热工测量及仪表基础知识PPT课件

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1、目录,仪表的分类 温度 流量 阀门 调节阀 变送器,1 仪表的分类 检测仪表-将检测元件、变送器及显示装置统称为检测仪表。 一次仪表-一般为将被测量转换为便于计量的物理量所使用的仪表，即为检测元件。一次测量仪表是与介质直接接触，是在室外就地安装的。 二次仪表-将测得的信号变送转换为可计量的标准电气信号并显示的仪表。即包括变送器和显示装置。,2 温度 按使用的测量范围分： 常把测量600以上的测温仪表叫高温计；测量600以下的测温仪表叫温度计； 按用途分： 标准仪表和实用仪表 按工作原理分： 分为膨胀式温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计和辐射高温计五类；,2 温度 按测量方式分：

2、分为接触式与非接触式两大类。前者测温元件直接与被测介质接触，这样可以使被测介质与测温元件进行充分地热交换而达到测温目的；后者测温元件与被测介质不相接触，通过辐射或对流实现热交换来达到测温的目的。,2.1 膨胀式温度计 膨胀式温度计是基于物体受热时体积膨胀的性质而制成的。玻璃管温度计属于液体膨胀式温度计，双金属温度计属于固体膨胀式温度计。 双金属温度计 双金属温度计中的感温元件是用两片线膨胀系数不同的金属片叠焊在一起而制成的。双金属片受热后，由于两金属片的膨胀长度不同而产生弯曲，温度越高产生的线膨胀长度差就越大，因而引起弯曲的角度就越大。双金属温度计就是基于这一原理而制成的，它是用双金属片制成螺

3、旋形感温元件，外加金属保护套管，当温度变化时，螺旋的自由端便围绕着中心轴旋转，同时带动指针在刻度盘上指示出相应的温度数值。,2.1双金属温度计 双金属温度计是一种测量中低温度的现场检测仪表。可以直接测量各种生产过程中的-80+500范围内液体、蒸汽和气体介质温度。 特点 ： 现场显示温度，直观方便； 安全可靠，使用寿命长； 多种结构形式，可满足不同要求。,2.1在火电厂中，温度测量对于保证生产的安全和经济性有着十分重要的意义。,2.1在火电厂中，温度测量对于保证生产的安全和经济性有着十分重要的意义。,2.2 热电阻 热电阻是中低温区（-200500）最常用的一种温度检测器。它的主要特点是测量精

4、度高，性能稳定。其中铂热电阻的测量精度是最高的，它广泛应用于工业测温，而且被制成标准的基准仪。 热电阻测温原理及材料：热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的。热电阻大都由金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜，此外，现在已开始采用铑、镍、锰等材料制造热电阻。 热电阻测温系统的组成：热电阻测温系统一般由热电阻、连接导线和数码温度控制显示表等组成。必须注意两点：“热电阻和数码温度控制显示表的分度号必须一致；为了消除连接导线电阻变化的影响，必须采取三线制接法。” 常用工业热电阻包括：铠装热电阻、装配热电阻、防爆热电阻,2.2.1火电厂中热电阻测温的具体应用,火电厂的

5、锅炉给水、排烟、轴瓦回油、循环水等的温度就是用热电阻温度表测量的。 热电阻温度表由 热电阻温度传感器 和 显示仪表组成。,2.2.2热电阻的测温原理,热电阻效应： 物质的电阻值随物质本身的温度变化而变化，这种现场称为热电阻效应。 在测量技术中，利用热电阻效应可以制成对温度敏感的热电阻元件。 当热电阻元件与被测对象通过热交换达到热平衡时，就可以根据热电阻元件的电阻值确定被测对象的温度。 习惯上，常把一个热电阻元件叫作热电阻。,2.2.3热电阻的种类与结构,工业热电阻有普通型和铠装型两种，他们都由感温元件、引出线、保护套管、接线盒、绝缘材料等组成。 并不是所有的金属材料都可以制作热电阻，制造热电阻

6、的材料要满足如下要求： （1）电阻温度系数大，电阻和温度之间尽量接近线性关系： （2）电阻率高，以便把热电阻体积做得小些； （3）测温范围内物理、化学性质稳定； （4）工艺性好、易于复制、价格便宜。 综合上述要求，比较适合做热电阻丝的材料有铂、铜、铁、镍等。而目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜，并且已经制成标准化热电阻。,2.2.4热电阻的选用原则,选用热电阻测温时，需要考虑以下几点： （1）测温范围。了解经常测定的温度值和温度变化范围，以正确选用热电阻的测量范围。 （2）温度准确度。应明确要求测量准确度，不要盲目最求高准确度，因为准确度越高，热电阻的价格越高，应选择既满足测量要求，准确度又适

7、宜的热电阻。 （3）测温环境。应明确场所的化学因素、机械因素以及电磁场的干扰等，这对正确合理选用保护管材料、形状及尺寸十分有用。在500以下一般采用金属保护管。 （4）成本。在满足测量准确和使用寿命的情况下，成本越低越好。,2.3 热电偶 热电偶温度计是以热电效应为基础的测温仪表。它的结构简单、测量范围宽、使用方便、测温准确可靠，信号便于远传、自动记录和集中控制，因而在工业生产中应用极为普遍。 热电偶温度计由三部分组成：热电偶(感温元件)；测量仪表（动圈仪表或电位差计）；连接热电偶和测量仪表的导线（补偿导线）。 热电偶是工业上最常用的一种测温元件。它是由两种不同材料的导体A和B 焊接而成。焊接

8、的一端插入被测介质中，感受到被测温度，称为热电偶的工作端或热端，另一端与导线连接，称为冷端或自由端（参比端）。,2.3.1热电效应,如把热电偶的两个冷端也连接起来则形成一个闭合回路，则当热端温度和冷端温度不相等时，回路中有电流流过，这说明在回路中产生了电动势。 由于热电偶两个接点处的温度不同而产生的电动势称为热电（动）势，上述现象称为热电效应，或称塞贝克效应。 热电偶就是利用热电效应来测量温度的。 更具体来说： 热电势是由接触电势和温差电势组成的。（详见P19）,2.3.2热电偶的基本定律,1.均质导体定律 由一种均质导体组成的闭合回路，不论其集合尺寸和温度分布如何，都不会产生热电势。 这条定

9、律说明： （1）热电偶必须由两种材料不同的均质热电极组成； （2）热电势与热电极的几何尺寸（长度、截面积）无关； （3）由一种导体组成的闭合回路中存在温差时，如果回路中产生了热电势，那么该导体一定是不均匀的，由此可检查热电极材料的均匀性； （4）两种均质导体组成的热电偶，其电势只决定于两个接点的温度，与中间温度的分布无关。,对热电极材料的基本要求：,（1）物理性质稳定，在测温范围内，热电特性不随时间变化； （2）化学性质稳定，不易被氧化和腐蚀； （3）组成的热电偶产生的热电势率大，热电势与被测温度成线性或近似线性关系； （4）电阻温度系数小，这样，热电偶的内阻随温度变化就小； （5）复制性好，

10、即同样材料制成的热电偶，它们的热电特性基本相同； （6）材料来源丰富，价格便宜。,2.3.2热电偶的基本定律,2.中间导体定律 由不同材料组成的闭合回路中，若各种材料接触点的温度都相同，则回路中热电势的总和等于零。 由此定律可以得到如下结论： 在热电偶回路中，接入第三、第四种，或者更多种均质导体，只要接入的导体两端温度相等，则他们对回路中的热电势没有影响。,2.3.2热电偶的基本定律（详见P20-P22）,3.中间温度定律 两种不同材料组成的热电偶回路，其接点温度为t、t0的热电势，等于该热电偶在接点温度分别为t、tn和tn、t0时的热电势的代数和（tn为中间温度） 由此定律可以得到如下结论：

11、 （1）已知热电偶在某一给定冷端温度下进行的分度，只要引入适当的修正，就可在另外的冷端温度下使用。这就为制定和使用热电偶分度表奠定了理论基础。 （2）为使用补偿导线提供了理论依据。一般把在0100的范围内和所配套使用的热电偶具有同样热电特性的两根廉价金属导线称为补偿导线。,2.3.3热电偶的种类,（1）标准化热电偶 标准化热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差，并有统一的标准分度表的热电偶，且有与其配套的显示仪表可供选用。标准化热电偶使用特性（详见P23 表2-3） （2）非标准化热电偶 非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些

12、特殊场合的测量。 非标准热电偶使用概况（详见P24表2-4）,2.3.4热电偶的结构形式（了解）,为保证热电偶可靠、稳定地工作，对它的结构要求如下： （1）组成热电偶的两个电极的焊接必须牢固； （2）两个热电极彼此之间应很好地绝缘，以防短路； （3）补偿导线与热电偶自由端的连接要方便可靠； （4）保护套管应能保证热电极与有害介质充分隔离。 按热电偶的用途不同，常制成以下几种形式： （1）普通型热电偶（详见P24 图2-7）； （2）铠装热电偶（详见P25 图2-8）； （3）热套式热电偶（详见P25 图2-9）； （4）薄膜式热电偶（详见图2-10）； （5）快速消耗型热电偶（详见图2-11）

13、。,2.3.5热电偶的冷端温度补偿,由热电偶测温原理已经知道，只有当热电偶的冷端温度保持不变时，热电势才是被测温度的单值函数。在实际应用时，由于热电偶的热端与冷端离得很近，冷端又暴露在空间，容易受到周围环境温度波动的影响，因而冷端温度难以保持恒定。 为消除冷端温度变化对测量的影响，可采用下述几种冷端温度补偿方法。（详见P26-P28）（了解） 1.恒温法 2.公式修正法 3.显示仪表的机械零点调整法 4.补偿导线法 5.补偿装置法 6.辅助热电偶法,2.3.6 热电偶的材料（了解） 材料分四类 廉金属-铁-康铜，镍铬-考铜，镍铬-镍硅； 贵金属-铂铑-铂，铂铑30-铂铑6； 难溶金属-钨铼系等

14、 非金属-二碳化钨,2.3.7热电偶的产品（了解） 产品有8种 名称 分度号 测量范围/ 镍铬-考铜 E -200900 铁-康铜 J -200750 铜-康铜 T -200350 镍铬硅-镍铬 N -2001300 镍铬-镍硅 K -2001300 铂铑10-铂 S 01300 铂铑13-铂1 R 01300 铂铑30-铂6 B 01800,2.3.8 热电偶的补偿导线（了解） 补偿导线是用来将热电偶冷端（参比端）延伸到温度恒定的地方与显示仪表相连的一种导线。 热电偶类型 补偿导线类型 合金材料+ - 镍铬-考铜 镍铬-考铜 镍铬 考铜 铁-康铜 铁-康铜 铁 康铜 铜-康铜 铜-康铜 铜

15、康铜 镍铬-镍硅 铜-康铜 铜 康铜,2.3.9 热电偶厂商介绍 （了解） 国内： 上海自动化仪表厂、西安仪表厂、重庆川仪、常州热工等 国外： 德国WIKA、美国Raytek等,3流量的测量及仪表,在火力发电厂的热力生产过程中，流量是反映过程中物料、工质或能量的产生和传输的量。由于流体（水、蒸汽、煤、油等）的流量直接反映设备效率、负荷高低等运行情况，因此，要连续监视水、汽和煤、油等的流量或总量。 监视的目的包括： （1）为了进行经济核算，需测量锅炉原煤消耗量及汽轮机蒸汽消耗量； （2）锅炉汽包水位的调节，应以给水流量和蒸汽流量的平衡为依据； （3）监视锅炉每小时的蒸发量以及给水泵在额定压力下的

16、给水流量，能判断该设备是否在最经济和安全的状况下运行。 可见连续监测、测量流体的流量对于热力设备的安全、经济运行有着重要意义。,3.1流量的概念,单位时间内通过管道横截面的流体数量，称为瞬时流量q,简称流量。 按物质量得单位不同，流量有“质量流量qm”和“体积流量qv”之分。 瞬时流量是判断设备工作能力的依据，它反映了设备当时是在什么负荷下运行的，所以流量监测的内容主要在于监督瞬时流量。一般我们所说的流量就是指瞬时流量。,3.1流量的概念,一段时间间隔内通过管道横截面的流体数量称为流过的流体总量。 例如：在24小时内汽轮机消耗的主蒸汽量，热力网24小时内对外供应的热汽（水）量。 监测流体总量，是为热效率计算和成本核算提供必要的数据。显然流体流过的总量可以通过在该段时间内瞬时流量对时间