热工测量及仪表.docx

一、温度1.温度的宏观概念：冷热程度的表示。微观概念：大量分子运动的平均强度。特征：分子运动愈激烈其温度表现越高。2，温度测量分为两大类。1.接触式测温：2.非接触式测温：二、热电偶1.原理：将温度信号转换成电势（mV）信号，配以测量毫伏的仪表或变送器可以实现温度测量。特点：结构简单、制作方便、测量范围宽、准确度高、性能稳定、复现性好、体积小、响应时间短。2.分类：铂铑10-铂热电偶（S型）01700（高温测量）铂铑30-铂铑6热电偶（B型）01700（高温测量）镍铬-镍硅热电偶（K型常用）-200+1300正极是镍铬合金，负极为镍硅。铜-康铜热电偶（T型实验室常用）-200+400（制冷冰箱）正极是铜，负极是铜镍合金镍铬-康铜热电偶（E型）-200+1000铁-康铜热电偶（J型）-20013003.常用的补偿（修正）方法：冷端恒温法、计算修正法（熟练掌握）补偿导线法、冷端补偿器4.热电偶回路的基本定律:均质导体定律、中间导体定律、中间温度定律、标准电极定律三、热电阻1.原理：导体或半导体的电阻随温度变化的性质大多数金属在温度升高1时电阻将增加0.40.6。半导体电阻一般随温度升高而减小，其灵敏度比金属高，每升高1，电阻约减小26。2.常用热电阻种类主要有铂电阻、铜电阻和半导体热敏电阻。2.1铂电阻温度计（标准铂电阻有10 和25）W铂的优点：稳定性好、耐氧化性能很强。物性稳定。ITS-90规定，在-259.34630.74范围，铂电阻温度计作为基准温度仪器。易提纯，铂电阻精度高，复现性好；工艺性好，可制极细的铂丝（0.02 mm）或极薄的铂箔。铂的电阻率较高。铂的缺点：电阻温度系数比较小（ 3.910-3 W/）；价格高。铂电阻在100时电阻值R100与0时电阻值R0之比，即W100=R100/R0。W100越大，其纯度越高R0为温度为0时铂电阻的电阻值（Pt100为100，Pt10为102.2铜电阻普遍用于测量精度要求不高、温度较低的场合，测量-50150的温度。缺点：电阻率小、铜很容易氧化，工作温度的上限为150、铜电阻价格便宜，因此仍被广泛采用。2.3半导体热敏电阻温度计在-50350、测温要求不高的场合，通常采用半导体热敏温度传感器。如家电、汽车的温度控制。半导体热敏电阻通常用铁、镍、锰、钴、钼、钛、镁、铜等复合氧化物高温烧结而成。大多数半导体热敏电阻具有负的温度系数。3热电阻的外引线有3种。（P92）两线制：在热电阻感温元件的两端各连一根导线的引线形式。配线简单，安装费用低，存在引线电阻的附加误差，不适用于A级热电阻。在使用时引线及导线都不宜过长。三线制：在热电阻感温元件的一端连接两根引线，另一端连接一根引线(见图) 。构成测量电桥，可以消除内引线电阻的影响，测量精度高于两线制。四线制：在热电阻两端各连2根引线，主要用于在高精度测量；不仅可以消除内引线电阻的影响，而且在连接导线阻值相同时，消除该电阻的影响。还可以通过改变测量热电阻中的电流方向，消除测量过程中的寄生电势影响。4. 热电阻测温系统的误差：热电阻的基本误差；指示仪表的误差；电阻体自热误差；引线电阻误差自热误差：由通过电阻的电流引起；电流大可提高输出信号，但带来的自热误差也大。一般工业热电阻工作电流被限制在6mA以内，这样自热温差就不会超过0.1 。4、 其他接触式测温仪表1.双金属温度计：用做一般的工业用仪表液体玻璃温度计：全浸式多用于实验室和标准温度计；部分浸入式用于一般工业测温5、 非接触式测温5灯丝隐灭式光学高温计是一种典型的单色辐射光学高温计，在所有的辐射式温度计中它的精度最高；灰色吸收玻璃的作用扩大光学高温计量程6.光学高温计优点：结构相对较简单，灵敏度高，测量范围广，使用方便；缺点：由于要靠手动调节灯丝的亮度，由眼睛判别灯丝的“隐灭”，故观察误差较大，也无法实现自动检测和记录。6、 压力表1.压力的表示方法：1：绝对压力以绝对真空作为零点压力标准。2表压力：以大气压作为零点压力标准。3相对压力（差压力）：以大气压以外的任意压力为零点压力标准。4负压力或真空：低于大气压的压力。2.标准仪表的选择原则：标准表的允许绝对误差：应小于被校表的允许绝对误差的1/31/5，这样可忽略标准表的误差，将其示值作为真实压力。将被校表示值与标准压力比较的方法主要用于校验0.25级以上的精密压力表，亦可用于校验各种工业用压力表。3.弹簧管压力计的精度等级：普通型：1.0、1.6、2.5、4 级；精密型：0.16、0.25、0.4 级。热电偶真空计：热偶规管：由玻璃壳、铂丝、热电偶构成。加热丝通以恒定电流，用于加热热电偶，其温度为100200 。电离真空计：电离规管由阴极(灯丝)、螺旋形栅极(加速极)和圆筒形收集极构成4.压力传感器：测量压力并提供远传电信号的装置。压力传感器可以直接将被测压力变换成各种形式的电信号，适合于自动化系统集中检测与控制的要求。电阻应变式传感器、电容式压力传感器、电感式压力传感器、力平衡式压力传感器压电式压力传感器（动态压力检测中常用的传感器）振筒式压力传感器（气体测量）5.动态校准。压力传感器的频率响应特性决定了传感器对动态压力测量的适用范围和测量精度。用于动态压力测量的传感器或测压系统必须进行动态校准，以确定其动态特性参数（如频率响应函数、固有频率、阻尼比）。7、 气体流速测量1.测量气流速度的方法很多，但在热能动力领域，目前最常用的是空气动力测压法，典型仪器是测压管。测压管可分为总压管、静压管、动压管、方向管和复合管。2.恒温风速计的基本原理是利用反馈电路使热线温度和电阻保持恒定在恒温风速仪中，速度脉动引起的测量桥路不平衡误差信号，经过放大，并按一定的相位关系反馈到桥路顶端，调整桥路供电电压，使测量桥路自动平衡。3. 激光多普勒测速方向模糊性的解决办法：光束的频移。使入射到散射体的两束光之间的一束光的频率增加，这样散射体中的干涉条纹就不再是静止不动，而是一组运动的条纹系统，在检测器检测到的一个静止的粒子产生的信号频率等于光束增加的频率V。如果粒子运动的方向与干涉条纹运动的方向相反，则得到大于光束增加频率V的多普勒频率，粒子运动的速度方向为正；如果粒子运动的方向与干涉条纹运动的方向相同，则得到小于光束增加频率V的多普勒频率，粒子运动的速度方向为负。4. 粒子图象测速技术(PIV)原理：测量图像的位移x，y。位移必须足够小，使得x/t是速度u的很好的近似5. 对示踪粒子的要求可归结为对粒子的跟随性和适当的颗粒浓度的要求跟随性：粒子必须有足够小的粒径，以便能够跟随流体运动；必须有足够大的粒径，以便产生足够的散射信号光散射和信噪比：粒子尺寸、折射指数和粒子形状等因素会影响光散射的能力；信噪比和颗粒直径近似地成正比关系；粒子的形状也会影响信噪比值颗粒浓度：多于10个粒子对是确保测量正确位移值的必要保证。但是粒子对也不能太多，否则图像就会重叠，从而形成散斑。八、流量测量1.流量测量方法：差压法（孔板、喷嘴）、容积法（椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、刮板流量计）速度法（转子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、超声流量计）质量流量法2.节流式流量计（属于速度法）原理：在管道中设置节流件，由于流通截面的变化，节流件前后流体的静压力不同，此静压差与流体的流量成一定的函数关系3.标准节流装置为：标准孔板，角接取压；（有环室取压和单独钻孔取压）标准孔板，法兰取压；（由一对带有取压孔的法兰组成）ISAl932喷嘴(标准喷嘴)，角接取压。4. 标准节流装置的管道条件：a) ll的长度取决于节流件上游第一个阻力件形式和节流件的b值，表中所列数值是管道内径D的倍数。b) 如果实际的ll在括号内和括号外的数字之间，则应对流量测量的极限误差算术值加上0.5。c) 若节流件上游有两个阻力件，其间的直管段长度l0 ，取按上游第二个阻力件形式和b=0.7(不论实际b为多少)查附表7-1所得ll的一半。d) 如节流件上游有温度计套管，它与节流件的距离应为5D(3D)(当温度计套管直径0.03D时)或20D(10D)(当温度计套管直径在0.03D0.13D之间时)。一般应尽可能把温度计装于节流件之后，此时要求它与节流件的距离大于5D。e) 如果节流件上游有直径大于2D的容器造成突然收缩或有开敞空间，其与节流件的距离不得小于30D(15D)。f) 如实际使用的节流件上游的阻力件的形式没有包括在附录表7-1内，或要求的三个直管段长度(ll，l2 ，l3)有一个小于括号内的数值或有两个都在括号内外数值之间，则整套节流装置需单独标定。 g) 在节流件上游10D和下游4D的范围内，管道内壁应没有肉眼可见的凸凹不平、沉积物或结垢。h) 为了得到精确的D值和满足管道圆度的要求，应在节流件上游0D，0.5D，1D，2D处取与管道轴线垂直的四个截面，对每个截面等角距地测量四个管道内径，这十六个测量值的算术平均值作为D值，并且平均值与任一单测值的偏差不大于0.3 。对于节流件下游管道，也要在2D范围内这样测量，但要求可降低，单测值可少些，任一单测值与平均值的偏差不大干2。标准节流装置的流体条件：满管，流体必须充满管道内部，并连续流动；单相，流体在物理上和热力学上是单相，流经测量元件时不发生相变；流体的速度一般低于音速。流体必须是在圆管内流动，且已知密度和粘度，流速稳定，不存在旋涡，只允许流量缓慢变化5.涡轮流量计安装位置应避免振动，避免强磁场及热辐射，上下游应保证有足够的直管段(上游为20D，下游为5D)电磁流量计最好垂直安装，并使流体自下而上通过变送器；若由于条件限制，只允许水平安装时，则必须保证两电极处于同一水平面上；安装地点应避免有较强的交直流磁场或有剧烈震动；上游直管段大于5D靶式流量计流量计前后应有必要的直管段，一般流量计前大于5D，流量计后大于3D；流量计一般水平安装，如果必须安装在垂直管道上时，由于重力影响，产生零点漂移，安装后要重新涡街流量计装漩涡发生体时，应使其轴线与管道轴线垂直。对于三角柱、梯形或柱形发生体，应使其底面向着流束，底面法线应与管道轴线重合，其夹角最大不应超过 56.钟罩式气体流量标准装置是一个具有恒压源(并给出标准容积)的气体流量标准装置。可动的钟罩和固定的液槽形成容积可变的密封空腔。钟罩下降过程中，通过压力补偿机构，使其内部气体压力不随钟罩浸入密封液体中的深度而变化。以钟罩内有效容积为标准，当钟罩下降时，钟罩内气体经实验管道排出，排往被检仪表，以钟罩内排出的气体容量值比较被检仪表的累计流量显示值，从而计算出被检仪表的精度。9、 热学法热学法利用了高温熔融液体本身的特性，即在空气和高温液体的分界面处温度场出现突变的特点，用测量温度的方法间接获得高温金属熔液液位。热学法按温度测量转换原理的不同，通常又分为热电法和热磁感应法。 热电法采用热电偶测量温度场。热电法原理：在容器壁上选定一系列测量点，装上热电偶;将各测点上热电偶的输出记录下来，得到温度-电势分布曲线;曲线上反映出两个测点之间产生了温度突变，因此液面就在两个测