火电厂热工过程自动化的主要内容.doc

热工过程自动化的主要内容1、 热工参数自动检测利用各种监测系统及仪表对表征热工过程状况的各种参数进行连续的检测和显示。主要热工参数：温度、压力、流量、夜位等。2、热工自动调节系统当某一参数在外界干扰的影响下，偏离正常工艺条件时，借助自动调节装置自动使参数回到规定的数值范围内。如：汽包水位自动调节系统。图调节器显示仪表D HWH0a主汽压力变化调节给煤量(练习)b炉膛负压调节引风量c燃烧调节送风量d过热气温调喷水量3、自动信号联锁保护及程序控制当热工参数超出允许的变化范围时，保护系统自动发出声光信号或联锁系统采取紧急措施打开或切断某些通路。如锅炉水为保护，当水位高或低于极限值时，保护系统动作停止锅炉运行。程序控制是按某一程序或时间对系统进行有序操作。如锅炉定期吹灰、排污、辅机起停等。 第一章 测量概述Measure Introduction第一节 测量的基本概念测量技术是研究测量原理，测量方法和测量工具的一门学科。通过测量可以了解生产过程是否符合工艺规程规定，是否达到预定的质量安全指标、经济指标，以便根据测量结果，通过控制系统对生产过程予以正确的调整。测量是监视生产过程的耳目，也是实现生产过程自动化的基础。一、测量的定义measurement definition x=aUxa,国际单位制 International Unit米（m）,千克(kg), 秒(s), 开尔文 (k),摩尔 (mol),坎德拉, 安培(A)例如:1牛顿=1公斤1米/秒平方b,等精度测量c,测量值和真值约定真值相对真值-用标准表指示值代替二、测量方法a 直接测量与间接测量b 接触测量与非接触测量c 静态测量与动态测量过程检测仪表多数采用动态接触间接测量三、测量仪表或系统的组成显示部件传输变送元件传感元件1传感元件2 传输变送元件3 显示部件第二节 测量误差 Measurement error研究的目的 正确估计测量的可信程度,探讨消除或减小误差的方法手段 a 分析误差来源 b 减小其影响c估计误差大小一、测量误差的定义Measurement error definition在测量中，始终中存在着各种各样的影响因素，这些影响因素的变化，使得测量结果与被侧量真值之间存在着一定差别，即测量误差。x=xx0则 x0=xx x二、测量误差的表示方法1 绝对误差x=xx0例如 某介质温度x0=100 x=102 则x =102-100=2x=0 x0 或x02 相对误差实际相对误差引用相对误差三、 误差的种类1.系统误差误差大小或方向具有一定的规律或恒定不变的性质。这种误差叫系统误差。系统误差大小关系测量结果的正确度。产生原因：测量仪表或系统不完善 a 仪表刻度不准 b 校对该标的标准表不准 c 仪表零点没调好d 测量原理不完善 仪表使用不当 操作也暖不熟练 测量环境的影响环境温度、压力 电磁场等都对仪表产生影响2疏忽误差操作者的人为过失，计算出错，读数错误，外来因素。疏忽误差应去除。3随机误差在消除了系统误差之后，多次测量时，由于某些不可知的原因引起测量值或大或小的现象，这个误差随机误差。随机误差大，精密度低。 三 仪表的质量指标Quality specification of instrument1 量程 50100 则 502 仪表的基本误差 一只0500的温度表 在各个校验点出现的测量误差为0 100 200 300 400 5000 +3 -3 -5 -2 +6则 仪表的基本误差 3 仪表的允许误差和准确度等级仪表的基本误差仪表的允许误差仪表的允许误差=仪表的准确度等级准确度等级国家标准用 A表示:A为以下系列值 0.02 0.04 0.05 0.1 0.2 0.35 0.5 1.0 1.5 2.5 4.0如 A=1.0 则允许误差为1.0例如 量程0500,精度等级为1.0级的温度表,其允许误差为1.0,允许的绝对误差为1.0(500-0)= 5使用该仪表时基本误差不允许大于该值,否则为不合格仪表。结论： 仪表的基本误差应小于或等于仪表的允许误差 仪表的允许误差去掉百分号的绝对值即为仪表的精度等级 两只仪表精度等级相同时，量程较大的仪表允许绝对误差也较大测量结果越不准确 仪表的刻度盘的分度值不应小于仪表的允许误差例1 对某机组进行热效率试验，用016压力表来测量10左右的主蒸汽的压力，要求相对误差不超过0.5,试选择仪表的准确度等级? 解:由题意测量值，要求相对误差不超过即对所选用表要求其允许误差选A=0.2级016 4 仪表的变差（滞后误差）Hr H1-H2A 仪表变差 A0仪表变差仪表的允许误差思考题：某表工作特性如图1，当参数逐渐减小时仪表示值偏大还是偏小？（按上行程刻度，指示偏小）5 灵敏度-静态特性参数定义-仪表输出信号的变化量y与产生该变化量的输入信号的变化量x之比 用k表示 即 k=y/xyxx分辨率-能够引起测量系统或仪表的输出量发生变化的输入量的最小变化量要求仪表的分辨率不大于允许误差的1/31/10或小于等于允许误差1/101/3如在点，通过校验得, 不灵敏区不能引起输出变化的最大输入信号的变化量称作仪表的不灵敏区，其值不应超过允许误差，它是衡量仪表起始位置不灵敏程度的指标6 线性度仪表指示7 重复性Bmax作业 1. 一只精度等级为0.5, 量程为01000 的测温仪表，在正常情况下进行校验，所得最大绝对误差为6 。求该表的允许误差和基本误差。该表是否符合原精度等级？2 一只精度为0.1级,量程为010Mpa的压力表,求:(1) 仪表的允许误差； (2).在1.0,5.0,10.0Mpa三个刻度点的示值相对误差；3 若测量某100左右的温度对象，要求测量误差不大于5，现有两支共选择，一支01000，0.5级另一支量程为0200，1.0级问选择哪一支仪表合适？4 书后1-10(P49) 第三章 温度测量仪表Temperature measure3-1 温度测量概述温度是表征物体冷热程度的物理参数，反映了物体内部分子无规则热运动的剧烈程度。一 温标用来度量温度高低的尺度叫温标。温标的种类：1 经验温标 液体在玻璃管内受热膨胀来确定摄氏温标 t 单位华氏温标 F 单位 2 热力学温标 热机从的高温热源吸热为向低温热源放热，热效率定义为 循环过程工质由高温热源吸热量循环过程工质向低温热源所放出的热量单位开尔文（K）国际标准计量大会确定为水的三相点热力学温度为273.16k，将1/273.16定义为1k 则3 国际实用温标热力学温度（符号为T）是基本的物理量，单位为开尔文（k）定义1k等于水的三相点的热力学温度的1/273.16 摄氏温度单位为摄氏度（）量值与开尔文相等ITS90定义了17个纯净介质固定点温度表31规定不同温度范围内复现热力学温标的标准仪器1）0.05 5.0k He蒸汽压温度计2）3.0 24.561k 氦气体温度计3）13.8033k 961.78 铂电阻温度计4）961.78应用以普朗克辐射定律为定义的光学高温计光电高温计。二 温度测量方法1 接触式测温2 非接触式测温3-2 热电偶测温Thermocouple working principle一 热电偶测温的基本原理 热电效应 A B 回路电势： 热电极 热端温度，测量端 冷端温度，参比端1 接触电动势 A B 设 电子电量 波尔兹曼常数热力学温度材料A和B在温度为时的电子密度 同理得如果 则有 2 温差电势3 热电偶回路的总电动势 可以写成 结论：1 只有两种不同性质的材料才能组成热电偶回路，相同材料组成的闭合回路不会产生热电动势2 热电偶回路中热电势的大小只与组成热电偶的材料性质及两端接点处温度有关，而与热电偶丝的直径、长度及沿程温度分布无关。3 假若组成热电偶的材料确定后，且已知并恒定则为常数，热电动势只是温度的单值函数，直接测量热电动势的大小，就可求得温度的数值即测温原理。二 热电偶回路的基本定律1 均质导体定律应用：利用该定律检查电极材料是否均匀2 中间导体定律应用： 在热电偶回路中接入连接导线，串联一显示仪表显示回路热电势值。BC AC A B A B B 3 中间温度定律应用 利用分度表求热电势与温度之间关系为之间某一值，可通过这一定律求冷端不为零热电偶的热电势值，即 *例3-1 某热电偶冷端,热电偶输出毫伏为9.474mv，求t=? （或仪表指示800） 解：由题意得 又因为 A 所以 查表得4 连接导体定律应用 为使用补偿导线提供理论依据三、 热电偶参比端温度的处理Thermocouple cold junction temperature compensation1.冰点法0 冰点槽2 电动势修正法与冷端补偿导线法 如果 则例 用铂铑铂热电偶测量电炉温度,其指示值为800,用水银温度计测得热电偶冷端温度为20 求 : 电炉实际温度为多少？ 解：又因为 所以 查表得补偿导线型号sc kc kx Ex 见表3-8使用补偿导线应注意的问题 （1）各种补偿导线只能与相应型号的热电偶配用 （2）补偿导线正负极与热电偶极性不能接反补偿导线只能在规定的使用温度0100范围内使用（3）补偿导线与热电偶两个连接点温度必须相同3 显示仪表机械零点调整法如冷端温度恒定不变,对仪表机械零点进行调整,即由初始零点调到位置,当热端时,无信号输入指针恰好指在处, 上升指针由开始上升,相当于对仪表预先加了一个这样大的初始电势值。- *4 冷端补偿器法d动圈表+- + - cd +冷端补偿器结构: 由四个电阻组成，是由铜导线绕制的补偿电阻。 当冷端温度为平衡温度时（）, ，电桥电压，为限流电阻。 （时，仪表不用调机械零点） 补偿器工作过程：1 .当时，电桥平衡，测量回路总电势为，仪表机械零点调整至,仪表指针指示为热电偶热端的实际温度2.当冷端温度由上升至时（20上升至25），回路热电势为即如果时，指针指示不变。热电偶分度号不同，需要补偿的电位不同，它们之间的差别仅在的值。的计算：略使用补偿器时注意的问题：（1）热电偶与补偿器分度号要匹配（2）极性不能接反（3）铜电阻与热电偶冷端同处一个温度（4）带自动补偿机构的显示仪表不用接冷端补偿器（5）补偿器平衡温度为零度时，显示仪表不用调机械零点例题：1.用热电偶配接动圈仪表测量温度的电路如图所示。 仪表的机械零点为0，试判断在下表所列情况下， 仪表示值情况，并简述原因。 动圈表-+ 导线1 导线2 0冰点槽 序号 导线1 导线2 正确 偏高 偏低 1 1补 铜 30 20 2 补 补 -20 10 3 铜 补 10 -20 4 铜 铜 30 10 四、 常用热电偶的种类和结构补偿器使用练习1 2 3图热电偶使用例题1 2 3略 习题【例3-3】现有S分度号的热电偶和温度显示仪表组成测温系统。如图3-20所示。被测温度已知为1000.仪表所处环境温度为30。当仪表的机械零位分别为0、30、60时，问仪表的指示各位多少？【例3-4】有一个采用S分度号热电偶的测温系统，如图3-21所示。试问此温度显示仪表的机械零位应调在多少度上？当参比端的温度补偿器的电源开路时，仪表指示为多少？电源极性接反时，仪表指示又为多少？【例3-5】现有 E分度号的热电偶、温度显示仪表，它们之间由相应的补偿导线相连接，如图3-22所示。已知测量端温度t=800，接点温度t1=50，仪表环境温度 tn=30，仪表机械零点tm=30。如果将补偿导线换成铜导线，仪表指示为多少？如将两根补偿导线的位置对调，仪表的指示又为多少？热电偶的材料与结构 (material and structure) 工业常用热电偶外型结构形式：1) 普通型热电偶，主要由热电极、绝缘管、保护套管、接线盒、接线端子组成；2) 铠装热电偶；3) 多点式热电偶此外，还有隔爆热电偶、表面热电偶、抽气热电偶等，适用于各种特殊场合。 热电偶分度号1) 标准热电偶：S、B、K三种2) 非标准热电偶：第 5 次 课 教 案热工检测技术及仪表 课程 自本083 班级 年 月 日章节名称1-5 热电阻测温Temperature measure with thermal resistance 教学目的与 要 求掌握热电阻的测温原理，了解热电阻的种类及特性教学内容1、热电阻特性；2、热电阻材料及结构；3、铠装热电阻、热敏电阻的使用。重 点热电阻的温度特性、动态特性、分级号、分级表难 点使用热电阻测温时注意事项作 业2教具与挂图黑板画图教学过程(组织与方法)1、重点讲述热电阻测温原理；2、穿插提问；3、小结；4、布置作业。 沈阳工程学院 第 周3-3 热电阻测温 Temperature measure with thermal resistance 一、 热电阻特性 金属导体电阻温度升高1，电阻值增加原电阻的0.40.6,半导体电阻每升高1时,电阻下降36 常用的金属导体电阻有铂、 铜、 镍、 铁、 銠 , 半导体有锗 、硅、碳及金属氧化物 电阻随温度变化特性可由电阻温度系数表示,温度系数的定义是温度变化1时,电阻相对变化量或1电阻,温度变化1时,电阻的改变量 温度为时电阻体的电阻值 温度为时电阻体的电阻值 常用的金属电阻: 对测量热电阻的要求: (1) 电阻温度系数大,即灵敏度高 取决于材料的纯度,纯度越高, 值越大 材料的纯度可由电阻比表示 一般工业用金属电阻的电阻比用表示,要求不低于规定值 (2) 要求有较高的电阻率,因为,电阻体积小,减小测量的热惯性 (3) 电阻温度关系近于线性关系 -常数 (4) 价格低,易复制 我国制造热电阻的材料有 铂 铜 ) 电阻率m) 测温范围 电阻丝直径 特性 铂 3.83.9 0.0981 -200500 0.050.07mm 近似线性 铜 4.24.4 0.017 -50150 0.1mm 线性 1 铂电阻 a 铂电阻是用直径为0.05 0.07 mm的裸铂金丝绕制而成,可用于高温氧化性介质中,其物理化学性能较稳定,精度高,可靠性较好,是火电厂应用较广的一种测温元件。 b 缺点: 在高温还原气体中容易被从氧化物中还原出来的蒸汽污染而变质,可加保护管防止。 c 温度特性 t0时 0t500时 式中 :温度为时的电阻值 温度为时的电阻值 d 纯度要求 作为基准电阻1.3925 一般工业上用的铂热电阻1.391 e 地确定原则: 1 从减小引线接触电阻和连接导线因环境温度变化而引起的误差考虑, 越大越好 2 电阻值大电阻体大,热惯性大,另外流过电阻的电流会使电阻体发热,产生附加测量误差 f 分度号 见附表3-9 2 铜电阻 铜热电阻是用直径为0.1 mm漆包铜导线绕制而成,用于测量-50 150范围的温度 a 优点电阻与温度的关系为线性,电阻温度系数大容易提取纯铜,价格便宜 b 缺点易氧化，不能用于高温测量,电阻率小,体积大有较大的热惯性 c 电阻温度特性 -150150 0100 d 分度号 3 半导体热敏电阻 6 取决于材料成分的常数与 无关 绝对温度 对数底 2.71828 是一个负值, 越高越小,也就是在高温段,温度变化时,阻值几乎不变,其本身阻值也很小,温度越高,半导体越易导电。 优点： (1) 6 灵敏度高 (2) 电阻率大,可做成小体积电阻测点的温度 缺点:非线性严重,特性成分散状态,复线性差, 与之间不稳定, 随时间变化。 二、热电阻的材料和结构 1、普通型热电阻 2、铠装热电阻 铂丝（铜丝）、陶瓷骨架（玻璃骨架）装入很细的不锈钢管内，周围用氧化镁牢固填充再经模具拉制成坚实的整体。 优点： 外径小,反映速度快 抗震，可挠装在结构复杂位置 不接触有害介质寿命长。 外径：28mm 热电阻测量电路 显示仪表 不平衡电桥 不平衡电桥工作原理： 为锰铜电阻 热电阻 上桥电压 桥路输出电压 一定后， 与 成单值函数关系，称 为不平衡电压 实际电路： 二线制桥路输出： 三线制桥路输出： 要求： 例题：现有一个配接分度号的电阻温度计，测量范围0100。采用二线制连接，为连接铜导线电阻，。当实际被测温度为80，环境温度为20时，连接导线电阻，仪表指示为80。求：若环境温度下降至5时，由的变化引入附加误差为多少? 怎样减少这种误差？ 解：由 得 分度表得 有 所以 第 6 次 课 教 案热工检测技术及仪表 课程 自本083 班级 年 月 日章节名称第四章 压力测量仪表Measure Pressure and instrument4-1 概述 液柱压力计教学目的与 要 求掌握压力单位换算、压力表示方法；液柱压力计的工作原理及使用。教学内容1、U型 管压力计2、单管压力计重 点液柱压力计输出压差op与H关系式难 点读数误差的处理，单管压力计的特点及使用作 业2教具与挂图投影、黑板画图教学过程(组织与方法)1、讲授新内容，穿插提问；2、小结；3、布置作业。 沈阳工程学院 第 周第四章 压力测量仪表 Measure Pressure and instrument 4-1 概述 1、 定义 2、 压力单位： （1） 国际单位 帕斯卡 （2） 工程大气压 （3） （4） 标准大气压 1标准大气压 3、 表示方法 绝对压力 表示压力 大气压力 测量压力方法及仪表 1 液柱压力计 2 弹性压力计 3 负荷式压力计 4 压电效应 5 霍尔效应等 4-2 液柱压力计Liquid manometer一、 U型 管液柱压力计P1 P2Hh2h1 0 AA左 肘管A 点压力 右肘管A 点压力 令两式相等得 =即 讨论: (1) 如果被测介质为气体,且两肘管通入的介质相同即 且 则有(2)令 P2接大气则(3) 如果,可用代替,可减少读数误差(4)内经,封 液可根据被测压力大小选择注意的问题 如果，压力计不能工作，此时应将U型管到置 压差公式推导如下