。双金属温度计就是根据这一原理制造的。它是由双金属片作为螺旋感温元件，加上金属保护套。当温度变化时，螺旋的自由端绕中心轴旋转，并带动指针在刻度盘上指示相应的温度值。2.1双金属温度计双

3、金属温度计是测量中低温的现场测量仪器。它能在各种生产过程中直接测量-80 500范围内的液体、蒸汽和气体的温度。特点：现场显示温度，直观方便；安全可靠，使用寿命长；多种结构形式可以满足不同的要求。2.1在火电厂中，温度测量对于保证生产的安全性和经济性具有重要意义。2.1在火电厂中，温度测量对于保证生产的安全性和经济性具有重要意义。2.2热电阻热电阻是中低温区最常用的温度探测器(-200500)。其主要特点是测量精度高，性能稳定。其中，铂热电阻的测量精度最高，被广泛应用于工业温度测量，并被制成标准参考仪器。热电阻测温原理及材料：热电阻测温是基于金属导体电阻值随温度升高而增加的特性。大多数热电阻是

4、由金属材料制成的，目前使用最广泛的是铂和铜。此外，铑、镍和锰等材料已被用来制造热电阻。热电阻测温系统的组成：热电阻测温系统一般由热电阻、连接线和数字温控显示仪表组成。必须注意两点：“热电阻和数字温控显示表的刻度数必须一致；为了消除连接线电阻变化的影响，必须采用三线连接方式。”常用的工业热阻包括：铠装热阻、组件热阻和防爆热阻。2.2.1热电阻测温在火电厂的具体应用。锅炉给水、排烟、轴承回油和循环水的温度传统上，热阻元件通常被称为热阻。2.2.3热电阻的类型和结构。工业热电阻有两种类型：普通热电阻和铠装热电阻，由感温元件、引出线、保护套管、接线盒和绝缘材料组成。并非所有金属材料都可以用来制作热阻，

5、但制作热阻的材料应满足以下要求：(1)电阻的温度系数大，电阻与温度的线性关系尽可能接近；(2)电阻率高，从而使热阻体积变小；(3)在温度测量范围内物理和化学性质稳定；(4)工艺性好，易于复制，价格低廉。根据上述要求，铂、铜、铁、镍等材料适合制作热电阻线。目前，最广泛使用的热电阻材料是铂和铜，它们已被制成标准化的热电阻。2.2.4热阻的选择原则。选择热电阻进行温度测量时，应考虑以下几点：(1)温度测量范围。了解经常测量的温度值和温度变化范围，以便正确选择热阻的测量范围。(2)温度精度。应明确要求测量精度，不应盲目追求最高精度，因为精度越高，热阻的价格越高，应选择满足测量要求且准确合适的热阻。(3

6、)温度测量环境。应明确化学因素、机械因素和电磁场干扰，这对正确合理地选择保护管材料、形状和尺寸非常有用。金属保护管一般在500以下使用。(4)成本。在测量准确和使用寿命长的情况下，成本越低越好。2.3热电偶热电偶温度计是一种基于热电效应的温度测量仪器。它结构简单，测量范围广，使用方便，温度测量准确可靠，信号远程传输、自动记录和集中控制方便，在工业生产中得到广泛应用。热电偶温度计由三部分组成：热电偶(温度传感元件)；测量仪器(动圈仪或电位器)；连接热电偶和测量仪器的电线(补偿线)。热电偶是工业上最常用的测温元件之一。它是由两种不同材料的导体甲和乙焊接而成。焊接的一端插入被测介质中，感受被测温度，

7、称为热电偶的工作端或热端，另一端用导线连接，称为冷端或自由端(参考端)。2.3.1热电效应，如连接热电偶的两个冷端形成一个闭合回路，当热端温度和冷端温度不相等时，回路中有电流流动，这表明回路中产生电动势。热电偶的两个接点之间的温差产生的电动势称为热电(动态)势，上述现象称为热电效应或塞贝克效应。热电偶利用热电效应来测量温度。更具体地说，热电势由接触电势和温差电势组成。(详见p19)，2.3.2热电偶基本定律，1。均匀导体定律由均匀导体组成的闭合回路不会产生热电势，不管它的集合大小和温度分布如何。该定律表明：(1)热电偶必须由两种不同材料的同质热电元件组成；(2)热电势与热电极的几何尺寸(长度、

8、横截面积)无关；(3)当由导体组成的闭合回路中存在温差时，如果回路中产生热电势，则导体必须是不均匀的，从而可以检查热电极材料的均匀性；(4)由两个均匀导体组成的热电偶的电势只取决于两个接头的温度，与中间温度的分布无关。对热电极材料的基本要求如下：(1)物理性能稳定，2.3.2热电偶的基本定律，2。中间导体定律在由不同材料组成的闭合回路中，如果所有材料接触点的温度相同，回路中的热电势之和等于零。根据该定律，可以得出以下结论：第三、第四或更多均匀导体连接在热电偶回路中，只要连接导体两端的温度相等，它们对回路中的热电势没有影响。2.3.2热电偶的基本定律(详见P20-P22)，3。中间温度定律由两种

9、不同材料组成的热电偶回路的结温为T和t0，当结温分别为T、tn和tn、t0时(tn为中间温度)，它们等于热电偶热电势的代数和。从该定律可以得出以下结论：(1)已知热电偶处于给定的冷端温度。这为热电偶分度表的制作和使用奠定了理论基础。(2)为补偿导线的使用提供了理论依据。通常，两根与0100范围内使用的热电偶具有相同热电特性的廉价金属线称为补偿线。2.3.3热电偶的类型，(1)标准化热电偶标准化热电偶是指热电势与温度的关系和允许误差在国家标准中有规定，并有统一的标准刻度和配套的显示仪表可供选择的热电偶。标准化热电偶的使用特点(详见P23表2-3)(2)非标准化热电偶在使用范围或数量级上不如标准化

10、热电偶，一般没有统一的分度表，主要用于一些特殊场合的测量。非标准热电偶的使用概述(详见P24表2-4)和2.3.4热电偶的结构。为保证热电偶可靠稳定运行，其结构要求如下：(1)组成热电偶的两个电极的焊接必须牢固；(2)两个热电极应良好绝缘，以防短路；(3)补偿线与热电偶自由端的连接应方便可靠；(4)保护外壳应确保热电极与有害介质完全隔离。根据热电偶的不同用途，通常分为以下几种形式：(1)普通热电偶(详见P24图2-7)；(2)铠装热电偶(详见P25图2-8)；(3)热套热电偶(详见P25图2-9)；(4)薄膜热电偶(详见图2-10)；(5)快速自耗热电偶(详见图2-11)。2.3.5热电偶的冷

11、端温度补偿。从热电偶测温原理可知，只有当热电偶冷端温度保持不变时，热电势才是被测温度的单值函数。在实际应用中，由于热电偶的热端与冷端非常接近，冷端暴露在空间中，容易受到环境温度波动的影响，因此很难保持冷端温度恒定。为了消除冷端温度变化对测量的影响，可以采用以下冷端温度补偿方法。(详见P26-P28)(理解)1。恒温法2。公式修正方法3。显示仪表4的机械零点调整方法。补偿线方法5。补偿装置方法6。辅助热电偶法2.3.6热电偶材料(理解)材料分为四种廉价金属-铁-康铜、镍-铬-铜、镍-铬-镍-硅贵金属-铂铑-铂、铂铑30-铂铑6；难熔金属-钨-铼非金属-碳化钨2.3.7热电偶产品(理解)产品有8个

12、名称、分度号和测量范围/镍铬-铜E -200900铁-康铜J -200750铜-康铜T -200350镍铬-硅-镍铬N -2001300镍-硅K -2001300铂-铑10-铂S 01300铂-铑13-铂1 R 01300热电偶型补偿线型合金材料-镍铬-铜镍铬-铜镍铬-铜铁-铜铁-铜铁-铜铜-铜铜-铜铜-铜铜-镍铬-镍硅铜-铜铜铜-铜铜铜。2.3.9国内热电偶生产厂家介绍(了解):上海自动化仪表厂、Xi安仪表厂、重庆川仪、常州热工等。外国：德国的WIKA，美国的Raytek等。3流量测量和仪表，在火力发电厂的热力生产过程中，流量是反映过程中物质、工作流体或能量的产生和传递的量。因为流体(水、蒸

13、汽、煤、油等)的流速)直接反映设备效率和负荷等运行条件，有必要连续监测水、蒸汽、煤、油等的流量或总量。监测的目的包括：(1)为了经济核算，需要测量锅炉的原煤消耗和汽轮机的蒸汽消耗；(2)锅炉汽包水位的调节应基于给水流量和蒸汽流量的平衡；(3)在额定压力下，监测锅炉每小时的蒸发量和给水泵的给水流量，判断设备是否在最经济、最安全的条件下运行。由此可见，流体流量的连续监测和测量对热力设备的安全经济运行具有重要意义。3.1流量的概念，即单位时间内通过管道横截面的流体量，称为瞬时流量q，简称流量。根据不同的质量单位，流量可分为“质量流量qm”和“体积流量qv”。瞬时流量是判断设备工作能力的基础，反映了设

14、备当时运行的负荷，因此流量监测的内容主要在于监测瞬时流量。一般来说，我们所说的流动是指瞬时流动。3.1流量的概念，即在一段时间内通过管道横截面的流体量，称为流过的流体总量。例如，汽轮机在24小时内消耗的主蒸汽量和供热网在24小时内供应的热蒸汽(水)量。监测流体总量是为了给热效率计算和成本核算提供必要的数据。显然，流体流量的总量可以通过在这段时间内将瞬时流速与时间积分来获得，因此流体总量也称为积分流速或累积流速。流体总量除以总量的时间间隔称为这段时间内的平均流速。测量瞬时流量的仪器叫做流量计。测量总流量的仪器称为流量计，通常由流量计和积分装置组成。根据原理，流量计分为：机械式：差压式、浮子式、涡

15、街式等。声学：超声波电：电磁流量计等选择步骤：1。根据流体类型和仪表性能、流体特性、安装条件、环境条件和经济因素五个方面，初步选择可用的仪表类型；2 .根据用户的要求，其余仪器类型按顺序排出；3 .经过五个因素的仔细评估，最终淘汰为一种仪器类型。3.1差压流量计是工业生产中使用最多的流量计，也是目前生产中较为成熟的流量测量仪器之一。它基于流体流动的节流原理，利用流体流经节流装置时产生的压差实现流量测量。它由节流装置、导压管道和差压计或差压变送器及其显示仪表组成。差压流量计的特点是：方法简单，无运动部件，运行可靠，使用寿命长，量程比约为3:1，管径为501000毫米，在各种工况下几乎为单相流体流动；缺点：小口径管道流量测量困难，压力损失大，仪表刻度非线性，测量精度不高，维护工作量大，传感元件和显示仪表必须配套使用。3.1.1差压流量计的测量原理对于具有一定形状和尺寸的节流件，在一定的压力测量位置、前后直管段、一定参数的流体等条件下，节流件前后的压差