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热工仪表及自动控制 一 热工测量仪表 二 自动调节系统 三 自动调节仪表 四 热工参数的自动调节系统 目录 热工测量仪表 下一页 热电厂主要的热工测量项目1 温度测量 水和蒸汽温度 烟风温度 金属温度 润滑油温度等 2 压力测量 水 蒸汽 烟风 油压力等 3 流速和流量的测量 流体的流速和流量 物料流量等 4 物位测量 液位气体 料位和相界位置的测量 5 气体成分分析 主要是烟气分析 1 1测量仪表分类及基本技术性能 1 2温度测量仪表 1 3压力测量仪表 1 4流量测量仪表 1 5物位测量仪表 1 6气体成分分析仪表 第1章目录 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 1测量仪表分类及基本技术性能 测量仪表的分类 1 根据被测参数来分 温度计 压力表 流量计 物位计 成分分析仪等 2 根据仪表显示方式来分 指示型 数字显示型 记录型 累积型 信号型 调节型等 3 按仪表的用途分 标准仪表 工业仪表 实验仪表 便携仪表等 4 根据仪表是否安装于工艺对象分 就地仪表 远方仪表等 一 热工测量仪表 下一页 章目录 测量仪表的基本技术性能 1 1测量仪表分类及基本技术性能 1 精确度 精度或准确度 绝对误差 仪表的指示值xi与被测参数的真实间xt的差值 即 xi xt x x0 相对误差 某测量点的绝对误差与标准仪表在该点的指示值之比 即 相对百分误差 仪表的最大绝对误差与仪表量程百分比 即 一 热工测量仪表 下一页 章目录 测量仪表的基本技术性能 1 1测量仪表分类及基本技术性能 2 变差 变差 在相同的外界条件下同一仪表读数的稳定程度 一般用在同一被测参数值下 正 反程时仪表指示值的绝对误差的最大值与仪表量程范围之比的百分数表示 即 造成变差的原因很多 如 传动机构的间隙 运动件间的摩擦 弹性件的弹性滞后影响等 一 热工测量仪表 章目录 测量仪表的基本技术性能 1 1测量仪表分类及基本技术性能 3 灵敏度 灵敏度 单位被测参数的变化引起仪表指示机构的角位移或线位移 即 仪表的灵敏度反映了仪表对被测参数变化的灵敏程度 灵敏度越高 就越能观测微小的被测参数变化 要提高仪表的灵敏度 可以采取增加放大系统的放大倍数的方法来实现 仪表的其它技术性能如 分辨率 线性度 反应时间等从略 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 1 温度的定义温度是表示物体冷热程度的物理量 是物体分子运动平均动能大小的标志 它反映了物体内部分子热运动的剧烈程度 2 常用测温方法 大体可分为 接触测量和非接触测量 根据测温原理不同 接触测温仪表又可分为若干种类 膨胀式温度计 压力式温度计 电阻温度计 热电偶温度计 非接触测温仪表又可分为光学温度计 辐射温度计 比色温度计 热辐射 物体的热辐射能随温度的变化而变化 另外还有一些新型测温方法 如 射流测温 激光测温等 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 热电偶温度计 热电偶测温的特点 1 能测量较高温度 2 热电偶将温度信号转化为电信号 便于远传和记录 也利于集中检测和控制 3 性能稳定 结构简单 经济耐用 维护方便 4 可做得很小很薄 热容和热惯性都很小 能测量点的温度或表面温度 也能用于快速测温 右图为热电偶测温系统组成 1 热电偶2 导线3 显示仪表 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 1 热电现象和热电偶的基本定律 热电现象 热电效应或帕尔贴效应 由两种不同的导体或半导体A B组成的闭合回路中 如果使两个接点1 2处于不同的温度 回路就会出现电动势 这一现象即为热电现象 该电势即为热电势 热电势由接触电势和温差电势组成 高温一端为热端 低温的一端为冷端或自由端 热端感测温度 冷端连接仪表 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 1 热电现象和热电偶的基本定律 温差电势 在同一导体的两端因温度不同而产生的电势 汤姆逊效应 当同一导体的两端温度不同时 热端的电子能量比冷端的大 电子从热端跑向冷端的数量比冷端跑向热端的多 结果热端带正电 而冷端带负电 从而在热端和冷端间形成一个从热端指向冷端的静电场 该电场阻止电子继续大量从热端跑向冷端 同时加速电子从冷端跑向热端 最后达到平衡 此时在导体的两端便形成一个电势 该电势就是温差电势 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 1 热电现象和热电偶的基本定律 接触电势 当两种不同的导体接触时 由于两种导体的电子密度不同 电子在两个方向上的扩散速度就不一样 从密度高的向密度低的扩散数目多 高密度端带正电 低密度端带负电 因而在接触面上形成一静电场 该电场又将阻止电子的继续大量扩散 最终达到平衡状态 在接触面间就形成一电势 即为接触电势 接触电势与两导体的性质及接触点的温度有关 热电势为温差电势和接触电势的代数和 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 1 热电现象和热电偶的基本定律 均质导体定律 由一种均质导体或半导体组成的闭合回路 不论其截面积如何以及各处的温度分布如何 都不能产生热电势 结论 1 热电偶必须由两种不同性质的材料构成 2 由一种材料组成的闭合回路存在温差时 回路如产生热电势 则说明该材料是不均匀的 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 1 热电现象和热电偶的基本定律 中间导体定律 由不同材料组成的闭合回路中 当各种材料接触点的温度都相同时 则回路中热电势的总和等于零 结论 1 在热电回路中加入第三种均质材料 只要其两端温度相同 则对回路的热电势没有影响 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 1 热电现象和热电偶的基本定律 结论 2 如果两种导体A B对另一种参考导体C的热电势为已知 则这两种导体组成热电偶的热电势是它们对参考导体热电势的代数和 参考电极通常为铂标准电极 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 1 热电现象和热电偶的基本定律 连接温度或中间温度定义 接点温度为t1和t3的热电偶的热电势等于接点温度分别为t1 t2和t2 t3的两支相同性质热电偶的热电势的代数和 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 1 热电现象和热电偶的基本定律 结论 1 已知热电偶在某一给定冷端温度下进行的分度 只要引入适当的修正 就可以在另外一个冷端温度下使用 该结论是制订热电偶的热电势 温度关系分度表的理论依据 同时为热电偶的冷端温度补偿提供理论支持 2 和热电偶具有相同热电性质的补偿导线可以引入热电偶的回路中 相当于延长了热电偶而不影响热电偶的热电势 该结论为工业测温中应用补偿导线提供了理论依据 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 1 热电现象和热电偶的基本定律 图为使用补偿导线的热电偶测温系统 t为热端 t0 为热电偶原冷端 t0为新冷端 A B为热电偶的热电极 A B 为补偿导线 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 1 热电现象和热电偶的基本定律 常用热电偶的补偿导线 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 2 标准热电偶及非标准热电偶 对热电极材料的要求 1 物理稳定性要高 即在测温范围内其热电特性不随时间改变 以保证与其配套的显示仪表刻度的稳定 2 化学稳定性要高 即在高温下不受周围气氛的氧化和腐蚀而变质 3 电阻温度系数要小 导电率要高 组成热电偶后产生的热电势要大 4 热电势和温度成线性关系 或有简单的函数关系 这样可提高显示仪表的精度 刻度工作简单 5 复现性好 要求同种材料组成的热电偶其热电特性都相同 在使用中可以保证良好的互换性 6 具有一定的机械强度 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 2 标准热电偶及非标准热电偶 标准热电偶 是指制造工艺较成熟 应用广泛 能成批生产 性能优良而稳定并已列入工业标准化文件中的那些热电偶 1 铂铑30 铂铑6热电偶 分度号为B 1600 以下可长期使用 短期可测1800 适于氧化及中性介质 特点 产生的热电势小 价格贵 低温时热电势极小 故冷端温度在40 以下时可不进行温度补偿而直接使用 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 2 标准热电偶及非标准热电偶 2 铂铑10 铂热电偶 分度号为S 1300 以下可长期使用 短期可测1600 适于氧化及中性介质 特点 耐高温 不易氧化 有较好的化学稳定性 具有较高的测量精度 可用于精密测量和用作标准热电偶 灵敏度较低 不能用于还原性及侵蚀性的气体中等 3 镍铬 镍硅 镍铬 镍铝 热电偶 分度号为K 1000 以下可长期使用 短期可测1200 适于氧化及中性介质 特点 材料复现性好 线性好 热电势大 灵敏度较高 价格便宜 精度较低 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 3 热电偶的结构 常用热电偶组成 热电极 绝缘管 保护套管 接线盒 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 3 热电偶的结构 热电极直径由材料价格 强度 导电率及用途 测温范围等决定 贵金属d 0 3 0 65mm 廉金属d 0 5 3 2mm 其长度根据工作端在介质中的插入深度来决定 工业热电偶一般为350 2000mm 其焊接形式有三种 见下图 对焊接点的要求为 焊点直径不超过两倍的热电极直径 以减少传热误差和滞后 a 点焊 b 对焊 c 绞接点焊 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 3 热电偶的结构 绝缘材料 其作用是 防止电极短路 其材料的选用根据测温范围确定 常用绝缘材料下表 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 3 热电偶的结构 保护套管 作用是 使热电偶不受化学腐蚀和机械损伤 要求 不渗透气体 耐高温 能承受温度剧变 不怕氧化和还原气氛 导热率高 耐酸碱 在高温下不会分解出对热电偶有害的气体 常用材料见下表 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 3 热电偶的结构 接线盒 作用 供连接热电偶和补偿导线 材料一般为铝合金 有普通式和密封式两种 铠装热电偶组成为 金属套管 绝缘材料 热电极 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 热电偶自由端 冷端 温度补偿 冷端补偿的原因 1 只有当热电偶的冷端温度保持不变时 热电势才是被测温度的单值函数 2 热电偶在生产厂家分度时是在冷端温度为0 时进行的 而实际使用时是不可能使其为0 的 因此 实际测量时 测量值必定小于真实值而带来客测量误差 所以要对其进行冷端温度补偿 冷端温度补偿的方法 查表法 计算法或冷端温度修正法 冷点槽法 冷端温度保持为0 的方法 机械零点调整法 补偿电桥法等 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 热电偶自由端 冷端 温度补偿 查表法 理论依据是 中间温度定律 即 t 0 E t t0 E t0 0 该方法是利用热电偶的分度表来进行计算而得到温度值的 主要适用于实验室测温 冷点槽法 将冷端置于0 的冰水混合物中以维持其温度恒为0 该法难用于工业应用中 只能用于实验室测温 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 热电偶自由端 冷端 温度补偿 仪表机械零点调整法 先测定冷端温度 后切断仪表电源和讯号 将仪表机械零点调至指示冷端温度的刻度处即可 补偿电桥法 是利用不平衡电桥产生的电压来补偿冷端温度变化而引起的热电势的变化 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 热电偶自由端 冷端 温度补偿 多点冷端温度补偿 为了节省显示仪表 在同一设备或同一车间 利用多点切换开关把几支甚至几十支同一分度的热电偶接到一块仪表上 这时 只需要共用一个冷端补偿器 多点冷端温度补偿连接线路 切换开关 铜导线 显示仪表 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 热电偶的定期校验 对热电偶进行定期校验的必要性 热电偶在使用过程中 由于热端受到氧化 腐蚀 毒化 高温下热电偶材料发生重结晶等作用 引起热电特性发生变化 使测量误差增大 所以必须进行定期校验 调压变压器 管式电炉 标准热电偶 被校热电偶 冰点槽 切换开关 直流电位差计 镍块 试管 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 热电偶的定期校验 校验方法和步骤 将被校验热电偶与标准热电偶的热端放到管式电炉的恒温区中测量温度 比较两者的测量结果 以确定被校误差 为保证被校与标准热电偶的热端处于同一温度 可以把两热电偶的热端放在金属镍块中 再将镍块放于恒温区 热电偶放入炉中后 炉口应用石棉绳堵严 热电偶插入炉中的深度一般为300mm 最小不小于150mm 热电偶的冷端置于冰点槽中 用调压器调节炉温 当炉温达到校验温度点 10 范围内 且每分钟变化不超过0 2 时 就可用电位差计测量热电偶的热电势 在每一被校温度点上对其读数不得少于四次 然后求平均值 并查分度表 最后通过比较得出被校热电偶在各校验温点上的温度误差 计算时标准热电偶热电势的误差也需计入 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 电阻温度计 其特点 准确度高 输出信号比热电偶大得多 输出信号为电信号 便于远传及集中控制 1工作原理是利用某些金属导体或半导体材料的电阻值随温度的变化而变化的性质来进行工作的 其数学表达式为 Rt R0 1 t 其中 为电阻温度系数 即温度每升高一度时 材料电阻相对变化的数值 大多数金属 温度每升高一度 其阻值增加0 4 0 6 而半导体则降低0 3 0 6 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 电阻温度计 2热电阻的材料和构造 1 热电阻的材料作为热电阻材料的要求 电阻温度系数越大 越大 热电阻的灵敏度就超高 测温时越易得到准确的结果 材料的纯度超高 越大 杂质越多 越小且不稳定 纯金属比合金的 高且易复制 电阻丝在制成热电阻体时必须进行退火和老化 以消除内应力的影响 在测温范围内要求物理及化学性质稳定 要有较大的电阻率 电阻率越大 电阻体的体积越小 热容量和 电阻值与温度的关系要近似线性 以便分度和读数 价格便宜 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 电阻温度计 2热电阻的材料和构造 2 常用热电阻 铂电阻 特点 准确度高 稳定性好 性能可靠 在氧化气体中即使是高温下 其物理 化学性质都非常稳定 在还原气体下 高温时很易被还原性气体污染 材质变脆 改变其电阻与温度间的关系 此时应用保护套管 铜电阻 特点 电阻值与温度几乎是线性关系 较大 材料易提纯 价格便宜 100 以上易氧化 电阻率较小 体积较大 热惯性大主要用于测量精度要求不高 低温及没有侵蚀性的介质中 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 电阻温度计 2热电阻的材料和构造 3 其它热电阻 铟电阻 是一种高准确度低温热电阻 熔点为156 在4 2 15K范围内灵敏度很高 比铂电阻高10倍 测温范围为4 2K 室温 材料很软 复制性很差 锰电阻 在2 63K低温范围内 电阻随温度变化很大 灵敏度很高 不受磁场影响 质 难拉成丝 碳电阻 很适合作液氮温域 约0 4 55K 的温度计 在超低温下灵敏度很高 热容量小 对磁场不敏感 价格便宜 操作简便 热稳定性差 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 电阻温度计 3热电阻的构造 由电阻丝 支架 引出线 保护套管四部分组成 1 电阻丝 铂 分度号为Pt50 Pt100 实验室或标准仪表用R010 或R030 铜 分度号为Cu50或Cu100 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 电阻温度计 3热电阻的构造 2 支架 要求 耐高温 膨胀系数小 绝缘性好 有一定的机械强度 主要材料 塑料 用于铜电阻100 以下 云母 用于铂电阻500 以下 石英或陶瓷 用于铂电阻500 以上 3 引出导线 要求 对电阻丝不产生有害影响 与电阻丝及连接导线间不产生较大的热电势 化学稳定性要好 4 保护套管 与热电偶的基本相同 略 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 电阻温度计 4热电阻的校验 校验步骤 按下图连接线路 并检查是否正确 1 加热恒温器 2 被校难电阻体 3 标准温度计 4 毫伏计 5 标准电阻 6 分压器 7 切换开关 8 电位差计 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 电阻温度计 4热电阻的校验 校验步骤 将电阻体放入恒温器内 使之达到校验点温度并保持恒温 然后调节分压器使毫伏计读数约为4mA 切换开关切向标准电阻RN一边 读出电位差计读数UN 然后立即将切换开关切向被校验电阻体一边 读出电位差计读数Ut 按计算出Rt 同一点反复测多次取平均值 看其误差是否在允许范围内 再取测温范围内10 50 90 的温度作校验点重复上述校验 如均合格 则校验完毕 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 2温度测量仪表 电阻温度计 5接触式测温元件的安装 1 测温元件应与被测介质形成逆流 切勿与被测介质形成顺流 2 感温点应选在能代表被测介质温度的地方 3 测温元件露在外面的部分应尽可能短 保证最大允许插入深度 4 加保温层使电极与连接导线连接处温度低于100 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 3压力测量仪表 压力测量仪表 液柱式压力计 是根据流体静力学原理 把被测压力转换成液柱高度 主要有 U形管 单管 斜管等 弹性式压力计 是根据弹性件受力变形的原理 将被测压力转换成位移 电气式 是将被测压力转换成各种电量 依据电量的大小而实现压力的间接测量 活塞式 是根据水压机液体传送压力的原理 将被测压力转换成活塞面积进行校验和刻度 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 3压力测量仪表 压力测量仪表 弹性式压力计 弹性式压力计是利用各种形式的弹性元件 在被测介质的压力作用下产生弹性变形的程度 一般用位移的大小 来度量被测压力的大小 其结构简单 测压范围宽 计数清晰 有足够的精度 价格便宜 现场使用和维修方便 常用的弹性元件有 弹簧管 波纹管 波纹膜片等 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 3压力测量仪表 压力测量仪表 弹性式压力计 1弹簧管式弹性元件 其测压范围较宽 可测量高达1000MPa的压力 有单圈和多圈之分 单圈弹簧管是弯成圆弧形 2700 的金属管子 其截面做成扁圆形或椭圆形 其自由端封闭 管子的另一端固定在接头上 通入被测压力 当通入压力P后 截面涨成圆形 其自由端会产生位移 其位移量较小能测量较高的压力 为增加自由端的位移 可制成多圈弹管 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 3压力测量仪表 压力测量仪表 弹性式压力计 2波纹管 或膜片 式弹性元件 弹性膜片是由金属或非金属做成的具有弹性的一张膜片 在压力作用下能产生变形 有时也可由两块金属膜片沿周口对焊起来成一薄壁盒子称为膜盒 波纹管是一个周围为波纹状的薄壁金属筒体 这种弹性元件易于变形 而且位移可以很大 应用非常广泛 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 3压力测量仪表 压力测量仪表 压力变送器 压力变送器在电厂中 为了实现对压力 差压 信号的集中检测 以适应热工保护 自动调节等热工测量和自动化的需求 需将测压弹性元件输出的位移信号或力信号变换为统一的电信号 这项工作由压力 差压 变送器来完成 压力 差压 变送器提高了测量仪表的准确性和可靠性 并使压力 差压 测量仪表的结构实现了小型化 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 3压力测量仪表 压力测量仪表 压力变送器 根据工作原理的不同 压力信号的变送方法主要有电容式压力变送器 振旋式压力变送器 力平衡式压力变送器等 电容式压力变送器原理 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 3压力测量仪表 压力测量仪表 电气式压力计 2电接点信号压力表 在压力高于或低于规定范围时 压力表能发出灯光或音响信号 作报警或自动控制用 它是在弹簧管压力表上增加电接点形成的 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 3压力测量仪表 压力测量仪表 压力表的选用和安装 1压力表的选用 压力表的选用主要考虑量程范围 精确度和灵敏度 其次还要考虑仪表的外形尺寸 安装场所的工作条件 被测介质的性质 是否要远传和仪表的其它功能 如记录 显示 调节等 弹簧管压力表在选择量程时 要选择得大一些 压力较稳定的 被测压力值应在刻度的1 3 3 4之间 压力不稳定时 被测压力值就在刻度的1 3 2 3之间 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 3压力测量仪表 压力测量仪表 压力表的选用和安装 2压力表的安装 1 取压口的形状和位置的选择 理论上取压口应与流束的流动方向完全垂直 并且不能破坏原来的流线 取压口处理原则 取压口不宜过大 尤其对较小的管径更应该注意 取压口轴线应尽量与流束的流向垂直 取压口钻孔后必须仔细清理毛刺与加工表面 不要使取压口形成各种形式的扩口 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 3压力测量仪表 压力测量仪表 压力表的选用和安装 取压口位置的选择原则 避免处于管路的弯曲 分叉及流束形成涡流的区域 当管路中突出物 如测温元件 时 则取压口应位于它的前面 当必须在调节阀门附近取压时 取压口如在其前 则与阀门的距离不小于2D 处于其后则不小于3D 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 3压力测量仪表 压力测量仪表 压力表的选用和安装 2 连接导管 其作用是将被测介质的压力从取压口传递到测压仪表 并保证不发生渗漏现象 仪表安装处与测压点的距离应尽量短 以避免指示迟缓 通常连接导管的长度不超过60m 连接导管的敷设 对于水平段应有1 10的似斜度 以利于排除冷凝水或气体 测量液体压力时 要使测压点位置高于仪表位置 否则应在导压管系统的最高处加设集气器 以收集和排出导压管中的气体 测量气体压力时 要使测压点的位置低于仪表位置 否则应在导压管系统的最低处加设水分分离器 以收集和排除导压管中的液体 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 3压力测量仪表 压力测量仪表 压力表的选用和安装 3 压力表的安装 压力表的安装位置应易于观察和检修 介质有腐蚀性时 必须采取保护措施 如加装充有中性隔离液的隔离罐等 尽量避免温度的影响 远离高温热源 或加隔热挡板等 测蒸汽或高温流体压力时 应加回转冷凝管等 当被测压力频繁和剧烈波动时 要采用阻尼装置 压力计的连接处应加密封垫片 取压口到压力表之间还应装有切断阀门 以备检修压力表时使用 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 4流量测量仪表 流量测量仪表 流量 单位时间内流过管道某一截面的流体流量的大小 总量 某一段时间内流过管道的流体流量的总和 重量流量 单位时间内通过的流体的重量 G体积流量Q质量流量M测量方法 容积式流量测量方法 椭圆齿轮流量计 刮板流量计 速度式流量测量方法 涡轮流量计 电磁流量计 热式流量计 差压式流量测量方法 毕托管与均速管 节流变压降流量计 质量流量计 直接式质量流量计 温度压力补偿式流量计 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 4流量测量仪表 流量测量仪表 差压式流量计 是基于流体流动的节流原理 是利用流体流经节流装置时所产生的压力差实现流量测量的 由能将测流体的流量转换成压差信号的节流装置 以及用来测量压差而显示出的差压计所组成 在单元组合仪表中 由节流装置产生的压差信号 经常通过差压变送器转换成相应的信号 以供显示 记录世调节用 目前最常用的节流装置 孔板 喷嘴 文丘里喷嘴 文丘里管已实现标准化 并称为 标准节流装置 采用标准节流装置进行设计计算时都有统一标准的规定 要求和计算所需要的通用化的实验数据资料 可查有关的手册或资料 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 4流量测量仪表 流量测量仪表 差压式流量计 1节流装置的流量测量原理 1 孔板2 喷嘴 管嘴 3 文丘里管 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 4流量测量仪表 流量测量仪表 差压式流量计 1节流装置的流量测量原理 节流装置是在管道中放置一个局部收缩元件 应用最广的是孔板 在管道的1 2截面对不可压缩流体列伯努利方程 连续性方程 其中 F1 F2 F0分别为管道 孔口 颈部截面积 为流束收缩系数 m为截面比即孔口截面与管道截面积之比 所以 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 4流量测量仪表 流量测量仪表 差压式流量计 1节流装置的流量测量原理 必须在截面1 2的位置上测得 但截面2的位置是随流速的不同而改变的 根本无法确定 实际上是在孔板前后的管壁上选择两个固定的取压点 测量流体在节流装置前后的压力变化 此外 实际流体和理想流体不同由于流体的粘滞性和流动时对管壁的摩擦阻力等 引起在截面的各个点发生了能量和速度损失 所以 实际上测量出来的p1 p2与不同 因此 引入取压系数来修正 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 4流量测量仪表 流量测量仪表 差压式流量计 1节流装置的流量测量原理 式中 上式关键在 取值 它是一个受许多因素影响的综合性系数 与节流装置的形式 尺寸 取压方式 流体流动的性质和管道内壁粗糙度等多种因素有关 上述公式是依据不可压缩流体的情况导出的 对于可压缩流体 即节流装置前后压力变化较大时的气体或蒸汽 必须考虑流体重度的变化和膨胀功的影响 故对于压缩流体的流量方程 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 4流量测量仪表 流量测量仪表 差压式流量计 差压式流量计的安装 1 节流装置的安装采用节流装置以产生压差的流量方法 要求被测介质在节流装置前后保持稳定的流动状态 故 务必使节流装置前后保持足够的直管段 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 4流量测量仪表 流量测量仪表 差压式流量计 差压式流量计的安装 1 节流装置的安装如 孔板前须有15 20D的直管段 孔板后须有5D的直管段 在此直管段内 不允许放有任何扰乱流束形状的物件 在节流装置附近 也不允许安装感温元件或开设取样口 安装节流装置处的管道 其内表面应光滑 法兰与管道焊接后 应打掉毛剌 在节流装置前后2D范围内 应看不到有凹洼 缺陷 气点 电焊的熔渣 焊口露出的隙缝 露出的管接头 铆钉及衬垫等 还必须注意节流装置的安装方向 节流装置露出部分所标注的 号一侧 应当是流体的入口方向 用孔板时 应使流体从孔板900锐口的一侧流入 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 4流量测量仪表 流量测量仪表 差压式流量计 4差压式流量计的安装 1 节流装置的安装应保证节流装置的开孔和管道的轴线同心 并保证节流装置的端面与管道的轴线垂直 节流装置所在的管道 流体必须是充满的 截面 流体必须是单相的 若为蒸汽最好是过热的 2 引压导管和差压计的安装 液体对引压管的基本要求 使差压计的两个接口的压差 P P 能正确而迅速地反映节流装置两侧的压差 P1 P2 为减小滞后 引压管不宜太细 一般为10 15mm无缝钢管 应使两根导管都充满同样的液体 列气泡 相等 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 4流量测量仪表 流量测量仪表 差压式流量计 4差压式流量计的安装 2 引压导管和差压计的安装 液体使之无气泡的措施 A 取压点应该信于节流装置的下半部 与水平线的夹角 应为0 450 B 引压导管最好垂直向下 如条件不许可 导管亦应下倾一定的坡度 1 20 1 10 使气泡易于排出 C 在引压导管的管道内 应有排气装置 如果差压计只能装在节流装置之上时 则须加装贮气缸 D 由引压导管接至差压计或变送器前 必须安装切断阀和平衡阀 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 4流量测量仪表 流量测量仪表 差压式流量计 4差压式流量计的安装 2 引压导管和差压计的安装 气体使管内不积聚气体中可能夹带的液体 措施为 A 取压点应在节流装置的上半部 B 引压管最好垂直向上 至少亦应向上倾斜一定的坡度 C 如差压计必须装在节流装置之下 须加装贮液缸和排气阀 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 4流量测量仪表 流量测量仪表 金属转子流量计 转子流量计结构简单 直观 压力损失小 测量范围大 维修方便 适用于测量通过直径D小于150mm管道的流体流量 也可测量腐蚀性介质 1工作原理转子流量计由插入管道的锥形管 流体从下而上流动 和锥形管中间的转子 浮子 组成 测量时 被测介质由下端进入流量计 转子由于流体作用而升高 当转子与锥形管内壁间的环形面积为一定数值时 由于流体通过环隙突然收缩 而在转子上下两侧产生的压差所形成的力 将等于转子在流体内的重量 转子就停在一定高度 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 4流量测量仪表 流量测量仪表 金属转子流量计 与差压式流量计相比较 转子流量计的流量方程是相同的 转子流量计分为玻璃管和金属管两种 玻璃管转子流量计一般用来测量非混浊液体 气体等透明的单相介质 其缺点是不适于高温 高压下使用 且没有远传指示机构 金属管转子流量计多制成带有远传转换机构 它能将测量的测量值进行远传指示或转换成气 电信号 也可以实现报警 积算 记录 调节等多种作用 2远传式转子流量计其工作原理 当铁芯位于差动变压器绕组的中间位置时 由于差动变压器 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 4流量测量仪表 流量测量仪表 金属转子流量计 2远传式转子流量计副边两绕组采取差接形式 所以感应电势大小相等 方向相反 输出信号为零 当被测介质流量变化而引起转子位移时 它将带动铁芯作上下随动 使副边产生 不平衡电势 并输出信号 实现流量 电势转换 发送差动变压器与接收差动变压器通过电子放大器及凸轮机构等组成一个自动平衡线路 因此 远传式转子流量计实际上就是将转子与差动变压器的铁芯连接起来 使转子随流量变化的运动带动铁芯一起运动 因而将流量的大小转换成输出感应电势的大小 从而实现对介质的流量测量 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 4流量测量仪表 流量测量仪表 转子流量计 定压降式流量计 3转子流量计的使用转子流量计是用来测量较小流量的 工业用转子流量计的测量范围从每小时十几升到几百m3 液体 或几千m3 气体 基本误差约为最大刻度的 2 转子流量计的量程比为10 1 而差压式流量计仅为3 1 转子流量计要垂直安装 上 下应有不短于0 5m的直管 在连续操作过程的管路中装置转子流量计时 应设有旁路 便于维修和清理 转子流量计在测量小流量时 对粘滞效应很敏感 它不适于测量脉动流量 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 4流量测量仪表 流量测量仪表 涡轮流量计 涡轮流量计是一种速度式流量仪表 被测流体冲击涡轮叶片使涡轮旋转 涡轮的旋转速度随流量的变化而不同 涡轮将流量转换成涡轮的转数 磁电装置又把此转数变换成电脉冲 送入显示仪表进行记录和显示 由单位时间脉冲数和累积脉冲数反映瞬时流量和累计流量 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 4流量测量仪表 流量测量仪表 涡轮流量计 涡轮流量计变送器的结构如图 当流体渡过涡轮时 就推动叶片和涡轮旋转 涡轮的转速和流体的流速成正比 所以累计出涡轮的转数 就可以知道总流量 目前主要使用的是磁电感应式变送器 其涡轮叶片由高导磁性材料做成 外壳要求是非导磁性材料 在外壳上另外安装一个固定的感应线圈和一块永久磁铁 1 涡轮 2 支承 3 永久磁铁 4 感应线圈 5 壳体 6 导流器 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 4流量测量仪表 流量测量仪表 涡轮流量计 当流体流过仪器推动涡轮旋转时 高导磁性的涡轮叶片就周期性地扫过磁钢 使磁路的磁阻发生周期性变化 从而使通过线圈的磁通发生周期性变化 感应线圈内即产生交变的感应电信号 其频率与涡轮的转速成正比 也是和流体的流量成正比 该信号经前置放大器放大后 就可输入电子计数器或电子频率计加以累计或指示 导流器的作用是使流体在到达涡轮前先导直 以避免因流体的自旋而改变流体与涡轮叶片的作用角 从而保证仪器的精度 涡轮流量计的特点 1 精度高 可达0 5级以上 能作为流量的准确计量仪表 2 反应迅速 可测量脉冲流量 其时间常数为几毫秒到几十毫秒 3 量程范围宽 刻度线性 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 4流量测量仪表 流量测量仪表 电磁流量计 在生产中 有些流体介质具有导电性能 可用电磁感应的方法 如电磁流量计等 测量流量 电磁流量计由变送器和转换器两部分组成 被测介质的流量经变送器变换成感应电势 然后由转换器变成0 10mA的统一直流标准信号作为输出 以便进行显示 记录或与电动单元组合仪表配套使用 电磁流量计变送器是在一段用非磁性材料制成的管道里面 安装有一对电极 管道 和电极之间是绝缘的 管道外在电极垂直方向安装一对磁极以产生磁场 当导电液体流过磁极时 其切割磁力线 在电极两端产生感应电势 一 热工测量仪表 章目录 1 4流量测量仪表 流量测量仪表 电磁流量计 变送器的磁场可是直流磁场也可是交流磁场 直流磁场可用永久磁铁产生 但由于采用直流磁场 在电极上产生的是直流电势 将引起被测液体的电解 因而在电极上发生极化现象 破坏了原来的测量条件 且在管道直径大时 永久磁铁也需要很大 所以工业用电磁流量计一般采用励磁线圈产生的交变磁场 电磁流量计的测量导管内没有任何可动及突出部件 压力损失很小 在采用防腐内衬条件下 可用于各种腐蚀性液体的测量 输出电势与流量具有线性关系 且不采液体物理性质变化和流动状态的影响 对流量反应迅速 可用于测量脉动流量 测量范围大 量程比可达1 10 精度高 被测介质必须是导电的的液体 不能测量气体 蒸汽 石油制品等的流量 使用时受温度和压力的限制 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 5物位测量仪表 物位测量仪表 物位 液位 料位 相界面位置等的总称 物位测量范围 1 测量容器中液体介质的液位高低 包括开口容器和密闭容器 2 测量粉状和颗粒状固体在容器或仓库中的高度 3 测量容器中两种介质的相界面位置及两个液位的差等 物位测量的目的 1 正确测知容器中贮藏物质的容量或重量 2 监视容器内物位 使之保持在一定高度 对物位允许的上下限发出警报 3 连续监视功调节容器中流入流出物料的平衡 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 5物位测量仪表 物位测量仪表 物位测量仪表的种类有 直读式物位仪表 差压式物位仪表 浮力式 电磁式物位仪表 核辐射式物位仪表 声波式物位仪表 光学式物位仪表等 浮力式液位计 该液位计有两类 一是浮力不变的 浮标浮于液面上 其位置随液面的高低而变化 只要测出浮标的位移量就知道液面的高低 如浮标式液位计 浮球式液位计等 另一类是浮力变化的 如浮筒式液位计 其浮筒浸在液体里 根据浮筒被浸程度的不同 浮筒所受浮力也不同 只要测出浮筒所受浮力的变化就知道液位的高低 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 5物位测量仪表 物位测量仪表 浮力式液位计 浮标式液位计浮标一般为空心的金属或塑料盒 盒重与浮力之差用平衡重物平衡后 浮标就漂浮在液面上 液位上升时 浮标所受的浮力增加 浮标沿导轨向上移动 达到新平衡后 浮标才停止移动 通过绳索和滑 轮带动指针 便可指示出液位的数值 浮标式液位计的指示也可以远传 可用于敞开容器 也可用于封闭容器 但由于滑轮与轴承间存在机械摩擦 以及钢丝绳受热伸长 受冷缩短 齿轮的齿隙等因素 影响了测量精度 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 5物位测量仪表 物位测量仪表 电接点水位计 是利用汽包内汽 水介质的电导率 电阻率 相差极大的性质来测量汽包水位的 组成 由测量筒 装有电接点 传送电缆及显示器等组成 测量筒通过汽 水连通管将汽包的重力水位信号引出 电接点通过绝缘子与测量筒金属壁绝缘 浸埋在水中的电接点因水具有较大电导率而接通 造成显示器中相应氖灯点燃 未浸入水中的电接点因蒸汽电导率小而断开 使相应氖灯不亮 所以显示器中发亮氖灯的数目就被测水位 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 6气体成分分析仪表 气体成分分析仪表 氧量计 通常用测量烟气中氧含量的方法来确定空气过剩系数 常用的氧量计是氧化锆氧量计 氧化锆氧量计的基本原理是 以氧化锆作固体电解质 高温下的电解质两侧氧浓度不同时形成氧浓差电势 氧浓差电势与两侧氧浓度有关 如一侧氧浓度固定 即可通过测量输出电势来测量另一侧的氧含量 氧化锆氧量计的发送器就是一根氧化锆管 一 热工测量仪表 下一页 章目录 1 6气体成分分析仪表 气体成分分析仪表 氧量计 为了正确测量气体中的氧含量使用氧化锆氧量计时必须注意以下几点 1 因为氧浓差电势E与氧化锆工作管的绝对温度T成正比关系 因此在测量系统中应有恒温装置 以保证输出不受温度影响 2 工作温度T要选在800 以上 一般选850 以保证有足够的灵敏度 因为氧化锆本身的烧结温度为1200 其使用温度不能超过1150 而且温度过高时烟气的可燃物酒会与氧化合而成燃料电池 使输出增大 干扰测量 3