培训班热工测量及仪表专题

CL CH d 0 K 2 d 0 K1K 2 p CL CH d0
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 片或半导体应变片将测压 弹性元件的应变转换成电 阻变化。
测量电路的工作：将应变片 电阻的变化转换成电流或电 压输出是由测量电路完成的。 组成：感压弹性元件和应变 片二者结合成一体。
四、流量测量
流量测量方法
容积式
椭圆齿轮流量计 腰伦流量计
速度式
质量式
科里奥利质量流量计 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
四、流量测量-漩涡流量计
漩涡流量计是70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±1.0％），量程 比宽（B=30 ：1），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。 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轴线 与流向垂直的非流线性柱形体(加 三角柱、圆柱等)，称之为漩涡发 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不 对称但有规律的交替漩涡列，这 就是所谓的卡门涡街现象。
热电偶的冷端温度补偿： E AB (t,t 0 ) e AB (t)- e AB (t 0 )
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 材料与对应的热电偶 不同，价格便宜，低 相同，但准确度要求 温下热电性质相同。 略低。
至 过 热 器
s p

汽 联 箱
水 冷 壁
下 降 管
炉膛
水联箱
水位名称：指示水位、实际水位、重量水位（差压式）
图1.汽包内工质循环示意图
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。
C
A
d
改变d能够获得较高灵敏度，可测量微米数 量级的位移； 改变A只适用于测量厘米数量级的位移； 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 的电容量，然后通过测量电容量Ｃ便可以知道被测压力的大小， 从而实现压力－电容转换。
三、压力测量-1151电容式压力（压差）传感器
AB (t )
二、温度测量-热电偶温度计
热电偶的回路总电势：
EAB (t, t0 ) [AB (t) A (t) A (t0 ) AB (t0 ) B (t) B (t0 )]
E AB (t,t 0 ) e AB (t)- e AB (t 0 )
二、温度测量-热电偶温度计
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
2 2 C 2 2 2 qv d p D p 4 4 4 1 1 1 4 1
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； 型号与热电偶一致 接入点温度一致。
二、温度测量-热电偶温度计
铠装型热电偶可 达上百米
长
绝缘材料
薄壁金属 保护套管（铠体）
A
Bቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
法兰
二、温度测量-热电偶温度计的应用
A t0 t0 t0 t0 A
t0
热工测量及仪表专题介绍
一、测量系统的组成
传送件 感受件
• 单值 • 线性 • 灵敏
变送件
显示件
• 放大信号 • 标准化电信号（4-20mA,1-5V)
二、温度测量
接触式测温
非接触式测 温
热电偶温度计
热电阻温度计
红外温度计
比色温度计
测温范围1000C-16000C 温度信号变成电势信号
测温范围-2000C-5000C 温度信号变成电阻信号
二、温度测量-热电偶温度计
热电极A T T0
热电极B
测量端（工作端、热端）
自由端（参考端、冷端）
热电偶的热电势：由两种不同材料导体组成的闭合回路，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
eA
e A A (t ) A (t 0 )
四、流量测量-漩涡流量计
涡街稳定的条件：h/L=0.281时
漩涡发生的频率：f=Stv/l
St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500～150000范围内 基本不变，柱体）0.2,三角体0.16。
体积流量与频率之间的关系： 漩涡发生频率f 的检测方法
l fl qv v ( 1 1.25 ) 4 4 D St
t0 t0 t0
被 测 物 体t
t
B A B
被 测 物 体 t2
t1
B
B A
两支热电偶串联，可 实现较低温度的测量。 E=2EAB(t,t0)
两支热电偶反向串联，可实 现温差的测量. E=EAB(t1,t2)
二、温度测量-热电阻温度计
工业上广泛应用电阻温度计来测量―200～＋ 500 ℃之间的温度。电阻温度计的特点是准确度高；在
C
五、成分分析仪表-氧化锆氧量计
火电厂锅炉燃烧质量如何检测？ 过剩空气系数α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 α可通过分析的O2和CO2含量 来判断。 氧含量与α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。
综合典型事故分析，水位表失灵和指示不正确、锅炉水位保护拒动、给 水系 统故障、违反运行规程、误判断、误操作等是造成锅炉汽包满水和 缺水事故的主 要原因，因此，应从汽包水位测量系统的配置、安装和使 用以及给水系统的维护 等方面出发，制定相应的反事故技术措施。
六、汽包水位测量-差压式水位计
差压水位计-它是静压式液位测量仪 表，在汽包水位、高加水位、除氧 器水位测量中都能得到应用。 图中所示为简单平衡容器输出的差压 为Δ P=P+-P-，按照流体静力学原理， 有
炉烟成分自动分析
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 氧化锆氧量计的工作原理（电化 展起来的一种新型烟气氧含量 学的浓差电池原理）：氧化锆固 分析测量仪表。由传感器（氧 体电解质，在高温下两侧氧浓度 化锆探头）和变送显示器组成。不同时形成浓差电池，该电池产 按安装方式可分为抽出式和直 生的电势与两侧氧浓度有关。固 插式。目前广泛应用在火力发 定一侧氧浓度，可通过测量输出 电、采暖、炼油、化工、轻纺、电势来测量另一侧的氧浓度。 水泥等工业领域。
六、汽包水位测量-火电厂生产流程
一、汽包水位测量的背景知识
锅炉
过热器
汽轮机
水位过低
水冷壁超 温被烧坏 水 冷 壁
再热器 汽包
发电机
～
锅炉水循环 省煤器 效果变差
燃料 空气 凝汽器
空预器
爆管
去烟囱 灰斗 空气
空气
给水泵
六、汽包水位测量
火电厂常用水位计：云母水位计、双 色水位计、差压式水位计和电接点水 位计。 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 用闭路工艺电视远距离监视双色水位 计。 差压式水位计受汽包压力影响大， 需进行汽包压力补偿。 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 连续。
氧化锆固体电解质的形成：氧化锆晶体在1500℃时易发生变形， 因此在氧化锆晶体中参杂CaO或Y2O3高温焙烧。
思考题：氧浓差电势产生的条件？
五、成分分析仪表-氧化锆氧量计
正极： O2＋4e →2O2负极： 2O2-→O2＋4e
能斯特公式：
RT RT 2 p E ln ln p1 nF nF 1 p
三、压力测量-1151电容式压力（压差）传感器
① 为什么采用差动平板电容？
当采用差动时，CL增加,CH减少，电容总变化量为
d 0 d 0 2 C 2 [1 ( ) ] C0 d0 d0
与非差动相比，灵敏性有所提高和非线性程度减 小，但非线性仍不满足高精度要求。
②实际中，为什么采用电容之差与电容之和比值：
中低温下（ 500℃以下）测温, 它的输出信号比热
电偶的要大得多,故灵敏度高； 电阻温度计由热电阻、显示仪表和连接导线组成， 热电阻由电阻体、绝缘管和保护套管等主要部件组 成。
二、温度测量-热电阻温度计
薄膜型及普通型铂热电阻 铜热电阻
三、压力测量-1151电容式压力（压差）传感器
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、 过载能力强、测量精度高、体积小、重量轻、使用方便等特点。
取压口的位置选择：
取压口应与工质流速方向垂直，与设备内壁平齐 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 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。 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。
空气 烟气
p2
2 —参比气样氧容积浓度； 1 —待测气样氧容积浓度。
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 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， 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 力相等。 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。 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 穿过。 显示仪表具有较的输入阻抗。
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）常常做成 差动的形式。
采用下述信号处理方法可消 除非线性及工作温度的影响：
C 2 C1 Kd C 2 C1
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 测量部分包括电容 膜盒，高低压室及 法兰等组成。 测量原理：将被测 压力的变化转换成 电容量的变化。
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
1990年1月25日，河南新乡电厂2号锅炉满水事故。在锅炉灭 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 弯曲、轴系断裂。 1997年12月16日，秦皇岛热电厂#4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 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，导致水冷壁多处爆管、 大面积过热损坏，直接经济损失约312万元，构成重大事故。 历时近4个月抢修后恢复运行，发电量损失惨重。
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。
测量桥路
三、压力测量-压力仪表的选择与安装
压力表量程选择：
当被测介质压力变化较缓慢时，所选仪表的测量上限以比被测压 力最大值高l／3为佳； 当被测介值压力波动较大时，所选仪表的测量上限以比被测压力 最大值高1／2为宜；
D2
D2
热检出法：三角柱迎流面中间对称 嵌入两个热敏电阻 差压法：电容、应变片
四、流量测量-节流变压降流量计
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。