热工培训资料

第一部分热工测量及仪表测量是人类认识事物本质不可缺少的手段，通过测量和试验，人们可以对事物进行定量，发现事物的规律。测量技术主要包括测量原理、测量方法和测量工具三个方面。热工测量时测量技术的一种，是指在热工过程中对各种热工参数如温度、压力、流量、物位及位移等的测量。热工测量是测量技术中的一种，是指在热工过程中对各种热工参数，如温度、压力、流量、液位、物位及位移等的测量。用来测量热工参数的工具称为热工仪表，它的种类繁多，结构不同，但从本质来看，任何仪表都包含以下三个必要的部分，如图（1）感受件（也叫一次仪表），它直接与被测对象相联系，感受被测参数的变化，随着被测参数变化而向外界发出一个相应的信号，此信号与被测对象之间是一个单值函数关系。（2）显示件（也叫二次仪表），它接收感受件的信号，处理后向观察者反映被测参数在数量上的变化，现在常用的有模拟显示、数字显示和屏幕显示方式。（3）连接件（也叫中间件），它是将感受件发出的信号，根据显示件的要求传送给显示件进行显示，大致分为两种形式，一种是单纯的起传递作用，另一种是要把感受件发出的信号进行转换后送给显示件。无论哪一种连接件在感受件与显示件之间传递信号、放大信号、转换信号都要求信号不失真，失真测量出的数值不准确。在火力发电厂中，热工测量是运行人员的耳目，通过热工测量可以及时反映热工设备的运行工况，为运行人员提供操作依据，为热工自动控制准确地、及时地提供信号，保证热力设备安全、经济运行，实现自动控制，节省人力、物力。第一章温度测量及仪表温度是一个重要的物理量，它是国际单位制中七个重要的物理量之一，也是工业生产的主要工艺参数，在火力发电厂中，运行人连接件显示仪表感受件被测量员掌握机组各部分在运行中的温度参数，检修维护人员必须做好量值传递保证在线温度测量的准确性，才能保证机的安全和经济运行。第一节温度计一、名词解释（1）温度：温度是衡量物体冷热程度的物理量。从能量角度来看温度是描述不同自由度间能量分析状况的物理量；从热平衡的观点看，温度是描述热平衡系统冷热程度的物理量。它反映物体内部分子热运动的情况，分子热运行越快，物体的温度就越高，反之温度就越低。（2）温标：是为了保证温度量值的统一和准确而建立的一个用来衡量温度的标准尺度。目前世界上使用的为1990国际温标，它有热力学温度和摄氏温度两种表示方法。（3）热力学温标：利用卡诺定理及其推理，建立的一个与工质无关的温标，叫热力学温标。（4）热力学温度：热力学温标所确定的温度数值称为热力学温度，单位为K。二、温度计的分类温度计可以分为接触式和非接触式两大类。接触式的感受元件直接与被测介质接触，非接触式的感温元件不与被测介质直接接触，常用的温度计分类如下：温度计的分类工作原理常用测量范围接触式仪表膨胀式温度计1﹒液体膨胀式2﹒固体膨胀式利用液体或固体受热时产生热膨胀的特性-200-700压力式温度计1﹒气体式2﹒液体式3﹒蒸气式利用封闭在一定容积中的气体、液体或某些液体的饱和蒸气受热时其体积或压力变化的性质0-300热电阻温度计利用导体或半导体受热后电阻值变化的性质-200-650热电偶温度计利用物体的热电性质0-1600非接触式仪表辐射式温度计1﹒光学式2﹒比色式3﹒红外式利用物体辐射能随温度变化的性质60-200三、电厂常用温度计原理及特点。1﹒水银温度计：水银温度计结构简单，价格低廉，多用作热工实验室的标准仪表，在现场一般只用作就地测量，比如测量机组各瓦的回油温度，辅机的润滑油温度等。它是利用温包和毛细管内的水银受热膨胀的原理来测量的。它的灵敏度主要取决于毛细管的粗细和温包的大小，这种温度计的误差来源主要有两种，一种是零点下降现象引起的误差，可以在温度计检定的时候校正；一种是认为读数引起的。2﹒双金属温度计双金属温度计是根据金属随温度变化产生的弯曲与温度高低成正比的性质而制成的温度计。它的感温元件是用两片膨胀系数不同的金属片叠焊在一起制成的，双金属片受热后由于两个金属片的膨胀系数不相同而产生弯曲，温度越高产生的线膨胀长度差越大，因而引起弯曲的角度也越大。这种温度计通常被用作温度继电控制器，极限值温度信号器或温度补偿器。主要用于温度联动回路和电机本体入口出口等震动较大的场所。随着工业的发展，现在也有指示式双金属温度计。双金属温度计结构简单、制造成本低，耐震性也比较好，但这种温度计精度不高，量程不能做的很小，使用范围有限。3﹒压力表式温度计压力表式温度计是利用定容气体、液体热胀冷缩压力变化或饱和汽饱和压力变化的性质进行测温的。其基本结构是由感温元件温包、传压元件毛细管、变形元件弹簧管构成的密闭系统。温包直接与被测介质接触感受温度的变化，毛细管是用金属材料冷拉成的无缝圆管，用来传递压力的变化，盘簧管或弹簧管是弹性元件，感受毛细管传来的压力，产生弹性变形带动指针指示温度值。它主要用于测量水箱温度、沉降池、油箱等容器内的液体温度，它的特点是结构简单具有防爆性，不怕震动，但准确度低，滞后性较大。压力表式温度计按用途分有指示式、记录式、报警式（带电接点）和调节式等类型。按填充物质不同又可分为气体压力式温度计、蒸汽压力式温度计和液体压力式温度计。电厂中最常使用的是带接点的压力表式温度计，它不仅具有指示部分，还带有可供两位调节或控制的电接点。电接点装置的上下限接点可按需要调整到任意给定的温度上。上下限的温度值由定接点指示出来，动接点由指针带动。当被测介质的温度超过（或低于）上限（或下限）给定的温度时，温度计指针上的动接点便与上限（或下限）定接点相接触，发出信号闭合（或断开）信号，4﹒热电阻温度计热电阻温度计是利用导体或半导体的电阻随温度变化而变化的性质来测量温度的，是电阻输出型感温元件。现在工业上常用的金属热电阻为铂热电阻、铜热电阻两种，PT100铂热电阻和CU50铜热电阻在电厂最常用。PT100指的是当铂电阻的阻值为100欧姆时，温度指示为0℃，CU50指的是当铜热电阻的阻值为50欧姆时，温度指示为0℃。金属热电阻分为铠装型热电阻和普通基型热电阻两种，它的结构图一般由电阻丝、骨架、引线和保护管等部分组成。电阻丝是用来感受温度的部分，是热电阻的核心；骨架是用来缠绕、支承和固定电阻丝的支架；引线使热电阻能与外部测量及控制装置连接。保护管用来保护热电阻与引线不直接和所测介质接触，免受有害物质的影响。在在电厂中一般使用PT100热电阻测量850℃以下介质的温度，当介质温度高于150℃的时候，大多采用铠装PT100热电阻，以防电阻丝与引线的焊接点因温度高而开焊。使用CU50热电阻元件测量100℃以下介质的温度。热电阻温度计有以下特点：（1）有较高的精确度。例如，铂电阻温度计被作为基准温度计。（2）灵敏度高，输出的信号较强，容易测量显示和实现远距离传送。（3）金属热电阻的电阻温度关系具有较好的线性度，而且复现性和稳定性都较好。但由于体积较大，故热惯性较大，不利动态测温，不能测点温。5﹒半导体热敏电阻半导体热敏电阻是一种固态的感温元件，是由铁、镍、锰、钛、铜等金属的氧化物按一定的比例混合后压制、烧结而成。它具有较大的负电阻温度系数。这种热电阻大多用来做电子线路和仪表测量电路中的温度补偿电阻。6﹒热电偶热电偶的测量原理是将两种不同的金属导体连接起来组成一个闭合回路，当两端有温差时，回路中就产生热电势，热电偶的测量端叫热端，另一端叫参考端，当参考端的温度恒定不变时，电极产生的热电动势与热端温度的变化是单值函数关系。通过热电偶产生的热电动势就可计算被测介质的温度。电厂常用的热电偶有铂铑10-铂热电偶和镍铬（镍硅）一镍（镍铝）热电偶。铂铑10-铂热电偶也叫S型热电偶，它是一种贵金属热电偶，它的热电性能稳定，抗氧化性能好，在氧化性、中性气氛中可长期连续使用，在真空中可短期使用。由于它复制性好，测量准确度高，多用于热工试验室中作为标准热电偶使用。镍铬-镍硅（镍铝）热电偶也叫K型热电偶，这种热电偶适用于氧化性和中性气氛中测温，热电极的直径不同，他的测温范围也不同，最高可以测至1300℃，电厂中这种热电偶多用于测量机炉的蒸汽温度、金属壁温、烟气温度等。热电偶按其结构可以分为普通型热电偶、薄膜热电偶和铠装型热电偶，都是由电极、绝缘子、保护管、接线盒等部分组成。热电极：用来感受温度的部分，是热电偶的核心，热电极的直径是由自身材料的价格、机械强度、导电率及热电偶的用途决定，热电偶的热端采用焊接方式连接，焊点要光滑、无夹渣、无裂纹。绝缘子是防止两个电极之间短路的，保护管是用于防止热电极受到有害物质的化学腐损和污染，避免外界机械损伤。接线盒是热电偶的热电极与引线连接的装置，起密封和保护热电极的作用。7﹒补偿导线及补偿器由热电偶的测温原理知道，热电偶的参考端温度必须保持恒定，在使用热电偶测温时，由于热电偶一般做的比较短，尤其是贵金属材料制成的热电偶更短，这样，热电偶的参考端离被测对象很近，使参考端的温度较高且波动很大，要把参考端延长到温度比较稳定的地方，就要采用补偿导线。补偿导线是一对在规定温度范围内（一般为0-100℃）使用的热电偶丝。采用与热电偶电极材料相同的金属材料或在规定温度范围内，热电持性与所配接的热电偶相同，且易于获得的价格低廉的金属材料做成。在测温中作为热电偶与二次仪表的连接导线使用。当补偿导线正负两极接反时仪表显示比实际温度低。有些时候只用补偿导线延长热电偶参考端的方法还不能使热电偶的参考端达到恒定，因此，对比较精确的测量必须用参考端温度补偿器。温度补偿器如图，它是一个补偿电桥，安装在热电偶的参考端，并与热电偶的指标表连接组成一个测量系统。电阻2、3、4、5为固定阻值，电阻1为铜电阻，当参考端温度变化时铜阻值变化。桥路C、D两端产生电位差抵消热电偶电动势的增加量，起到稳定参考端温度的作用。在一些记录仪表中，热电偶的补偿器作在记录仪表中，补偿仪表盘内的温度。DAS显示系统中在DAS盘内加补偿器来补偿参考端温度。7﹒光学高温计光学高温计是以普朗克定律为理论依据，以测量单一波长的辐射能量来测量温度的，它是单色辐射高温计的一种，目前我国生产的有光学高温计和光电高温计，光学高温计是按黑体对象刻度的，仪表显示的示值为亮度温度。8﹒比色高温计比色高温计是根据维恩偏移定律工作的，当温度变化时物体的最大辐射强度向波长增加或减少的方向移动，使在波长λ1和λ2的1234显示仪表+++4伏5CD亮度比发生变化，测量亮度比的变化来测量相应的温度，比色高温计是按被测对象为黑体刻度的显示值为颜色温度。9﹒红外式温度计红外式温度计是检测波长为0.8-100mm范围内的热辐射，射度与辐射源的温度之间遵循普朗克定律。通过测量红外辐射能量来测定物体温度。它具有非接触式测温的特点，还具有如下特点：（1）适用于黑夜中测量；（2）可远距离遥测；（3）适用于低温测量；（4）测温响应速度快。现在电厂应用的很多，比如高压输电线接头温度测量，发电设备、刀闸、供热管网热损测定等。第二节温度显示仪表一、指针式温度显示仪表指针式温度显示仪表包括XC系列的动圈式仪表、XF系列具有放大器的动圈式仪表和XB系列加矩电机式仪表。XC系列动圈式仪表结构简单，价格便宜，由于XC系列动圈式仪表有张丝支承运动机构，所以抗震性能较差，易损坏，在震动较大的场合使用指针抖动，不易读准数。XF系列仪表保留了XC系列动圈表的优点，增加了放大器，使通过动圈的电流增加，将张丝改为游丝支承，提高了抗震性能，工作稳定性得到了改善。XB系列力矩电机式显示仪表是一种自动平衡式显示仪表，指针由力矩电机带动，没有动圈机构，抗震性能更好。1﹒XC系列动圈表动圈式仪表多由测量机构和测量电路组成，配接热电偶的动圈表和配接热电阻的动圈表只是测量电路不同，测量机构都是相同的，配接热电偶的是一个磁电式动圈电流表与测量电路组成的毫伏计，配接热电阻的是一个直流不平衡电桥，将磁电式动圈电流表连接在桥路的对角线上，其他部分与热电偶动圈表相同。XC系列动圈表的测量机构由此路系统和动圈系统组成，如图：为使动圈的每一个位置（偏转角）对应于一定的电流强度，在动圈上加一个大小与其偏转角成正比的反作