热工测量仪表(压力流量液位等)讲义

　热工测量及仪表 一 一.

　概述 1.热工测量的意义：在热力发电厂中，通过热工参数的测量，可以及时反映热力设备的运行工况，为运行人员提供运行操作提供运行操作依据；为热工自动化装置准确及时的提供信号；为运行的经济性计算提供数据。

　2.热工测量：是指压力、温度等热力状态参数的测量，通常还包括一些与热力生产过程密切相关的参数的测量，如测量流量、液位、振动、位移、转速和烟气成分等。

　3.测量方法：直接测量和间接测量两种 直接测量如：压力表测量介质压力，温度计测量介质温度 间接测量如：流量 4.热工仪表的组成：

　（１）

　感受件：感受件直接与备测对象相联系，感受被测量的量值，并将感受到的被测信号转换成相应的信号输出。如热电偶将被测温度转换成相应的热电势 （２）

　显示件：仪表最终是通过它的显示件向观察者反映被测量的变化。按显示件的功能不同仪表有以下几种（ａ）显示被测量瞬时值的称为显示仪表。按显示方式不同又有模拟显示，数字显示和屏幕显示。（ｂ）记录被测量随时间变化的，称为记录仪表，这种仪表除了以记录笔的运动来反映被测量变化外，还要有一小电机带

　动记录纸。

　（ｃ）显示被测量对时间的积分结果的，称为积算仪表或积算器（ｄ）反应被测量是否超过允许限值的。称为信号式仪表。如现场的声光报警等 （３）传送件：其作用是将感受件输出的信号，根据显示件的要求传输给显示件。如信号导管和电缆。

　5.仪表的质量指标：

　（１）

　准确度 （２）线性度 （３）回差即变差 （４）重复性和重复性误差 （５）分辨率 （６）灵敏度 （７）漂移 6.仪表的检定 进行检定过程中必须遵循国家法定性技术文件，国家计量检定规程 二．测量误差的分析 1. 测量误差的分类：

　误差按性质可分为：①系统误差；②偶然误差（或称随机误差）；③粗大误差。

　粗大误差是指明显歪曲测量结果的误差。如测量对错了标志、读错了数以及在测量时因操作不小心而引起的过失性误差等。

　出现粗大误差的原因有：测量者的主观过失，如读错记错测量值，操作失误。这类误差应尽量避免。

　系统误差是指在同一条件下，多次测量同一量值是时，绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，按一定规律变化的误差。系统误差是由于测量仪表本身的原因，或仪表使用不当，以及测量环境条件发生较大改变等原因引起的。

　系统误差可通过校验仪表，求得与该误差数值相等、符号相反的校正值，加到测量值上来消除。

　随机误差：是指在同一条件下，多次测量同一量值时绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差。

　随机误差是多次测量同一被测量时，不可预知的产生的误差，是不可避免的。

　2.测量过程中，产生误差的因素有哪几种？ 产生误差的因素有以下四种：①测量装置误差；②环境误差；③方法误差；④人员误差。

　测量装置误差分标准器误差和仪器本身的误差，此两种装置误差都不可避免 环境误差是由于各种环境因素与要求的标准状态不一致而引起的测量装置和被测量本身的变化而造成的误差 方法误差是由于采用近似的测量方法而造成的误差 人员误差是指由于测量者受分辨能力的限制，疲劳引起的感官变化等。

　3.误差的表示方法

　表示误差的两种基本形式：绝对误差和相对误差 （１）

　绝对误差简称为误差，它等于测量结果减去被测量的真值，如果被测量的真值

　用 X 0 表示，测量结果用 X 表示，则绝对误差为Δ＝X－X 0

　（2）相对误差：

　三． 压力测量仪表 在生产过程中，压力是工质状态的一个参数。在火电厂中，压力是热力过程的重要参数。如要使锅炉、汽轮机以及辅机设备等安全、经济地运行，就必须对生产过程中的水、汽、油、空气等工质的压力进行检测，以便于对火电生产过程的监视和控制。

　（一）、压力的概念与表示方法

　1. 压力的概念

　工程技术中的压力是物理学中的压强，即垂直作用在物体单位面积上的力的大小。

　 2. 压力的表示方法

　压力的表示方法以其参考零点压力的不同而不同，可以分为绝对压力和表压力。

　(1)绝对压力

　以参考零点０所表示的压力称为绝对压力。

　(2)表压力

　以大气压力为参考零点所表示压力称为表压力

　3． 压力的单位：Pａ，KPａ，MPａ，ｍｍH2O,ｍｍHｇ，ｐｓｉ

　4. 分类：在生产过程中和实验室里使用的压力仪表种类很多。对压力仪表可以从不同的角度进行分类。如按被测压力可分为：压力表、真空表、绝对压力表、真空压力表等。如按压力表使用的条件可分为：普通型、耐震型、耐热型、耐酸型、禁油型、防爆型等压力表。如按压力表的功能可分为；指示式压力表、压力变送器。如按压力表的工作原理可分为：液柱式压力计、弹性式压力计、物性式压力计、活塞式压力计等。弹性式压力计是生产过程中使用最为广泛的一类压力计。

　（二）弹簧管压力表 三、弹簧管压力表弹簧管压力表是生产过程中和实验室应用非常普遍的测压仪表。它可以测量压力，也可以测量真空。按照使用的弹簧管的种类可分为单圈和多圈弹簧管压力表。按照适用的条件可分为耐振型、耐热型、耐腐蚀型、抗冲击防爆型以及专用压力表等。它们的工作原理是相同的。1.单圈弹分管压力表的结构及工作原理结构组成如图所示，它主要由弹簧管、传动机构、游丝、指针、表盘等组成。扇形齿轮、中心齿轮、游丝安装在彼此平行的夹板之中。中心齿轮和扇形齿轮能以各自的轴转动并相互啮合；指针固定在中心齿轮上，夹板固定在仪表的支架上，从自由端到扇形齿轮的尾端由拉杆连接。单圈弹簧管压力表1 1 一表盘面；2 2 一弹簧管；3 3 一拉杆；4 4 一扇形齿轮；5 5 一指针；6 6 一中心齿轮；7 7 一接头；8 8 一表壳；9 9 一调整螺丝；10 一曲柄； 11 一游丝

　1.. 特点：它的结构简单，使用操作方便，性能可靠，价格便宜，可以直接测量气体、油、水、蒸汽等介质的压力。其

　测量范围很宽，可以从几十帕到数吉帕。它可以测量正压、负压和差压。

　2.准确度：目前金属弹性式压力计的精确度可达到 0.16 级、0.25 级、0.4 级。工业生产过程中使用的弹性压力计，其精确度大都是 1.5 级、2.0 级、2.5 级 弹性式压力计中的弹性元件主要有膜片、膜盒、弹簧管、波纹管等。

　3.弹簧管压力表的工作原理：弹簧管在压力的作用下，其自由端产生位移，并通过拉杆带动放大传动机构，使指针偏转并在刻度盘上指示出被测压力值 4.弹簧管压力表的组成：压力表接头、表壳、弹簧管、指针、游丝、扇形齿轮轴、曲臂杠杆、拉杆组成 5.弹簧管压力表分为普通压力表和精密压力表。准确度等级有 4，2.5，1.5，1，0.4，0.25，0.16，0.1 等。现场普通压力表准确度等级为 1.5（1.6），精密压力表准确度等级 0.25 6.现场压力表种类：普通压力表，耐震压力表（仪表内灌充阻尼液，指针传动机构弹簧管都泡在油中。隔膜压力表（耐腐蚀）真空表（测量真空和压力的连成型压力表），禁油型压力表， 7.压力表常用的敏感元件：弹簧管，膜片，膜盒及波纹管 8.压力表在投入前应做好以下工作：a，检查一二次门，管道及接头处应连接正确牢固：二次门，排污门应关闭，接头不

　渗漏，操作手轮和紧固螺丝与垫圈齐全完好。b，压力表及固定卡子应牢固。C，电接点压力表应检查和调整信号装置部分。

　9.现场压力表的检查：外观：表盘清晰无破损，表针无弯曲现象，所测压力在允许范围内，接头无渗漏现象，检定日期有无过期等。

　10.校验项目：零位示值误差、示值基本误差、回程误差、轻敲表壳后指针示值变动量、耐压检定等 11.弹簧管压力表量程的选取：当被测压力接近仪表的上限时，虽然测量误差小，但仪表长期处于上限压力工作时会降低仪表的寿命。当被测压力接近仪表的上限的 1/3 以下时，虽然寿命延长了，但测量误差较大。所以一般情况下被测压力值不应小于压力表测量上限的 1/3. 12.压力表使用中应注意的事项：ａ使仪表处于正常的工作位置。ｂ仪表的温度湿度在允许的范围内。ｃ在投入前应使压力表管排空，不允许憋压。ｄ投入前检查其表针位置，必须回零，密封性合格。ｅ定期进行校验 ）

　（三）

　．变送器

　1..变送器：输出标准信号的传感器，国际上压力变送器输出信号统一为 4-20ｍA

　2.压力变送器的组成：压力感受部件主要承受被测压力，产生与被测压力有关的非电物理量的器件。

　转换部分：将压力感受部件产生的信号转换为与被测压力有关的电信号 放大输出部分：将电信号转换为 4－20ｍA 电流信号。

　3..变送器的种类

　应变式、电容式、电阻式等。

　（１）电容式变送器利用弹性敏感元件作为感受压力的元件，并作为一个活动板，与固定的定极板形成一个电容器。当压力通过工作介质加到动极板上时，它将产生位移，使两极板之间的距离发生变化，经测量线路可测得压力的大小。电容式压力变送器良好的动态相应能力，特别适用于低压、微压等的测量。

　（２）

　压阻式变送器是利用单晶硅的压阻效应，采用集成电路工艺制成的。

　（３）

　智能性变送器 ａ）常见种类：横和，霍尼威尔，罗斯蒙特，EJA 等 ｂ）原理：当压力作用与传感器膜盒组件时，通过隔离膜片及密封的传压介质，将压力差传递到小型小型电容式感压膜片两侧，致使感压膜片产生与输入压力信号有一定比例关系的位移，通过检测电路检测并转换成统一的 4－20ｍA 电流信号输出。

　（４）

　压力变送器准确度等级：0.2 ，（0.25）

　，0.5 1.0 1.5 2.5 级 （５）

　、特点：ａ）精度高 ｂ）有软件信号处理功能，线性度好 ｃ）有温度、压力补偿功能 ｄ）量程调节范围大 ｅ）远距离传输、诊断及通信 ｈ）可靠性高、维护量小 （６）

　变送器的的工作电源：24VDC （７）

　变送器管路的安装 i. 导压管的材料要耐压、耐腐蚀的材料 ii. 导压管内径不小于 6mm，长度在 16m 内，最大不应超过 50m iii. 导压管应垂直或倾斜敷设，倾斜度小于 1：12 iv. 取压口的选取：测量液体的水平管段，应在管道下部取压；测量气体的水平管段，应在管道上部取压。

　v. 导压管应有固定的卡子。

　（８）差压变送器的投入步骤：先打开平衡阀，再打开低压侧阀门，等高低压室压力平衡后，再关闭平衡阀，接着再打开高压侧阀门。

　关平衡阀 （9）变送器的检定

　 1、外观检查

　 2、压力检定设备的选择。

　3、示值检定：不少于 5 点，分上行程、下行程，计算回

　程误差。

　4、误差计算 5、填写检定记录 6、变送器贴合格证。

　 连接如图：

　 （四）

　流量测量 1． 流量的定义：流体流量是指单位时间内流过管道或明渠某一截面流体的量，也称为瞬时流量。在某一段时间间隔内流过某一截面的流体的量称为流过的总量，也称作积分流或 累积流量。总量除以得到总量的时间就称为该段时间内的平均流量。

　2．流量测量方法：a．容积法 ； b．速度法；c．质量法 3. 流量测量系统组成：流量测量系统一般由传感器、信号传输、信号转换装置和流量显示及计算装置四部分组成。

　4.节流式流量计是工业上最为广泛使用的一类流量测量仪表。

　 工作原理：在管道中放置一节流元件，流体流经节流元件时发生节流，在节流元件的前后两侧产生压力差（差压）。当流体、工况、管道、节流件、差压取出方式一定时，管道流量与差压有确定的关系。因此可通过测量差压来测量流量。节流式流量计也称为变压降式流量计。

　1. 差压取压装置：标准孔板、标准喷嘴、长径喷嘴、文丘利管 2.标准节流装置的组成：标准节流件及其取压装置，节流

　件上游侧第一阻力件和第二个阻力件，下游侧第一个阻力件，所有主件及附件之间的直管断 3.节流装置测量流量的原理：是基于流体流动的节流原理。若再圆形管中与管道轴垂直方向固定一个中间具有圆孔，而孔径比管道直径小的阻挡件，则当流体流过此阻挡件时，流速增加，静压力减小在阻挡件前后产生静压力，这个静压差与流量之间有一定的函数关系，测出该压差，即可得出流量。

　4.节流装置测量流量时必须满足得条件：（１）流体充满管道，作连续稳定流动，流体应是单向、均匀的流体，在到达节流件之前，流体的流线与管道轴线平行。（２）被测流体流过管道应具有圆截面。（３）标准节流件应安装在安装在两段等内径的直管段之间，。

　5,流量孔板在安装过程中，孔板缩口朝向流体前进的方向，千万不可接反，接反导致孔板前后静压差减小，使所测流量值减小，影响流量测量的准确性。

　三．液位测量 1.直接测量一般采用超声波液位计、雷达液位计、压力/差压变送器作为测量元件 2.超声波和雷达测量主要是通过测量到液面的距离计算出实际液位值。

　测量原理 10kHz 至 70kHz 范围内的短的超声波脉冲通过探头被发射，遇到被测介质后被反射回来，同样通过探头接收。超声波脉冲以声波速度传播，从发射到接收声波信号的运行时间与探头到被测介质表面的距离成正比。

　即使在存在虚假反射的时候，最新的微处理技术和独一无二的-软件也可以准确地分析出物位回波，并精确地计算出到被测介质表面的距离。一体式的温度探头可以测量容器内的温度，对温度对声波运行时间造成的影响进行补偿。

　通过输入容器尺寸，可以将上空距离值转换成与物位成正比的信号。仪表可以空仓调试。

　 原理：一体式超声波传感器用于连续物位测量，适用于测量几乎各个工业领域的液体和固体介质，特别是用于水/废水处理

　 （五）

　转速及振动测量：

　1. 旋转机械的转速大小用单位时间内的转速来表示，单位为转/分。

　2. 转速传感器按原理分：光电式、磁电式、涡流式等。

　3. 转速表的种类：离心式转速表，磁电式转速表，电子计数式。

　4. 振动测量：

　（六）

　氧化锆氧量计：

　1. 用途：用来测量炉烟含氧量

　2. 原理：以氧化锆作固体电解质高温下电解质两侧氧浓度不同时形成浓差电势，通过测量浓差电势而测量其含氧量。

　（七）

　温度测量：热电阻，热电偶，双金属温度计等