锅监工程阳师热工知识培训1.ppt

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1、电力行业锅炉监/检师 培训考核教材(热工部分),中电联锅监工程师和锅炉压力容器检验师考核委员会,华东电力试验研究院热工专业编写 2005.10,第一章 热工测量,第三章 热工保护,附录：相关标准及规程介绍,第二章 热工自动,目录,概述,本教材编制依据,根据中电联锅监/锅检师考核委员会组织编制,本教材由中电联锅监/锅检师考核委员会提出并归口,本教材归口,华东电力试验研究院,本标准负责编制单位,测量控制与仪器仪表的作用及地位 1.电站机组的测量、控制、保护； 2.化工、石油、冶金、食品等行业的测量、控制及保护； 3.航天器、人造卫星、飞机、舰艇等军事领域。 测量用仪器仪表作为信息采集、处理和控制的

2、手段和设备，已成为推动科学技术和国民经济高速发展的关键技术之一。王大珩院士指出：“在当今以信息技术带动工业化发展的时代，仪器仪表与测试技术是信息科学技术重要的组成部分”。仪器仪表是工业生产的“倍增器”、科学研究的“先行官”、军事上的“战斗力”、国民活动中的“物化法官”。发达国家已把发展现代仪器仪表列为一项重要的战略措施。例如日本科学技术厅把测量传感器技术作为本世纪首位发展的技术；欧共体则将测量和检测技术列为15个专项之一；美国则更是投入大量的人力物力开发新的测量控制仪器仪表，提高其在军事及科学技术领域领先地位。,第一章、热工测量,温度、压力、流量、液位四大量是确保电厂热力生产过程安全、经济运行

3、的重要参数，也是锅炉、压力容器检验人员最常遇到和应该了解、掌握的参数。 第一节 温度测量技术及应用 温度是重要的热工参数，如过热蒸汽温度控制不好，过热器和水冷壁管就可能引过热而爆管；汽包和汽缸在机组启停时，若温度不均就会产生危险的应力，又如给水温度和排烟温度是保证锅炉经济运行的重要参数，锅炉主蒸汽温度是必须监视和控制的参数，过高或过低均会影响锅炉和汽机的安全经济运行。升压过程中汽缸壁温上下温差不得超过50。因此，准确的测量与控制温度，是保证锅炉、压力容器、承压部件安全的重要手段。,1、温度及温标,温度是指从特定的标尺上测量出来的物体的冷热程度。当以数值表示温度时，称之为温度度数。 温标是衡量物

4、体温度高低标尺，统一了表示方法，明确了温度单位。 目前温度计量采用1990国际温标，即ITS-90温标，代替1968年国际实用温标IPTS-68和1976暂用的0.5K到30K温标。 1990国际温标有热力学温度和摄氏温度两种表示方法。符号T90代表热力学温度，它的单位名称是“开尔文”，符号为“K”。t90表示摄氏温度，单位名称为“摄氏度”，符号为“”。其换算公式为：t=T-273.16，式中的单位符号以或K表示。 它们的区别仅在于计算的温度起点不同。热力学温度的起点是“绝对零度”，而摄氏温度起点则是水的冰点，彼此只差常数273.16。 国际温标是经国际协议而采用的易于高精度复现，在当时水平和

5、技术条件下，属于能接近热力学温标的一种在国际上通用的经验温标。 我国目前采用的温标是1990年国际温标，其代号为ITS-90，它是目前国际上通用的温标。我国从1991年7月1日起实施，并自94年1月1日起，所有温度计量仪器的生产、使用、量值传递均需按照“ITS-90”要求进行。 计量法于85年9月6日由国家主席令第28号公布。,温差电势是金属本身两端温度不同而产生的电势（即存在温差，且tt0）。由于温度不同自由电子所具有的能量也就不同，温度高则能量大，能量大的自由电子要往温度低的一端移动，使温度高的一端带正电，温度低的一端带负电，于是在两端之间产生了电位差，这就是温差电势。 若以EAB（t，t

6、0）表示热电偶回路的总电势，则 EAB（t，t0）= EAB（t）+ EB（t，t0）- EAB（t0）- EA（t，t0） 由于温差电势比接触电势小得很多，可以忽略不计，所以上式可改写成 EAB（t，t0）= EAB（t）- EAB（t0） 它表示了热电偶的热电势与温度的关系。有式可见，若t0不变，则EAB（t0）为常数，EAB（t，t0）和t之间就有单值对应关系，这就是热电偶测温的基本关系式。当t0有变化而不加校正时，就会引起测量误差。在用实验来确定热电性质时，常使t0=0，然后求取EAB（t，t0）的数值，并将其实验数据列成表格，称之为热电偶分度表。 热电极的极性确定：在热电势符号EAB

7、（t，t0）中，规定写在前面的A和t为正极和高温，写在后面的B和t0为负极和低温。若把前后位置颠倒，则热电势极性相反。因此在实践中要判断热电偶热电势时，可将热电偶热端稍加热，然后在冷端用电位差计来识别。 当热电偶两电极材料一定时，热电偶产生的热电势仅与热端温度成单值函数关系，而与热电偶丝长短和粗细无关。,2）热电偶冷端温度处理 由于热电偶分度表和根据温度刻度的温度仪表都是以热电偶冷端温度等于0为条件的，如果冷端温度不等于0，尽管被测温度t保持不变，但热电势E(t，t0)也将随着冷端温度的变化而变化。例如，在主蒸汽管道上装有一K型热电偶，与其配用的仪表刻度范围为0600。当保持热电偶冷端温度为0

8、时，若热电偶产生的热电势为22.346mV,则仪表指示为540，表示主蒸汽温度为540。如果在主蒸汽温度不变的情况下，热电偶冷端的温度升高为30，则热电偶产生的热电势就会下降到21.143mV，此时仪表指示将为512，比实际温度低28。如果冷端温度是变化的，则引入的测量误差将是个变量。因此需要对冷端温度采取一些补偿措施，以消除冷端温度变化所引起的误差，确保测温的准确性。常用的补偿法有如下几种：,（1）热电势修正法 各种热电偶的分度值是在冷端温度0时获得的，也就是只给出E（t，t0）与t之间的关系。当冷端温度不是0而是t0时，则可应用中间温度定律校正： E（t，0）=E（t，t0）+E（t0，0

9、） 可见，当t00时，只要在热电势E（t，t0）上加上修正值E（t0，0），得出E（t，0）后再查相应的分度表，即可求得被测温度。 如：用一支S型热电偶测温，冷端处在20室温下，测的热电势为7.341mV，求被测温度t是多少？ 解：根据t0=20差分度表的Es（20，0）=0.113mV，代入下式： Es（t，0）=Es（t，t0）+Es（t0，0）=7.341+ 0.113= 7.454mV 根据此电势值，在分度表上查得被测温度t=810。 注意，由于分度表的非线性性质，直接用7.341mV查分度表得800，在加上室温，即800+20=820 ，就认为是被测真实温度，这是不对的。 （2）冷端

10、恒温法 冷端恒温法就是保持热电偶冷端温度为0。在保持0时，热电偶输出的热电势就不必进行校正。保持0的方法是采用冰点槽或冰瓶。这种恒温方法精度较高，常用于实验室，因不方便生产中很少采用。 （3）冷端温度的补偿法 利用产生补偿电势来消除冷端温度变化影响的装置，称冷端补偿器，它与热电偶冷端串联相接，它们处于同一环境温度中。它采用不平衡电桥产生的电压来补偿热电偶冷端温度变化所引起的热电势变化。,（4）补偿导线法 普通型热电偶的热电极较短，通常热电偶的冷端靠近热源，其冷端温度不但很高而且波动较大。为了便于进行热电偶冷端温度的修正和集中监控，必须把热电偶的冷端置于远离热源和温度波动较小的地方，但加长电极尺

11、寸很不经济。考虑到热电偶冷端所处环境温度常在100以下，可以找到一种和它的热电极性相同的廉价金属材料做导线，把热电偶的冷端延伸出来，如图1-2所示。这种在一定温度范围内，其热电性能与热电偶的热电性能很相近的导线称为热电偶的补偿导线。其作用只是将热电偶冷端移至离热源较远及环境温度较稳定的地方，并不能消除冷端温度不是0时的影响。使用补偿导线时应注意： 不同的补偿导线只能与相应型号的热电偶配用； 使用补偿导线时切勿将其极性接反，否则将使冷端产生的误差为不使用补偿导线时的两倍； 补偿导线和热电偶连接点温度0150，否则会增大误差； 补偿导线和热电偶连接处的两个连接点温度必须相同，否则会增大误差。 目前

12、应用最广的是补偿导线法，如在DCS中广泛采用补偿导线法。,3）热电偶的材料与结构 对热电偶材料的要求是：物理和化学性能稳定、热电势和热电势率（温度每变化1所引起的热电势的变化）大、热电势与温度之间呈线性关系、电导率高、电阻温度系数小、复现性好、价格便宜。 常用热电偶材料有贵金属、廉金属、非金属和半导体等。按工业标准化的情况可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。前者工艺上比较成熟、能批量生产、性能稳定而良好并已列入国标。同一性能的热电偶互换性好、具有统一的分度号。标准化热电偶见表1-2。后者没有统一的分度表，无论从使用范围和数量上都不及标准热电偶。 由于使用中因热端氧化、腐蚀、高温结晶等会引起热

13、电特性变化而引起测量误差，因此必须定期校验。,表1-2 常用热电偶型号及特性,热电偶的结构形式品种繁多，火电厂常用的热电偶有普通插入式和嵌装热电偶，其结构见图1-3和图1-4。 普通插入式热电偶制造工艺简单，但体积大、材料消耗量多，不能用于狭小部位的温度测量，热惯性大，难以满足瞬间测温的要求。 嵌装热电偶具有体积小、热惯性小、挠性好、寿命长、适应性强、品种多，应用十分广泛。,4）热电偶的应用 在火力发电厂，热电偶测温被广泛用于管壁温度、缸壁温度、轴承温度、炉膛温度、蒸汽温度等的测量和控制。但在应用过程中尤其对热电偶的安装应注意如下几点： （1）安装地点要选择在便于施工维护，而且不易受到外界损伤

14、的位置； （2）热电偶插入方向应与被测介质流向相逆或垂直，尽量避免与被测介质流向一致； （3）热电偶露在设备外的部分要尽量短并应加保温层，以便减少热量损失和测量误差； （4）当热电偶用于测量金属壁温时，其测量精度与热电偶工作端在金属上的贴合方式有关，常采用：将热电偶的热电极装在管壁上开出的槽中；装在管子上凿出的金属片下；装在焊成凸块的压槽中；装在焊成凸块的孔槽中。,N型热电偶的应用 在火电厂的温度测量中，K型热电偶使用面广量大，但其在高温状态下的抗氧化能力较差，所以在1200以上的场合不得不用价格昂贵的S型贵金属热电偶；K型热电偶在250550范围内短期稳定性欠佳，在测温要求较高的场合只能采用

15、E型（或J型）热电偶，因此在测量1300以下温度时，至少要使用三种热电偶。而N型热电偶的出现为解决上述问题带来了希望。 N型热电偶(镍铬硅镍硅)是由澳大利亚科学家在20世纪70年代研制出来的一种新型镍基合金测温元件，也是国际上在廉金属热电偶合金材料研究方面取得的重大成就，近年来开始在我国电力系统得到应用，有望取代K、E、J、T等廉金属热电偶和部分S型贵金属热电偶。它具有：高温抗氧化能力强，长期稳定性好；在250550范围内的短期热循环稳定性好；在250550范围内，抑制了磁性转变，不再出现热电势明显的不规则变化；具有很好的耐辐射能力；在4001300范围内，N型热电偶的线性比K型热电偶要好。,

16、热电偶用于测量高温场合，而500以下温度常用热电阻。 1）热电阻测温原理及特点 RTD温度计是利用导体（或半导体）在温度变化时本身的电阻也发生变化的特性来测量温度的。当温度升高1时，大多数金属导体的电阻要增加0.40.6%，而半导体的电阻却要减少36%。 金属导体电阻与温度的关系为：Rt=Rt01+（t-t0） 式中：Rt、Rt0温度为Rt、Rt0时的电阻值； 电阻温度系数。 半导体热敏电阻与温度的关系为：RT=AeB/T 式中：RT温度为T（K）时的电阻值； T所处的绝对温度； e常数，等于2.71828； A、B决定于半导体材料及结构的常数，A的单位为，B无量纲数。,4、热电阻温度计,测温

17、RTD材料应满足：化学和物理性能稳定；复现性好；电阻温度系数大，得到高灵敏度；电阻率大，得到小体积元件；电阻温度特性尽可能接近线性；价格低廉。 目前被采用的RTD和半导体温度计有如下特点：精度高于热电偶；灵敏度高，温升1时，RTD阻值增加0.40.6%，半导体阻值则降低36%。不足：感温部分体积比热电偶热接点大，不宜测量点温和动态温度。半导体热敏电阻体积虽小，但稳定性和复现性差。 电厂常用的热电阻有：铂热电阻、铜热电阻和半导体热敏电阻温度计三类。其中以铂热电阻应用最广，其次是铜热电阻。,2）常用热电阻元件 （1）铂热电阻 采用高纯度铂丝制成的铂电阻具有测温精度高、性能稳定、复现性好、抗氧化等优

18、点，因此在基准、标准、实验室和工业中铂电阻元件被广泛应用。但在高温下容易被还原性气体所污染，铂丝变脆、特性变坏，所以需用套管保护。图1-5为铂热电阻结构示意图。,绕制铂电阻感温元件的铂丝纯度是决定温度计精度的关键。铂丝纯度愈高其稳定性愈高、复现性愈好、测温精度也愈高。铂丝纯度常用R100/R0表示，R100和R0分别表示100和0条件下的电阻值。对于标准铂热电阻温度计，规定R100/R0不小于1.3925，工业用铂电阻温度计R100/R0为1.391。,与热电偶一样，工业铂电阻也通过实验数据制成了分度表，在使用过程中，用户在得到热电阻值后通过查分度表就能得到对应的温度值。 过去使用的BA1型号

19、（R0=46）电阻温度计的铂电阻已被Pt50所代替。Pt50的分度值为Pt100分度值的二分之一。 工业用铂电阻温度计主要有三种，其技术指标见表1-3。 表1-3 工业用铂热电阻温度计技术指标,（2）铜热电阻 工业上除了铂电阻得到广泛应用外，铜电阻的使用也较普遍。因为铜电阻的电阻值与温度几乎呈线性关系，电阻温度系数也较大，且价格便宜，所以在一些测量准确度要求不是很高的场合，就常采用铜电阻，见图1-6。但在高于100的气氛中易被氧化，故多用于测量-50150温度范围。 国产铜热电阻温度计有Cu50和Cu100两种，其技术指标见表1-4所示。Cu50的分度值乘2即得到Cu100的分度值。 表1-4

20、 工业用铜热电阻温度计技术指标,（3）半导体热敏电阻温度计 用半导体热敏电阻作感温元件来测量温度的方法日趋广泛，半导体温度计最大优点是具有大的负温度系数-（36）%，因此灵敏度高。半导体材料电阻率远比金属材料大，故可做成体积小而电阻值大的电阻元件，这就使之具有热惯性小和可测量点温或动态温度的优越性。缺点是同种半导体热敏电阻的电阻温度特性分散性大，非线性严重，元件性能不稳定，因此互换性差、精度低，这些缺点限制了半导体热敏电阻的推广，目前仅用于一些测温要求较低的场合。见图1-7。,5、其它温度计,1)玻璃管液体温度计 利用液体体积随温度升高而膨胀原理制成的，常用液体有水银和酒精两种。由于液体膨胀系

21、数比玻璃大得多，因此当温度升高时在温包里的液体膨胀而沿毛细管上升。为防止温度过高时胀裂玻璃管，在毛细管顶端留有一膨胀室。 特点是测量准确、读数直观、结构简单、价廉、使用方便。但易碎、不能远传和自动记录缺点。采用水银的好处是不易氧化变质，纯度高、熔点和沸点的间隔大，常压下在-38356范围保持液态，特别是在200以下体膨胀系数具有较好的线性度，所以普通水银温度计常用于-30300。如需测-30以下温度，可用酒精、甲苯等作工作介质，见表1-5所示。 玻璃管均采用优质玻璃，对温度刻度超过300用硅硼玻璃，500以上则用石英玻璃。按用途可分为标准、实验室用、工业用和特殊用途等四类。,2)双金属温度计

22、图1-8为利用膨胀系数不同的两种金属片焊成一体构成的双金属温度计。双金属片的一端固定，另一端自由。当温度升高时，双金属片产生弯曲变形，其偏转角反映了被测温度的数值。,式中：K比弯曲 1/；L双金属片有效长度 mm； 双金属片总厚 mm；t,t0被测和起始温度 。 将偏转角经机械放大系统来带动指针指示温度值。双金属温度计的优点是抗震性好、坚固，但精度低（为12级）,仅用于工业中。,3)压力式温度计 图1-9为压力式温度计的原理图，它由敏感元件温包1、传压毛细管2和弹簧管压力表3组成。 若充以气体如氮气，则称充气压力式温度计，测温上限可达500，近于线性刻度，但温包体积大、热惯性大。若充以液体，如

23、二甲苯、甲醇等，温包小些，测温范围分别为-40200和-40170。若充以低沸点的液体，其饱和汽压相应随被测温度而变，如丙酮用于50200。由于饱和汽压和饱和汽温成非线性关系，故温度计刻度是不均匀的。 使用压力式温度计必须将温包全部浸入被测介质中，毛细管最长不超过60m，当毛细管所处的环境温度有较大波动时会对示值带来误差。大气压变化、安装位置不当均会增加测量误差。精度低，但使用简便、抗振，常用在露天变压器上和交通工具上。,4）非接触式温度计 利用被测介质温度增高时，其辐射强度增长极快以至用较简单的表计便可得到较精确的测量结果这一特点来进行测量的，因此非接触式温度计是测量物质辐射强度的表计。其测

24、量温度可达2000或更高。常见的非接触式温度计有光学高温计、辐射式高温计和红外测温仪。 （1）辐射高温计 辐射高温计可用于固定地连续测量炉膛温度，其工作原理如图1-10所示。它是利用被测物体的全辐射能量（不是单色能量）与其温度成一定的关系。炽热物体1所发射出的辐射能量在物镜2聚焦后全部落到由许多热电偶串联而成的热电堆4上，使各热电偶的热端温度升高，其产生的热电势相加后输送到毫伏计或电位差计显示温度值。补偿光栅3的作用是控制输入辐射能量的多少，以补偿由于环境温度即各热电偶冷端温度的变化所产生的误差。,（2）光电高温计 光电高温计用光电器件作为敏感元件感受辐射源的亮度变化，并转换成与亮度成比例的电

25、信号，经电子放大器放大，输出被测温度值并自动记录下来。图1-11是典型光电高温计的工作原理示意图。,（3）红外测温仪 红外测温仪的工作原理是利用一般物体都产生热辐射（即红外线。波长在0.76750m之间），同一波长在不同温度时该波长的辐射能量亦不同。其关键问题是探测器（器件）如何感受红外线而对其它辐射能量不起作用或作用很少，这就要采用对红外线特别敏感的器件如流化铅、锑化铟等热敏电阻，图1-12是其原理框图。被测物体S和参考源R的红外辐射经圆盘调制器T调制后输至红外敏感检测器D。圆盘调制器由同步电动机M所带动。检测器D的输出电信号经放大器A和相敏整流器K至控制放大器C，控制参考源的辐射强度，当参

26、考源和被测物体的辐射强度一致时，参考源的加热电流代表被测温度，由显示器I显示出被测物体的温度值。表1-7为非接触式温度计特性比较。,表1-7 非接触式温度计特性比较,温度变送器可以与热电偶或热电阻连用，把输入的热电势信号Ei或热电阻信号Ri转换成统一的420mADC（或010mADC）信号输出，作为后续仪表及DCS的输入信号，以实现对被测温度的显示、记录或控制。它的输出电流与输入的直流毫伏信号或电阻信号成线性关系。 温度变送器具有零点迁移、量程可调，热电偶接线方式不受线路电阻限制并有冷端自动补偿、使用方便等优点。 由于微小信号（如mV、A）易受噪音干扰影响，因此在测量微小信号时（尤其在干扰严重

27、的位置） 常采用温度表送器先将微小信号转换成标准的420mADC信号后再进行远距离传送。,6、温度变送器,7、壁面温度测量,在锅炉压力容器温度测量中广泛采用壁面温度的测量技术，由于被测对象的材料性质、形状和测温范围等不同因素，采用的测量方法也不尽相同。这里仅介绍用热电偶测量表面温度的方法，这种方法具有热接点小、热损失少、测温范围大、具有较高精度，相对比较方便等优点。 壁面测温大致有：（a）点接触，热电偶测量端与被测表面相接触；（b）面接触，先将热电偶测量端与热性能良好的金属薄片（如铜片）焊在一起，然后再与被测表面接触；（c）等温线接触，热电偶测量端固定在被测表面后沿被测表面等温线绝缘敷设至少2

28、0倍线径的距离再引出；（d）分立接触，两热电极分别与被测表面接触。如图1-13。,图中以（c）的误差最小，因为热电偶丝等温线敷设，热接点的导热损失达到最小；（b）次之，热电偶丝的热损失有导热良好的金属片补充；（a）误差最大，因为导热损失全部集中在一个接触点上，热量不能得到充分的补充。 在相同敷设方式下，热电偶直径粗，则沿热偶丝轴向导热热损失大，使测量误差增加；被测对象面积大、壁厚，则热容量大，测量误差相对减小；热接点附近气流扰动大，对流放热系数大，测量误差也相应增大。几种实用的安装方式见图1-14所示。 在进行壁面温度测量时应优先考虑如下几点： （1）在强度允许条件下应尽量采用直径小导热系数低

29、的热电偶； （2）优先考虑等温线敷设； （3）被测材料为非良导热体时可用面接触方式； （4）如被测材料允许，表面开槽敷设对提高测量精度更为有利。,第二节 压力测量 1、压力及压力表（计）的分类,1）压力的表示方式和单位 所谓压力就是均匀垂直作用于单位面积上的力。由于地球上总是存在着大气压，为便于在不同场合表示压力数值，根据取零标准不同，压力表示方式有：绝压、表压和差压，如图1-15所示。,压力是重要的热控参数之一。一台300MW机组，在锅炉及承压部件上有几百个压力测点，其中直接影响机组安全、经济运行的参数有几十个，如主蒸汽压力、再蒸汽压力、汽包压力、炉膛压力、炉膛负压、给水压力以及凝汽器真空等

30、。压力的准确测量和安全控制对锅监人员也是十分重要的参数。,大气压力地球表面大气自重所产生的压力称大气压力； 绝对压力以完全真空作零标准表示的压力称绝对压力； 表压以大气压作为零标准表示的压力称表压。表压正时称压力、负时称负压或真空度。负压绝对值愈大，即绝对压力愈小，则真空度愈高。 工程上大都用表压来表示压力大小，无特别说明指表压力。 它们之间的关系为： P绝对压力=P大气压力+P表压力 国际单位制（SI）的基本单位有7个，SI规定，压力的单位为帕斯卡，简称帕（Pa）。即1Pa=1N/m2，其物理意义是1牛顿的力垂直作用于1米2面积上形成的压力。法定计量单位是指国家法律承认具有法定地位的计量单位

31、。非法定压力计量单位与法定压力计量单位“Pa”的换算关系见表1-8。,2）压力表（计）的分类 测量压力的仪表称压力表。工业上所需测压力范围极宽，从小于0.13Pa的绝对压力起至超过2108Pa（约10-4mmHg2000kgf/cm2）以上的压力。为满足工艺上的要求，出现了许多不同类型规格的测压仪表。 按测压工作原理分大致可分为液柱式压力计、弹性压力表、电动压力表和活塞式压力计4大类，它们的主要技术性能见表1-9。 表1-9 测压仪表类型及主要性能,液柱式压力计是利用液柱所产生的压力平衡，并根据液柱高度来确定被测压力大小的压力计。常用的液体介质为水和汞。常用的液柱式压力计有U型管压力计、单管压

32、力计和斜管微压计，见图1-16。,2、压力表（计） 1）液柱式压力计,在实际使用中，影响液柱式压力计测量精度的因素很多，有时需要进行修正。这些因素为： a）环境温度变化的影响 当环境温度偏离规定温度时，封液密度、标尺长度都会发生变化。由于封液膨胀系数比标尺的线膨胀系数大12个数量级，对于一般工业测量，主要考虑温度变化引起封液密度变化对压力测量的影响。精密测量时还需要对标尺长度变化的影响进行修正。 b）重力加速度变化的修正 由于使用地点的重力加速度不同，对于精密测量应对其进行修正。 c）毛细现象造成的误差 毛细现象使封液表面形成弯月面，这不仅会引起读数误差，而且会引起液柱的升高或降低。这种误差与

33、封液的表面张力、管径、管内壁的洁净度等因素有关，难以精确得到。因此常加大管径来减少毛细现象的影响。当封液为酒精时，管径要求大于3mm；水、水银作封液时，要求管径大于8mm。 另外还存在刻度、读数、安装等方面的误差，使用中度应加以注意。,2）弹性压力计,常用的弹性元件有弹簧管、膜片和波纹管，相应的有弹簧管压力计、膜式压力计和波纹管式差压计。弹性元件变形产生的位移较小，往往需要把它变换为指针的角位移或电信号，以便显示压力的大小。 （1）弹簧管压力计 图1-17为弹簧管压力计及弹性敏感元件图。弹簧管压力计由弹簧管、齿轮传动机构、指针、刻度盘组成。 弯曲的弹簧管是一根空心的管子，横截面呈椭圆形或扁圆形

34、，自由端是封闭的，固定端焊在仪表的外壳上并与管接头相通。当它的内腔接入被测压力后，在压力作用下它会发生变形，变形使自由端向管子伸直的方向移动，产生管端位移量，通过拉杆带动齿轮传动机构，使指针相对与刻度盘转动。当变形引起的弹性力与被测压力产生的作用力平衡时，变形停止，指针指示出被测压力值。 由于单圈弹簧管自由端的位移量不超过25mm。为了提高弹簧管的灵敏度，增加自由端位移量，可采用盘旋型弹簧管或螺旋形弹簧管。 单圈弹簧管压力表的精度普通的为14级，精密的为0.10.5级；测量范围从真空到109Pa。,（2）膜式压力计 膜式压力计分膜片压力计和膜盒压力计两种，其测压元件见图1-18，（a）为弹性模

35、片、（b）挠性膜片、（c）膜盒。前者主要用于测量腐蚀性介质或非凝固、非结晶的粘性介质压力；后者用于测量气体的微压和负压。它们的敏感元件分别是膜片和膜盒。 膜式压力计精度一般较低，在2.5级左右，膜片式压力计适用于真空或06106Pa的压力测量；膜盒压力计的测量范围为04104Pa。,（3）波纹管式差压计 波纹管是外周沿轴向有深槽形波纹状，可沿轴向伸缩的薄壁管子。它受压时的线性输出范围比受拉时的大，故常在压缩状态下使用。为了改善仪表性能，提高测量精度，便于改变仪表量程，实际应用时波纹管常和刚度比它大几倍的弹簧结合起来使用。 波纹管式差压计以波纹管为感压元件来测量差压信号，有单波纹管和双波纹管两种

36、，主要用于流量测量和液位测量的显示仪表。波纹管及其特性曲线见图1-19，（a）为波纹管形状、（b）为位移与压力关系曲线。,3）远传压力计,在需要远传压力信号时，为了安全、可靠、方便和减少迟延，常采用就地压力仪表弹性元件的位移或力转换成电信号的方法。它们有电接点压力表、电阻应变式/力平衡式/电容式压力变送器等。 压力传感器：是一种能感受压力，并按照一定的规律将压力信号转换成可用电信号输出的器件。压力传感器内部没有放大电路，满量程输出一般为毫伏级，带负载能力低，不能直接与计算机接口。 压力变送器：是一种能感受压力，并按照一定的规律将压力信号转换成可用/统一信号输出的仪表。变送器内置有放大处理电路，

37、其统一的标准输出信号通常为直流：420mA、15V、010 mA、010V。 压力变送器=压力传感器+专用放大电路 （1）电阻应变式压力表 电阻应变式压力表是在弹簧管压力表内装上一个滑线电阻，其滑动点随指针旋转而滑动。当压力变化时，滑动点位置的变化就把压力变化转换为电阻值的变化，再由动圈仪表显示出来。,（2）电接点压力表 电接点压力表由弹簧管压力表加装电气接点所组成，除就地指示外，还用于发出压力越限信号报警或跳闸，图1-20为利用电接点压力表控制压力的线路图。其压力测量原理与弹簧管压力表完全相同。,（3）霍尔压力变送器 霍尔压力变送器是以“霍尔效应”为基础的电气压力仪表，它主要由定压电源和压力

38、转换机构所组成，见图1-21所示。具有较高的灵敏度，能输出统一标准的电压信号，与二次仪表配套后，可作远距离压力指示、记录或调节控制。精度为1.5级，而且易受环境温度的影响。其优点是灵敏度高、测量仪表简单。,（4）力平衡式压力变送器 力平衡式压力变送器或差压变送器是根据力平衡原理工作的：被测压力或差压接入变送器，弹性元件感受压力或差压后产生的集中力与输出电流经由反馈装置产生的反馈力在杠杆系统内形成力矩平衡，这时输出电流值反映了被测压力或差压的大小。典型产品为DDZ-、型。 力平衡式变送器的测量精度可达0.5级。但结构复杂、体积大，因 使用了杠杆等质量部件而弹性系统刚度小，其动态性能不是很好。,5

39、）电容式压力变送器 电容式压力变送器的结构如图1-22所示，中心感压膜片和其两边弧形电容极板形成电容量为CH和CL的两个电容。被测压力P加在膜盒的隔离膜片上，通过腔内硅油的液压传递到中心感压膜片上，压力为P时，中心感压膜片产生位移，因而使中心感压膜片与两边弧形电容极板的间距不再相等，从而使两个电容的电容量CH和CL不再相等。被测压力与两电容之间的关系为（K为常数） ：,因此两极板电容量的变化量就反映了被测压力的大小。电容式压力变送器的典型产品为1151。 电容式压力变送器具有结构简单、无机械传动和机械调整部分、高精度、高稳定性和很好的抗振性。,（6）EJA系列智能压力变送器 EJA系列原理框图

40、见图1-23。它由单晶硅谐振式传感器上的两个H形振动梁分别将差压/压力信号转换为频率信号送到计数器，再将两频率之差直接传到CPU进行数据处理，经D/A转换为与输入信号相对应的420mA DC输出信号，并在模拟信号上叠加数字信号进行通信。 通过I/O口与外部设备（如BT200手操器或275以及DCS中的带通信功能的I/O卡）以数字通信方式传递数据，即高频2.4kHz（BRAIN协议）或1.2kHz（HART协议）数字信号叠加在420mA DC的信号线上。在进行通讯时，频率信号对420mA DC的信号不产生任何扰动影响。,硅谐振梁结构见图1-24。单晶硅谐振传感器的核心部分，即在一单晶硅芯片上采用

41、微电子机械加工技术，分别在其表面的中心和边缘做成两个形状、大小完全一致的H形状的谐振梁，且处于微型真空腔中，使其既不与充灌液接触，又确保振动时不受空气阻尼的影响。,图1-25为硅谐振自激振荡原理图，硅谐振梁处于由永久磁铁提供的磁场中，与变压器、放大器等组成一正反馈回路，让谐振梁在回路中产生振荡。,4）活塞式压力计,活塞式压力计是基于传压介质的静力平衡原理而工作的。它是一种精度很高、测量范围很广的标准压力计量仪器，常用来校验、标定弹簧管压力表、压力变送器，也可用来检定较低等级的活塞式压力计和校验一般工业用压力表，所以常称它为标准活塞式压力校验台，见图1-26。 活塞式压力计的活塞有效面积通常在铭

42、牌或检定证书上给出。活塞式压力计使用的介质具有一定的要求，常用的介质见表1-10所示。,5）压力仪表（计）的选择,（1）压力表量程的选择 为了保证弹性元件在弹性变形范围内可靠工作，压力表量程选择不仅要根据被测压力大小，而且还应考虑被测压力变化速度，其量程需留有足够的余地。测稳定压力时，最大工作压力不应超过量程的2/3；测脉动压力时，最大工作压力不应超过量程的1/2；测高压时，最大工作压力不应超过量程的3/5。为了保证测量准确度，最小工作压力不应低于量程的1/3。 如：某一压力容器最高工作压力为106Pa（1MPa），试求弹簧管压力表量程。 因为压力容器压力比较稳定，按上述原则，得1062/3=

43、1.5106Pa(1.5MPa),从产品目录中选01.6MPa量程范围的压力表。 （2）压力表精度的选择 压力表的精度主要根据生产允许的最大误差来确定。如上例中，01.6106Pa量程的压力表测量压力容器的压力，若要求测量值的绝对误差不大于3104Pa(0.03MPa)，则所选用压力表的允许误差应不大于3104100%/（1.6-0）106=1.875%，即应选用1.5级精度压力表。从产品目录中可知,1.5级精度、01.6106Pa测量范围的压力表，其测量误差不会大于2.4104Pa (0.024MPa) ，满足生产对测量精度要求。,（3）压力表种类和型号的选择 压力表种类和型号的选择要根据被

44、测介质压力大小，物理、化学性质、现场环境和工艺要求来确定。 从被测介质压力大小考虑 如测微压即几百个至几千个Pa压力，用液柱压力计或膜盒压力表。对被测介质压力不大，在1.5104Pa以下压力，不需迅速读数的，常用U型管/单管压力计；要求迅速读数的，可选用膜盒压力表。压力在5104Pa以上的，一般选用弹簧管压力表。 从被测介质性质考虑 对一般腐蚀性介质应选用耐酸压力表、精密压力表、氨用压力表、不锈钢为膜片的膜片压力表。对易洁净、粘度大的介质，要选用膜片压力表。对氧、乙炔等，应选用专用压力表。 从使用环境考虑 对爆炸性气氛环境，使用电气压力表时，应选用防爆型压力表。机械振动强烈的场合，应选用船用压

45、力表。 从工艺要求考虑 如需观察压力的变化情况，应选用记录式压力表，如波纹管压力表或螺旋弹簧管压力表。若不但需要就地指示还需要远距离传送压力信号，则可选用电气式压力表；只需远距离传送压力信号，可选用压力变送器。如需报警或位式调节，可选用电接点压力表等。,（4）压力表外型的选择 在经济、合理、实用的基础上，还要考虑便于安装、日常观察和美观。盘装圆形压力表的表面直径一般采用150mm，现场就地指示压力表的直径可采用100mm。在安装位置高、示值看不清楚的场合，应采用大直径压力表。 （5）压力表计的检定与校验 检定规程规定，所有压力表计检定周期为一年，强制检定表计检定周期为半年。 检定点不少于5点：

46、0、25%、50%、75%、100%。 需要注意：智能变送器（压力、温度）的校验调整不应借助手操器进行校验调整，而应通过加压力/温度进行； 压力表（变送器）装在取压点上时采用正修正（加上水柱值），在下方时负修正（减去水柱值）。,第三节 水位测量,在工业过程中，常需要测量容器内的料位、液位和固液两种不同混合物料的分界面位置，通常把这种测量统称为物位测量。相应地把测量固体料位的仪表称料位计，测量液位的仪表称液位计。 水位测量的目的有：一是通过水位测量来确定容器里的原料、半成品或产品的数量；另一个是在连续生产情况下，通过水位测量，了解水位是否在规定范围内，对维持正常生产及安全生产具有重要意义。 水位

47、的测量要求多种多样，就测量范围而言，从测量几毫米到几十米。同时水位测量所涉及的被测容器、介质及工艺过程对水位计的要求也是各不相同的，因此水位计种类繁多。按工作原理分有：直读式、浮力式、静压式、电磁式、超声波式核辐射式等。,在火电厂广泛采用玻璃水位计、云母水位计、电极式水位计和差压式水位计测量锅炉汽包、高/低加、除氧器、油库等液位测量。其中，玻璃水位、云母水位计是采用图 1-27所示的连通管原理制成，它属于锅炉的附属设备就地安装。常在锅炉启、停时监视汽包、高/低加、除氧气等水位和正常运行时定期校对其它类型的水位计。,玻璃板水位计广泛使用在低、中压锅炉上，其金属框上嵌固着平板玻璃，平板玻璃上刻有几

48、道凹槽，使玻璃具有反光作用，因而能更清楚地显示出蒸汽和水的分界面，如图1-28所示。 一般玻璃板水位计适用于被测介质压力小于4.3MPa、介质温度低于30水位的测量。特种玻璃板水位计可用于介质压力达32MPa、400温度汽包水位的测量。,1、玻璃板水位计,2、云母水位计 云母水位计广泛使用在中/高压蒸汽锅炉汽包水位测量上。云母水位计运行可靠、维修工作量小，特别是没有玻璃板水位计容易爆裂的缺点。但清晰度不如玻璃板水位计，特别是高压锅炉上云母水位计显示不够清晰，通常用于压力小于10.8MPa锅炉汽包水位的测量。 3、双色水位计 双色水位计是利用水和蒸汽对光的折射率不同的原理制成的，其工作压力可达22.5MPa。它是白炽光通过红绿二块玻璃产生红绿二束光，通过棱镜折射成红绿二束光，由于红、绿光波长不一样，而水和蒸汽对红、绿光折射率又不一样，因此，当二束光通过水时，绿光正好折射到窥视孔上、而将红光折射到窥视孔外，故显示为绿色。当通过蒸汽时正好相反，红光折射到窥视孔上，而绿光折射到孔外，故显示红色，因而形成红、绿汽水分界面。 双色水位计的优点是显示醒