培训班热工测量及仪表专题

热工测量及仪表专题介绍一、测量系统的组成感受件变送件显示件•单值•线性•灵敏传送件•放大信号•标准化电信号（4-20mA,1-5V)二、温度测量测温范围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接触式测温热电偶温度计热电阻温度计非接触式测温红外温度计比色温度计二、温度测量-热电偶温度计自由端（参考端、冷端）测量端（工作端、热端）热电极A热电极BTT0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)()(0tteAAAeA()ABt二、温度测量-热电偶温度计热电偶的回路总电势：)(te-(t)e)t(t,E0ABAB0AB0000(,)[()()()()()()]ABABAAABBBEtttttttt二、温度测量-热电偶温度计热电偶的冷端温度补偿：)(te-(t)e)t(t,E0ABAB0AB材料与对应的热电偶不同，价格便宜，低温下热电性质相同。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。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相同，但准确度要求略低。二、温度测量-热电偶温度计铠装型热电偶可长达上百米薄壁金属保护套管（铠体）BA绝缘材料法兰二、温度测量-热电偶温度计的应用被测物体ABAB两支热电偶串联，可实现较低温度的测量。E=2EAB(t,t0)tt被测物体ABBA两支热电偶反向串联，可实现温差的测量.E=EAB(t1,t2)t1t2t0t0t0t0t0t0t0t0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二、温度测量-热电阻温度计铜热电阻三、压力测量-1151电容式压力（压差）传感器dAC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。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。三、压力测量-1151电容式压力（压差）传感器在实际应用中，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。dKCCCC1212采用下述信号处理方法可消除非线性及工作温度的影响：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。当采用差动时，CL增加,CH减少，电容总变化量为])dd([ddCC20000012pKKdKddCCCCHLHL210200①为什么采用差动平板电容？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：三、压力测量-1151电容式压力（压差）传感器三、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。组成：感压弹性元件和应变片二者结合成一体。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。测量桥路三、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。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；三、压力测量-压力仪表的选择与安装取压口的位置选择：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。四、流量测量流量测量方法容积式速度式质量式椭圆齿轮流量计腰伦流量计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）差压式流量计科里奥利质量流量计四、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。四、流量测量-漩涡流量计涡街稳定的条件：h/L=0.281时tvSfl)Dl.(DvDq25114422体积流量与频率之间的关系：漩涡发生的频率：f=Stv/lSt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。漩涡发生频率f的检测方法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。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pDCpdCqv1224124241241五、成分分析仪表-氧化锆氧量计炉烟成分自动分析过剩空气系数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。火电厂锅炉燃烧质量如何检测？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。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展起来的一种新型烟气氧含量分析测量仪表。由传感器（氧化锆探头）和变送显示器组成。按安装方式可分为抽出式和直插式。目前广泛应用在火力发电、采暖、炼油、化工、轻纺、水泥等工业领域。氧化锆氧量计的工作原理（电化学的浓差电池原理）：氧化锆固体电解质，在高温下两侧氧浓度不同时形成浓差电池，该电池产生的电势与两侧氧浓度有关。固定一侧氧浓度，可通过测量输出电势来测量另一侧的氧浓度。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空气烟气1212lnlnnFRTppppnFRTE能斯特公式：—参比气样氧容积浓度；—待测气样氧容积浓度。21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。～空气给水泵去烟囱凝汽器空预器空气空气燃料汽包省煤器再热器过热器水冷壁汽轮机锅炉灰斗发电机锅炉水循环效果变差水冷壁超温被烧坏爆管水位过低一、汽包水位测量的背景知识六、汽包水位测量-火电厂生产流程六、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。sp至过热器下降管汽联箱水冷壁水联箱炉膛图1.汽包内工质循环示意图水位名称：指示水位、实际水位、重量水位（差压式）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。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。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ΔP=P+-P-，按照流体静力学原理，有gHHLgHHgLpswa)()(00Hg)(g)(Hg)(Lswswsa0在恒定下，ΔP与H成单值、线性、负斜率函数关系。gLswa,,,,影响汽包水位测量误差的原因有平衡容器水柱温度和汽包压力的变化。