1 熱工測量基礎(chǔ)知識

第一部分

熱工檢測技術(shù)主講人:黃桂梅內(nèi)容介紹熱工測量概述溫度測量儀表壓力測量儀表流量測量儀表液位測量儀表其它測量儀表第一章概述第一節(jié)熱工測量的意義第二節(jié)測量的基本概念第三節(jié)測量誤差的分析與處理第四節(jié)儀表或測量系統(tǒng)的靜態(tài)性能指標第一節(jié)熱工測量的意義及時反映熱力設(shè)備的運行工況，為運行人員提供操作依據(jù)；為熱工自動化系統(tǒng)準確及時地提供信號；為運行的經(jīng)濟性計算提供數(shù)據(jù)。第二節(jié)測量的基本概念一、測量測量是人們借助測量工具，通過試驗和對試驗數(shù)據(jù)的分析計算，將被測量x0以測量單位U的倍數(shù)顯示出來的過程。熱工測量是指壓力、溫度等熱力狀態(tài)參數(shù)的測量，通常還包括一些與熱力生產(chǎn)過程密切相關(guān)的參數(shù)的測量。二、測量方法按測量結(jié)果的獲取方式來分

（1）直接測量法：

使被測量直接與測量單位進行比較，或者用預(yù)先標定好的測量儀器進行測量、從而得到被測量數(shù)值的測量方法，稱直接測量法。（2）間接測量法：

通過直接測量與被測量有某種確定函數(shù)關(guān)系的其他各變量、再按函數(shù)關(guān)系進行計算，從而求得被測量數(shù)值的方法，稱為間接測量法。按被測量與測量單位的比較方式來分

（1）偏差測量法：測量器具受被測量的作用，其工作參數(shù)產(chǎn)生與初始狀態(tài)的偏離，由偏離量得到被測量值，稱為偏差測量法。（2）零差測量法：用作比較的量是準確已知并連續(xù)可調(diào)的，測量過程中使它隨時等于被測量，也就是說，使已知量和被測量的差值為零，這時偏差測量僅起檢零作用，因此，被測量就是已知的比較量。（3）微差測量法：用準確已知的、與被測量同類的恒定量去平衡掉被測量的大部分，然后用偏差法測量余下的差值，測量結(jié)果是已知量值和偏差法測得值的代數(shù)和。按照是否向被測量對象施加能量分為（1）主動式測量系統(tǒng)這種測量系統(tǒng)的特點是在測量過程中需要從外部向被測量對象施加能量。例如在測量阻抗元件的阻抗值時，必須向阻抗元件施加以電壓，供給一定的電能。（2）被動式測量系統(tǒng)被動式測量系統(tǒng)的特點式在測量過程中不需要從外部向被測量對象施加能量。例如電壓、電流、溫度測量、飛機所用的空對空導(dǎo)彈的紅外（熱源）探測跟蹤系統(tǒng)就屬于被動式測量系統(tǒng)。三、測量誤差測量誤差是被測量參數(shù)的測量值x與其真值μ的之差。真值獲取的方法有：（1）用標準物質(zhì)（標準器）所提供的標準值，例如水的三相點。（2）用高一級的標準儀表測量得到的值來近似作為真值。（3）對被測量進行N次等準確度測量，各次測量值的算術(shù)平均值近似為真值。N越大，越接近真值。

常見的測量誤差表達方式：1.絕對誤差2.實際相對誤差3．標稱相對誤差4.折合誤差折合誤差一般用于比較測量儀表的優(yōu)劣。折合誤差也稱引用誤差。四、測量系統(tǒng)為了實現(xiàn)一定的測量目的，將測量設(shè)備按一定方式進行組合的系統(tǒng)稱為測量系統(tǒng)，也稱檢測系統(tǒng)。

圖1-3流量測量系統(tǒng)示意（一）測量系統(tǒng)的組成1．傳感元件（1）輸出信號必須隨被測參數(shù)的變化而變化，即要求傳感元件的輸出信號與輸入的被測信號之間有穩(wěn)定的單值函數(shù)關(guān)系，最好是線性關(guān)系，而且可復(fù)現(xiàn)。（2）非被測量對傳感元件輸出的影響應(yīng)小得可以忽略。若不能忽略，將造成測量誤差。在這種情況下，一般要附加補償裝置進行補償或修正。（3）傳感元件需盡量少地消耗被測對象的能量，并且不干擾被測對象的狀態(tài)或者干擾極小。2．傳送變換元件（1）單純起傳輸作用。（2）將感受件輸出的信號放大，以滿足遠距離傳輸以及驅(qū)動顯示、記錄裝置的需要。（3）為了使各種感受件的輸出信號便于與顯示儀表和調(diào)節(jié)裝置配接，要通過變換件把信號轉(zhuǎn)換成標準化的統(tǒng)一信號，各種感受件的輸出信號都被轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一數(shù)值范圍的氣、電信號。這時的傳送件常稱為變送器。這樣，同一種類型的顯示儀表常可用來顯示不同類型的被測量。3．顯示元件顯示元件的作用是向觀測者顯示被測參數(shù)的量值。（1）模擬式顯示：（2）數(shù)字式顯示：（3）屏幕畫面顯示：第三節(jié)測量誤差的分析與處理根據(jù)測量誤差性質(zhì)的不同一、系統(tǒng)誤差（一）系統(tǒng)誤差的概念在同一條件下（同一觀測者，同一臺測量器具，相同的環(huán)境條件等），多次測量同一被測量，絕對值和符號保持不變或按某種確定規(guī)律變化的誤差。恒值系統(tǒng)誤差變值系統(tǒng)誤差產(chǎn)生原因：測量儀表本身的原因儀表使用不當測量環(huán)境條件發(fā)生較大改變。

（二）消除系統(tǒng)誤差的一般方法1．消除系統(tǒng)誤差的來源在測量工作投入之前，仔細檢查測量系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的安裝及連接線路，使其達到規(guī)定要求，盡量消除誤差的來源。2．在測量結(jié)果中加修正值對不能消除的系統(tǒng)誤差，在測量之前，對檢測系統(tǒng)中的各儀表進行檢定，確定出修正值。對各種影響量如溫度、氣壓、濕度等要力求確定出修正公式、修正曲線或修正表格以便對測量結(jié)果進行修正。3．采用補償措施在檢測系統(tǒng)中加裝補償裝置（或自動補償環(huán)節(jié)），以便在測量中自動消除系統(tǒng)誤差。4．改善測量方法采用較完善的測量方法，消除或減少系統(tǒng)誤差對測量結(jié)果的影響。常用兩種方法：（1）交換法；交換法是消除定值系統(tǒng)誤差的常用方法，也叫對置法。此種方法的實質(zhì)是交換某些測量條件，使得引起定值系統(tǒng)誤差的原因以相反方向影響測量結(jié)果，從而消除其影響。（2）對稱法；對稱法是消除線性系統(tǒng)誤差的有效方法。二、隨機誤差（一）隨機誤差的概念在相同條件下多次測量同一被測量時，絕對值和符號不可預(yù)知地變化著的誤差稱為隨機誤差。誤差的大小和正、負都是不確定的。

產(chǎn)生原因：隨機誤差大多是由測量過程中大量彼此獨立的微小因素對測量影響的綜合結(jié)果造成的。（二）隨機誤差特性：隨機誤差的概率密度服從于正態(tài)分布。圖1-6概率密度分布曲線1．對稱性。隨機誤差出現(xiàn)的概率，即絕對值相等的正誤差和負誤差出現(xiàn)的次數(shù)相等，以零誤差為中心呈對稱分布。重復(fù)的測量次數(shù)越多，則誤差分布圖形的對稱性越好。2．單峰性。絕對值小的隨機誤差比絕對值大的隨機誤差出現(xiàn)的概率大。從概率分布曲線看，零誤差對應(yīng)誤差概率的峰值。3．有界性。在一定條件下，隨機誤差的絕對值不會超過一定的范圍或絕對值很大隨機誤差出現(xiàn)的概率幾乎為零。4．抵償性。在同樣條件下，對同一量的測量，隨著測量次數(shù)的增加，隨機誤差的算術(shù)平均值（或總和）趨向于零。該特性是隨機誤差的最本質(zhì)特性，換言之，凡具有抵償性的誤差，原則上都可以按隨機誤差處理。三、疏忽誤差明顯歪曲了測量結(jié)果，使該次測量失效的誤差稱為疏忽誤差。含有疏忽誤差的測量值稱為壞值。出現(xiàn)壞值的原因有：測量者的主觀過失，如讀錯、記錯測量值；操作錯誤；測量系統(tǒng)突發(fā)故障等。處理：存在這類誤差的測量值應(yīng)當剔除。四、測量的精密度、正確度和準確度（1）精密度：對同一被測量進行多次測量，測量的重復(fù)性程度稱為精密度。精密度反映了測量值中的隨機誤差的大小。隨機誤差愈小，測量值分布越密集、測量的精密度愈高。（2）正確度：對同一被測量進行多次測量，測量值偏離被測量真值的程度稱為正確度。正確度反映了測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差的大小，系統(tǒng)誤差愈小、測量的正確度越高。（3）準確度：精密度與正確度的綜合稱準確度，它反映了測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差和隨機誤差的綜合數(shù)值，即測量結(jié)果與真值的一致程度。準確度也稱為精確度。圖1-7測量值及其誤差圖例3如圖1-8所示，使用彈簧管壓力表測量某給水管路中的壓力，試計算系統(tǒng)誤差。已知壓力表的準確度等級為0.5級，量程為0~600kPa，表盤刻度分度值為2kPa,壓力表位置高出管道h(h=0.05rn)。測量時壓力表指示300kPa，讀數(shù)時指針來回擺動±1格。壓力表使用條件大都符合要求，但環(huán)境溫度偏離標準值(20℃),當時環(huán)境溫度為30℃,每偏離1℃造成的附加誤差為儀表基本誤差的4%。圖1-8管道流體壓力測量示意儀表基本誤差=3kPa,溫度造成的誤差=（3*4%）*10=1.2kPa位置高出管道的誤差=0.5kPa讀數(shù)的誤差=±2kPa第四節(jié)儀表或測量系統(tǒng)的靜態(tài)性能指標1．準確度這是表征儀表指示值接近被測量值程度的質(zhì)量指標。（1）儀表的示值誤差

絕對誤差δ

：相對誤差γ：

（2）儀表的基本誤差：在規(guī)定的工作條件下，儀表量程范圍內(nèi)各示值誤差中的絕對值最大者：儀表的折合誤差超出正常工作條件引起的誤差稱為儀表的附加誤差。（3）儀表的準確度等級：某類儀表在正常工作條件下，為了保證質(zhì)量，對各類儀表人為規(guī)定了其基本誤差不能超過的極限值，此極限值稱為該類儀表的允許誤差。工業(yè)儀表準確度等級的國家標準系列有0.005，0.01，0.02，0.04，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0，5.0等等級。儀表刻度盤上應(yīng)標明該儀表的準確度等級。數(shù)字越小，準確度越高。儀表最大折合誤差表示的允許誤差去掉百分號后余下的數(shù)字值為該儀表的準確度等級。儀表的允許誤差=±準確度等級%。2．變差輸入量上升（正行程）和下降（反行程）時,同一輸入量相應(yīng)的兩輸出量平均值之間的最大差值與量程之比的百分數(shù)稱為儀表的變差。

1-9測量儀表的變差3．線性度（或非線性誤差）實際特性曲線往往偏離線性關(guān)系，它們之間最大偏差的絕對值與量程之比的百分數(shù)，稱之為線性度。4．重復(fù)性和重復(fù)性誤差同一工作條件下，多次按同一方向輸入信號作全量程變化時，對應(yīng)于同一輸入信號值，儀表輸出值的一致程度稱為重復(fù)性。對于全范圍行程，在同一工作條件下從同方向?qū)ν惠斎胫颠M行多次連續(xù)測量所獲得的輸出兩極限值之間的代數(shù)差或均方根誤差稱為重復(fù)性誤差，它通常以量程的百分數(shù)表示。5．分辨率引起儀表示值可察覺的最小變動所需的輸入信號的變化，稱儀表的分辨率。也稱靈敏限或鑒別閥。6．靈敏度儀表在到達穩(wěn)態(tài)后，輸出增量與輸入增量之比，稱為儀表的靈敏度。7．漂移在保持工作條件和輸入信號不變的條件下，經(jīng)過規(guī)定的較長—段時間后輸出的變化，稱為漂移，它以儀表量程各點上輸出的最大變化量與量程之比的百分數(shù)來表示。六、儀表的檢定檢定是為了評定儀表的計量性能，并與規(guī)定的指標比較，以確定儀表是否合格。進行檢定工作應(yīng)遵循國家法定性技術(shù)文件：國家計量檢定規(guī)程。規(guī)程詳細規(guī)定了被檢儀表的技術(shù)條件；檢定用的標準測量器具和設(shè)備；檢定項目、方法和步驟，檢定結(jié)果處理；檢定證書的格式和填寫要求等。檢定方法：標準狀態(tài)法：提供被檢儀表測量所需的某種標準量值，例如已知的某種純金屬相變點溫度，標準成分氣樣等，從而確定儀表的示值誤差。示值比較法：就是使被檢儀表與標準儀表同時去測量同一被測量，比較兩者的指示值，從而確定被檢儀表的基本誤差、變差等質(zhì)量指標。一般要求標準儀表的測量上限應(yīng)等于或稍大于被檢儀表的測量上限。標準儀表的允許誤差為被檢儀表誤差的1/3~1/10。在這種情況下，可以忽略標準儀表的誤差。將標準儀表的指示值作為被測量的真值。檢定點常常取在儀表標尺的整數(shù)分度值（包括上、下限）上和經(jīng)常使用的標尺刻度附近，必要時可適當加密檢定點。作業(yè)1.熱工測量的意義是什么？2.按被測量與測量單位的比較方式來分測量的方法有哪幾種？3.如何減小或消除系統(tǒng)誤差？4.評價測量儀表質(zhì)量優(yōu)劣的指標有哪些？5.精密度就是精確度嗎？為什么？6.測量的三要素是什么？7.第二章溫度測量重點內(nèi)容：第二節(jié)熱電偶第三節(jié)熱電阻第二章溫度測量第一節(jié)溫度測量概述溫度：表示物體冷熱程度、反映物體內(nèi)部熱運動狀態(tài)的物理量稱為溫度。接觸測溫的理論依據(jù)：一切達到熱平衡的物體具有相同的溫度。一、溫標量度溫度高低的尺度叫溫度標尺，簡稱溫標。經(jīng)驗溫標熱力學(xué)溫標國際實用溫標溫標的三要素溫度計固定點溫標方程

現(xiàn)行溫標：國際溫標90版（ITS——90）二、國際實用溫標ITS一90國際實用溫標的主要內(nèi)容如下：（1）熱力學(xué)溫度（符號為T）是基本的物理量，其單位為開爾文（符號為K），定義lK等于水的三相點的熱力學(xué)溫度的1／273.16。攝氏溫度t90＝T90一273.15其單位為攝氏度（符號為℃）。（2）ITS一90定義了17個固定點的溫度，如表2-2所示。（3）規(guī)定了不同溫度范圍內(nèi)復(fù)現(xiàn)熱力學(xué)溫標的標準儀器，建立了標準儀器示值與國際溫標溫度之間關(guān)系的插補公式，從而使連續(xù)測溫成為可能。ITS一90整個溫標分四個溫區(qū)，其相應(yīng)的標準儀器為（1）0.65~5.0K之間，T90是用3He和4He蒸汽壓溫度計來定義的。（2）3.0~24.5561K（氖三相點）之間，T90是用氦氣體溫度計來定義的。（3）13.8033K（平衡氫三相點）~961.78℃（銀凝固點）之間，T90是用鉑電阻溫度計來定義的。（4）961.78℃（銀凝固點）以上，T90借助于一個定義固定點和普朗克輻射定律定義，所用儀器為光學(xué)或光電高溫計。三、溫標的量值傳遞溫度儀表，按照它們的準確度不同分為若干等級，按照等級制定傳遞系統(tǒng)，再根據(jù)傳遞系統(tǒng)表逐級向下傳遞，開展檢定工作。通過檢定，將國家基準所復(fù)現(xiàn)的計量單位的量值，從標準逐級傳遞到實用計量器具和實際使用的工業(yè)儀表上去。

通常把溫度測量儀表按其在量值傳遞中的地位分為：（1）基準器。它是國家單位量值傳遞系統(tǒng)中準確度最高的測量器具，作為統(tǒng)一全國計量單位量值的最高依據(jù)。它不用作一般意義的測量。（2）標準器（包括一、二、三等級）。它作為檢定依據(jù)用的計量器具，具有國家規(guī)定的準確度等級。（3）實驗室和工廠用的工作儀表，它用于日常測量。四、溫度測量方法簡介測溫方法通常分為接觸式和非接觸式兩大類。

1．接觸式測溫儀表（1）膨脹式溫度計圖2-1雙金屬溫度計原理圖(a)條形雙金屬；(b)螺旋形雙金屬表2-2雙金屬溫度計結(jié)構(gòu)(a)軸向型；(b)徑向型（c）萬向型1—表殼；2—刻度盤；3—活動螺母；4—保護套管；5—指針軸；6—感溫元件；7—固定端(c)（2）壓力表式溫度計：（3）熱電阻溫度計：（4）熱電偶溫度計：2．非接觸式測溫儀表第二節(jié)熱電偶一、熱電偶測溫的基本原理兩種不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料A和B組成的回路。如果A和B所組成回路的兩個接合點的溫度t和t0不相同，則回路中就有電流產(chǎn)生，即回路中有電動勢存在，這種現(xiàn)象叫熱電效應(yīng)。測量端或熱端

參比端或冷端熱電動勢EAB（t，t0）

圖2-3熱電偶回路tt0當兩個結(jié)點溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。

熱電極A右端稱為：自由端（參考端、冷端）

左端稱為：測量端（工作端、熱端）

熱電極B熱電勢AB1．接觸電勢差自由電子相互擴散：A和B內(nèi)部的自由電子密度nA＞nB，導(dǎo)體或半導(dǎo)體中的自由電子相互擴散，在A、B接觸面處出現(xiàn)一個靜電場。靜電場的作用力：這個靜電場起阻礙自由電子進一步由A向B擴散的作用。達到動平衡：當靜電場的作用力與電子擴散作用力相等時，電子的遷移達到動平衡，材料A和B之間就建立起一個穩(wěn)定的電勢差，即接觸電勢差eAB

接觸電勢差的大小和方向主要取決于兩種材料的性質(zhì)和接觸面處溫度的高低

圖2-4接觸電勢差2．溫差電動勢電子擴散：從微觀上看，這一現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于金屬中的自由電子從溫度為t的高溫端A擴散到溫度為t0的低溫端A

，并在低溫端堆積起來，在導(dǎo)體內(nèi)形成電場電場作用：該電場起阻止電子熱擴散的作用。達到熱平衡：這種熱擴散作用一直進行到導(dǎo)體內(nèi)形成的電場作用與它平衡為止。溫差電動勢的大小只與金屬材料和兩端的溫度有關(guān)，與棒的形狀無關(guān)。圖2-5溫差電動勢tt03．熱電偶回路電動勢圖2-6接觸電勢、溫差電勢和回路電勢結(jié)論：（1）只有兩種不同性質(zhì)的材料才能組成熱電偶回路，相同材料組成的閉合回路不會產(chǎn)生熱電動勢。（2）熱電偶回路中熱電動勢的大小只與組成熱電偶的材料的性質(zhì)及兩端接點處的溫度有關(guān)，而與熱電偶絲的直徑、長度及沿程溫度分布無關(guān)。（3）若組成熱電偶的材料確定后，且t0己知并恒定，則fAB（t0）為常數(shù)，熱電動勢EAB（t，t0）只是溫度t的單值函數(shù)。因此，測量熱電動勢的大小，就可以求得溫度t的數(shù)值，這就是用熱電偶測量溫度的原理。分度表熱電偶熱電勢與溫度t的關(guān)系稱作熱電特性，一般用表格來表示，即是熱電偶分度表。分度表是在冷端溫度為零度時確定的熱電勢與熱端溫度之間的關(guān)系。二、熱電偶的基本定律1．均質(zhì)導(dǎo)體定律 由一種均質(zhì)導(dǎo)體（或半導(dǎo)體）組成的閉合回路，不論導(dǎo)體(半導(dǎo)體)的幾何尺寸及各處的溫度分布如何，都不會產(chǎn)生熱電勢。應(yīng)用：可檢查熱電極材料的均勻性。2．中間導(dǎo)體定律由不同材料組成的熱電偶閉合回路中，若各種材料接觸點的溫度都相同，則回路熱電勢的總和等于零。應(yīng)用：顯示儀表接入熱電偶回路；液態(tài)金屬或金屬壁面．3．中間溫度定律應(yīng)用：另外的冷端溫度下使用熱電偶補償導(dǎo)線提供了理論依據(jù)。(一)對熱電極材料的要求：物理化學(xué)性能穩(wěn)定，熱電勢率大，線性度好，復(fù)現(xiàn)性好，電導(dǎo)率高，電阻溫度系數(shù)小等。(二)標準化熱電偶標準化熱電偶是指制造工藝較成熟、應(yīng)用廣泛、能成批生產(chǎn)、性能優(yōu)良而有穩(wěn)定并已列入專業(yè)或國家工業(yè)標準化文件中的那些熱電偶。1．鉑銠10-鉑熱電偶(分度號S)最高溫度可達1300℃，短期使用可達1600℃；不能在還原性氣氛及含有金屬和非金屬蒸汽中使用．優(yōu)點：熱電特性穩(wěn)定、復(fù)制性好，測量準確度高．缺點：熱電勢率較小，熱電特性是非線性的、價格較貴，機械程度較差，高溫下鉑電極對污染很敏感．2．鎳鉻-鎳硅(鎳鉻-鎳鋁)熱電偶(分度號K)廉價金屬熱電偶最高溫度為1200℃，短期測溫可達1300℃。溫度和熱電勢關(guān)系較近似于直線關(guān)系。但其準確度比S偶低，且不足之處是在還原性介質(zhì)中易被腐蝕。３．鎳鉻-康銅熱電偶(分度號E)長期使用最高溫度為750℃，短期使用最高可達900℃．熱電偶的熱電勢率最高，在300~800℃范圍內(nèi)熱電特性線性較好，測量靈敏度高，價格便宜，缺點是不能測高溫，因為負極是銅鎳(康銅)合金，在高溫下易氧化變質(zhì)。（三）非標準化熱電偶非標準化熱電偶無論在使用范圍或數(shù)量上均不及標準化熱電偶。但在某些特殊場合，譬如在高溫，低溫，超低溫，高真空和有核輻射等被測對象中，這些熱電偶具有某些特別良好的性能。三、熱電偶溫度傳感器的結(jié)構(gòu)(一)普通型電熱偶1．熱電極：2．絕緣材料熱電偶的兩根熱電極要很好地絕緣，以防短路。3．保護套管為了防止熱電極遭受化學(xué)腐蝕和機械損傷4．接線盒：接線盒中有接線端子，它將熱電極和補償導(dǎo)線連接起來。接線盒起密封和保護接線端子的作用。圖2-19各種熱電偶(二)鎧裝熱電偶鎧裝熱電偶是由金屬套管，絕緣材料和熱電極經(jīng)拉伸加工而成的堅實組合體鎧裝熱電偶的主要優(yōu)點是，熱端熱容量小，動態(tài)響應(yīng)快，機械強度高，撓性好，耐高壓，震強烈動和沖擊，可安裝在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝置上(三)熱套式熱電偶采用了錐形套管，三角錐面支撐和熱套保溫的焊接式安裝結(jié)構(gòu)。蒸汽流入并充滿安裝套管與熱電偶保護套管之間的環(huán)形管內(nèi)，形成熱套對熱電偶加以保溫，既保證熱電偶有足夠的插入深度，又縮短了熱電偶保護套管的懸臂長度。由于增加了被測介質(zhì)熱對電偶的熱交換面積和利用熱套對熱電偶的有效保溫，從而減小了沿?zé)犭娕驾S向的溫度梯度和由于導(dǎo)熱影響引起的測溫誤差。熱套式熱電偶的測溫元件采用鎳鉻-鉻硅或鎳鉻-銅鎳鎧裝熱電偶．(四)薄膜熱電偶薄膜熱電偶是由兩種金屬薄膜連接而成的一種特殊結(jié)構(gòu)的熱電偶。這種薄膜熱電偶的熱端既小又薄，熱容量很小，可以用于微小面積上的溫度測量，動態(tài)響應(yīng)快，可測量瞬變的表面溫度。其中片狀結(jié)構(gòu)的薄膜熱電偶，是采用真空蒸鍍法將兩種熱電極材料蒸鍍到絕緣基板上，上面再蒸鍍一層二氧化硅薄膜作絕緣和保護層。五、熱電偶冷端溫度補償1．冰點槽法2．計算法(查表修正法)3．補償導(dǎo)線法補償導(dǎo)線也是兩種不同的金屬材料A

和B

，它在一定的溫度范圍內(nèi)(0~100℃)和所連接的熱電偶AB具有相同的熱電性質(zhì)，即EA

B

(tn,t0)=EAB(tn,t0)補償型：字母“C”表示補償型補償導(dǎo)線延伸型：字母“X”表示延伸型補償導(dǎo)線使用補償導(dǎo)線時必須注意分度號一致，連接極性正確。4．補償電橋法(冷端溫度補償器)熱電偶測溫電路中串聯(lián)一個能隨冷端溫度變化的電壓，利用它去補償因冷端溫度改變而引起的熱電勢變化，就可使測量電路的總電壓亦即顯示儀表的輸入電壓不受冷端溫度變化的影響，從而實現(xiàn)冷端溫度的自動補償。Ui=EAB(t,0)或Ui=EAB(t,20)

5．（分散控制系統(tǒng)）DCS對冷端溫度的補償六、熱電偶溫度傳感器的安裝要求(一)測溫準確(二)安全可靠(三)維修方便第三節(jié)熱電阻中低溫下具有較高的準確度，通常用來測量-200~650℃范圍內(nèi)的溫度。一、熱電阻測溫原理熱電阻溫度計是利用金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體電阻值隨其本身溫度變化而變化的熱電阻效應(yīng)實施溫度測量的。利用熱電阻效應(yīng)制成對溫度敏感的熱電阻元件。大多數(shù)金屬電阻當溫度上升1℃時，其電阻值大約增大0.4%~0.6%；而半導(dǎo)體電阻當溫度上升1℃時，電阻值下降3%~6%。常將金屬電阻元件稱為熱電阻，而將半導(dǎo)體電阻元件稱為熱敏電阻。熱敏電阻二、常用的金屬熱電阻1．鉑熱電阻鉑在0~630.74℃范圍內(nèi)的電阻-溫度關(guān)系為在-190~0℃范圍內(nèi)時為分度號分別為Pt50，Pt1002．銅熱阻銅熱電阻一般用于–50~150℃的測溫范圍．其優(yōu)點是電阻溫度系數(shù)大，電阻值與溫度基本呈線性關(guān)系，材料易加工和提純，價格便宜，缺點是易氧化，所以只能用于不超過150℃溫度且無腐蝕性的介質(zhì)中。銅的電阻率小，因此電阻體積較大，動態(tài)特性較差。分度號分別為Cu50，Cu100三、熱電阻溫度傳感器的結(jié)構(gòu)１．普通熱電阻2、鎧裝熱電阻：把有陶瓷骨架或玻璃骨架的熱電阻裝入很細的不銹鋼管內(nèi)，在其周圍用氧化鎂牢固填充，它的三根引線同保護管之間，以及引線相互之間耍絕緣好，充分干燥后，將不銹鋼管端頭密封，再經(jīng)模具拉制成堅實的整體三、熱電阻的測量系統(tǒng)1）兩線制：由于把熱電阻引入橋路的連接導(dǎo)線會隨溫度產(chǎn)生變化，如果把熱電阻的連接導(dǎo)線都接在一個橋臂內(nèi)，則當環(huán)境溫度發(fā)生變化時，連接導(dǎo)線電阻的變化值將與熱電阻的變化值相疊加，從而給儀表帶來較大的誤差。ELR2R4R1R3U0直流測量電橋2）三線制：使兩根連接導(dǎo)線的電阻變化分別加在電橋的兩個臂上，這樣兩根連接導(dǎo)線的電阻變化可以抵消一部分，從而減少對儀表讀數(shù)的影響。3）四線制：熱電阻的三種接線方式在原理上的不同：

1、熱電阻的三種接線方式在原理上的不同：

二線制和三線制是用電橋法測量，最后給出的是溫度值與模擬量輸出值的關(guān)系。四線沒有電橋，完全只是用恒流源發(fā)送，電壓計測量，最后給出測量電阻值。

2、熱電阻的三種接線方式對測量精度的影響不同：

連接導(dǎo)線的電阻和接觸電阻會對鉑電阻測溫精度產(chǎn)生較大影響，鉑電阻三線制或者四線制接線方式能有效

消除這種影響。

與熱電阻連接的檢測設(shè)備（溫控儀、PLC輸入等）都有四個接線端子：I+、I-、V+、V-。其中，I+、I-端是為了

給熱電阻提供恒定的電流，V+、V-是用來監(jiān)測熱電阻的電壓變化，依次檢測溫度變化。四、熱電阻的校驗（檢定）1。比較法標準水銀溫度計或標準鉑電阻溫度計恒溫槽2。兩點法冰點槽和水沸點槽作業(yè)1.熱電勢與什么有關(guān)，與什么無關(guān)？2.什么是補償導(dǎo)線，如何區(qū)分不同熱電偶的補償導(dǎo)線？3.熱電偶正負極如何區(qū)分？4.熱電偶三條定律的內(nèi)容是什么？各有什么應(yīng)用？5.熱電阻工業(yè)上常采用幾線制接法？各有什么不同？6.標準熱電阻有哪幾種？第四節(jié) 溫度變送器一、ITE型溫度變送器它能與各種標準測溫元件(熱電偶、熱電阻)配合使用，連續(xù)地將被測溫度值線性地轉(zhuǎn)換成1~5V，DC或4~20mA，DC統(tǒng)一信號輸送到指示、記錄儀表或控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動檢測或自動控制。(一)ITE型熱電偶溫度變送器1．電路的組成和工作

采用24V，DC供電，它主要由線性化輸入回路和放大輸出回路兩大部分組成。被測溫度t經(jīng)熱電偶轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的熱電動勢Et，送入線性化輸入回路，Et與線性化電路輸出的反饋電壓Vf和零點調(diào)整及參比端溫度補償電路輸出的電壓Vz進行綜合運算后，再送到電壓放大器及功率放大器放大并轉(zhuǎn)換成4～20mA，DC電流信號I0′，該電流信號再經(jīng)隔離輸出回路轉(zhuǎn)換成4～20mA，DC或1～5V，DC信號送到指示、記錄儀表或控制系統(tǒng)；二、一體化二線制溫度變送器(一)概述一體化二線制溫度變送器是新一代超小型測溫儀表。由于它可以安裝在溫度傳感器熱電阻、熱電偶的接線盒內(nèi)，構(gòu)成傳感—變送一體化方式，故稱為一體化溫度變送器。一體化溫度變送器的變送單元置于熱電偶的接線盒里，取代接線座，變送器模塊采用全密封結(jié)構(gòu)，用環(huán)氧樹脂澆注，具有搞震動、防腐蝕、防潮濕、耐溫性能好的特點，可用于惡劣的環(huán)境。圖2-36(二)一體化溫度變送器的原理與結(jié)構(gòu)

圖2-37三、EQN型溫度變送器(一)概述美國貝利公司的EQN型變送器是一種高性能的智能溫度變送器，它能接收單/雙支熱電阻輸入、熱電偶和毫伏輸入信號，輸出為4～20mA。EQN型變送器可以設(shè)置成現(xiàn)場總線方式，直接與N-90或INFI-90分散控制系統(tǒng)通信。它的電子部件采用了目前最新的微處理機技術(shù)，允許用戶就地或遠程對變送器進行校驗和查找故障。變送器始終在自診斷狀態(tài)下運行，自診斷監(jiān)視組態(tài)的完整性、基準電壓、變送器溫度和輸入電路。輸入板上的一個溫度傳感器為熱電偶測溫提供參比(冷)端的溫度補償。變送器可組態(tài)去接收熱電阻(RTD)輸入(二線、三線或雙兩線)，其阻值可達到325Ω。熱電阻可在攝氏、華氏和熱力學(xué)等溫標下進行校驗和顯示。變送器也可組態(tài)去接收熱電偶輸入(IPTSB、C、E、J、K、N、R、S、T)利用手持終端STT02可實現(xiàn)與EQN型變送器的通信、輸出監(jiān)視、組態(tài)、重定量程、診斷檢查和校驗，這些都可遠程操作?？蛇x擇一種液晶顯示器做為變送器就地輸出指示。(二)結(jié)構(gòu)組成及工作原理1．變送器的工作原理EQN型變送器可提供一個與溫度相對應(yīng)的輸出信號，溫度由熱電偶或單/雙支熱電阻測量。EQN型變送器還可以作為毫伏到毫安的轉(zhuǎn)換器。在變送器的輸出端可同時得到與被測溫度(或溫差或毫伏)成比例的傳統(tǒng)的4～20mA信號和數(shù)字傳送信號，而且可用軟件對二者進行選擇。第三章壓力測量儀表第一節(jié)概述第二節(jié)彈性壓力表第三節(jié)壓力信號的電變送方法及壓力變送器第四節(jié)壓力儀表的選擇及安裝第五節(jié)壓力測量測量系統(tǒng)故障分析第六節(jié)壓力儀表的檢定第一節(jié)概述一、基本概念與表示方法1。壓強：1Pa=1N/m22。術(shù)語絕對壓力：表壓力：負壓、真空差壓：在差壓計中，把壓力高的一側(cè)叫正壓，壓力低的一側(cè)叫負壓，這個負壓不一定低于當?shù)卮髿鈮?。二、壓力表的分?一)液柱式壓力計：液柱式壓力計是利用液柱對液柱底面產(chǎn)生的靜壓力與被測壓力相平衡的原理。(二)彈性式壓力計

彈性元件在被測壓力的作用下產(chǎn)生彈性形變，從而使彈性元件產(chǎn)生與其彈性形變相對應(yīng)的彈性力。在彈性限度內(nèi)，彈性形變與彈性力有確定的關(guān)系。當彈性元件產(chǎn)生的這種彈性力與被測壓力相平衡時，彈性形變的大小就代表了被測量的壓力值。(三)物性式壓力計（電氣式）物性式壓力計是利用某些物質(zhì)受壓后產(chǎn)生一定的物理效應(yīng)而進行壓力測量的。如某些金屬受壓后產(chǎn)生壓阻效應(yīng)，即電阻發(fā)生變化；(四)活塞式壓力計

活塞式壓力計是一種用于計量檢定工作的壓力標準器，三、壓力標準與量值傳遞第二節(jié)彈性壓力表一、彈性元件1）彈簧管2）膜片、膜盒3）波紋管三、彈性壓力表的工作原理

輸入壓力→力→彈性變形→機械式→輸出信號

輸入壓力的作用在彈性元件表面，形成作用力，使彈性元件發(fā)生彈性變形；由于彈性變形，產(chǎn)生了彈性力，彈性力與外界作用力方向相反，當作用力與彈性力達到平衡時，彈性元件的形變一定，通過機械式、電氣式裝置顯示或傳送出信號。四、彈簧管壓力表1。測量范圍：從真空到109Pa的高壓，準確度等級一般為1.0～4.0級，精密的可達0.1～0.5級。2。組成：由彈簧管、傳動放大機構(gòu)、指示機構(gòu)及外殼組成。游絲：用來消除齒輪嚙合處的間隙。(a)(b)圖3-8單圈彈簧管壓力表結(jié)構(gòu)圖(b)單圈彈簧管壓力表1-表盤面；2-彈簧管；3-拉桿；4-表頭；5指針；6-中心齒輪；7-接頭；8-表殼；9-調(diào)整螺釘；10-曲柄；11-游絲圖3-9五、膜盒微壓計膜合微壓計的測量范圍為l50～40000Pa，準確度等級一般為2.5級，較高的可達1.5級。在火電廠中常用膜盒微壓計測送風(fēng)系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)、爐膛和尾部煙道的壓力。第三節(jié) 壓力儀表的選擇及安裝一、壓力表的選擇對于彈性壓力表，被測壓力的額定值一般選擇為壓力表滿量程的2/3。

有脈動變化的情況，被測壓力的額定值應(yīng)選擇為壓力表量程范圍的1/2左右為好。

二、壓力表的安裝1.已知某測點壓力約為18MPa,測量誤差不允許超過0.5MPa，試選擇壓力表的標尺上限和精度等級。第四節(jié)壓力信號的電變送方法一、電感式壓力變送器二、電容式壓力變送器三、霍爾壓力變送器四、應(yīng)變式壓力變送器五、擴散硅式壓力變送器六、振弦式壓力變送器七、智能變送器一、電感式壓力變送器利用磁性材料和空氣的導(dǎo)磁率不同

(一)氣隙式壓力變送器

線圈電感L可表示為式中，W—線圈匝數(shù)；Rm—磁路磁阻。

由于鐵芯磁阻比氣隙磁阻小得多，所以可認為Rm近似為氣隙磁阻，即

(二)變壓器式差壓變送器變壓器副邊繞組繞制成上、下對稱的兩組，兩組繞組反向串聯(lián)，即組成差動輸出形式。當變壓器初級繞組W加上交變電壓e時，其副邊繞組W1、W2將產(chǎn)生感應(yīng)電勢e1、e2當差壓信號Δp為零時，鐵芯處于中間位置，M1＝M2，輸出電壓Δu＝0。當有差壓信號輸入時，彈性元件自由端產(chǎn)生位移，使M1≠M2，因此有Δu電壓輸出，其輸出相位決定于差壓的正、負號，幅值決定于差壓絕對值的大小。(三)電渦流式壓力變送器

它由彈性元件及傳動系統(tǒng)帶動的檢測鋁片1及固定的平面線圈2組成。當平面線圈中通以高頻電流i時，線圈產(chǎn)生的磁通將部分地穿過鋁片(φ′)，使鋁片產(chǎn)生渦流i″。渦流所產(chǎn)生的磁通又部分地穿過線圈(即φ″)，因而使平面線圈的有效磁通減少。線圈有效電感L與有效磁通φ的關(guān)系為平面線圈有效磁通φ的大小同檢測鋁片與平面線圈之間的距離x有關(guān)。x愈小鋁片感應(yīng)的渦流愈大，φ″也愈大，有效磁通φ則愈小，因而平面線圈的有效電感L就減小。由于鋁片的位移Δx是由測壓彈性元件自由端位移通過傳動裝置帶動的，因此完成了壓力—電感的轉(zhuǎn)換。二、電容式壓力變送器

可動極板由彈性元件帶動，位移為Δl，電容變化量ΔC與Δl有確定的關(guān)系。初始電容：當差壓信號由高、低壓室引入：平膜片中心位移Δl與被測差壓Δp的關(guān)系可表示為兩電容之差比兩電容之和與被測差壓成正比，而與介電常數(shù)ε無關(guān)，這樣當硅油的ε值隨溫度變化而改變時，不會影響輸出信號三、霍爾式壓力變送器

在磁場中放入一半導(dǎo)體單晶薄片，在單晶薄片的縱向端面上通以電流I，則在單晶薄片的橫向端面之間有電勢UH產(chǎn)生，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電勢UH稱為霍爾電勢，半導(dǎo)體單晶體稱為霍爾元件(或霍爾片)。霍爾電勢UH＝KHIB

極靴間的磁感應(yīng)強度：B＝Ky

霍爾元件由彈性元件(彈簧管)的自由端帶動，使其在一個隨位置線性變化的磁場中移動?；魻栐a(chǎn)生的霍爾電勢UH與彈性位移Δl成正比。四、應(yīng)變式壓力變送器應(yīng)變式壓力變送器是將彈性元件受壓力作用時產(chǎn)生的應(yīng)變(該應(yīng)變代表被測壓力)轉(zhuǎn)換成為電流或電壓輸出。(一)應(yīng)變片應(yīng)變片是檢測物體應(yīng)變大小的一種檢測元件。它是依照一定工藝制成的小電阻片：金屬、半導(dǎo)體設(shè)金屬絲長為l，截面面積為A，電阻率為ρ，R＝ρl/A

其中為縱向應(yīng)變ε，如桿的直徑為d，力學(xué)原理知：

式中μ為泊松系數(shù)，與材料有關(guān)。一部分是由應(yīng)變引起的阻值變化(應(yīng)變效應(yīng))，另一部分是因電阻率的變化而引起的阻值變化(壓阻效應(yīng))。對于金屬應(yīng)變片來說，應(yīng)變效應(yīng)是主要的，但壓阻效應(yīng)不可忽略。如多數(shù)金屬絲在彈性范圍內(nèi)，K≈2，多數(shù)金屬材料的泊松系數(shù)μ≈0.3。對于半導(dǎo)體材料應(yīng)變片來說，壓阻效應(yīng)是主要的，而應(yīng)變效應(yīng)可忽略。半導(dǎo)體應(yīng)變片相對靈敏度K值大都在100以上。(二)應(yīng)變式壓力變換的類形1．直接粘貼式變換應(yīng)變片直接粘貼在彈性元件上，反映彈性元件的變形。

圖3-212．組合式變換電阻應(yīng)變片不直接貼在彈性元件上，而是貼在由彈性元件所帶動的彈性懸臂梁上。由彈性元件感受壓力。電橋輸出電壓與應(yīng)變ε的線性關(guān)系較好，靈敏度較高，而且可以補償環(huán)境溫度變化使應(yīng)變電阻阻值變化而產(chǎn)生的測量誤差。五、擴散硅式壓力變送器

擴散硅壓力變送器敏感元件是用單晶硅制成(常稱為硅杯)，它把感受壓力及將壓力轉(zhuǎn)換成電信號的雙重功能在一個組件上完成，即采用集成電路技術(shù)直接在硅杯上制成應(yīng)變電阻并接成測量電路以及帶有補償電路、放大電路等。特點：這種應(yīng)變片由于基底和導(dǎo)電層(敏感元件)互相滲透，結(jié)合緊密，即兩者基本上是一體，故穩(wěn)定性好，滯后和蠕變極小。半導(dǎo)體的電阻變化率主要由壓電效應(yīng)造成：圖3-241—低壓腔2高壓腔3—硅杯4—引線5—硅膜片6—擴散電阻六、振弦式壓力變送器彈性元件在力或壓力的作用下，其諧振頻率(固有頻率)會發(fā)生變化，利用此變化來測量壓力的儀表叫彈性振動式壓力儀表，振弦式壓力變送器是其中的一種，它將被測壓力變換成頻率信號，通過測量鋼弦的諧振頻率來測量壓力或差壓。這樣不僅抗干擾性能強，也便于遠距離傳送，且便于用數(shù)字顯示。振弦式壓力變送器的振弦由鋼絲制成，兩端由支承拉緊。上支承固定，下支承連在感壓膜片上。振弦中間有一小塊純鐵，置于磁場縫隙之中。當膜片的下部通入被測壓力時，振弦的原始張力(應(yīng)力)隨著被測壓力變化而發(fā)生變化，振弦的固有頻率也隨之發(fā)生變化。

振弦的固有頻率f與振弦的幾何尺寸、材料性質(zhì)及其張力(應(yīng)力)有關(guān)，當忽略阻尼時，其關(guān)系式為：式中，l，T—振弦的長度及張力；ρ′—振弦材料的線密度，即單位弦長的質(zhì)量；ρ—振弦材料的密度；σ—振弦所受的應(yīng)力，即單位面積上的張力。當彈性膜片承受壓力p時，其中心產(chǎn)生位移δ，當位移很小時，p與δ呈線性關(guān)系：式中的K1為膜片的彈性系數(shù)。在膜片中心位移的作用下，振弦將產(chǎn)生應(yīng)變ε，由上式可得對應(yīng)振弦應(yīng)變ε的應(yīng)力為式中，E—振弦材料的彈性模量；K2—系數(shù)，式中K為常數(shù)，其值分別與膜片及振弦的材料、結(jié)構(gòu)尺寸及原始受力情況等因素有關(guān)。由式可見，測得振弦的固有頻率f就可以知道被測壓力p的值。七、智能變送器智能化儀表是指采用超大規(guī)模集成電路和微處理器技術(shù)，利用嵌入式軟件協(xié)調(diào)內(nèi)部操作使儀表具有智能功能，在完成輸入信號的非線性、溫度與壓力的補償、量程刻度標尺的變換、零點調(diào)整、錯誤、故障診斷等基礎(chǔ)上，完成對工業(yè)過程的控制，使控制系統(tǒng)的功能進一步分散。智能變送器集成了智能儀表全部功能及部分控制功能，具有高線性度和低溫度漂移特性，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。智能變送器具有一定的人工智能，可實現(xiàn)自學(xué)習(xí)功能。其特性如下：①可集成為多敏感元件的變送器，能同時測量多種物理量和化學(xué)量，全面反映被測量的綜合信息；②精度高，測量范圍寬；③采用標準化的通信接口進行信息交換，這是智能變送的關(guān)鍵標志之一。智能化使變送器由單一功能向多功能和多變量檢測發(fā)展，由被動進行信號轉(zhuǎn)換向主動控制和主動進行信息處理方向發(fā)展，由孤立元件向系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，智能變送器的通信目前主要流行的通信協(xié)議也就是現(xiàn)場總線通信協(xié)議。尤其是HART協(xié)議應(yīng)用較廣泛，下述幾種智能變送器都支持該協(xié)議。HART協(xié)議：是通信可尋址遠程傳感器的數(shù)據(jù)公路協(xié)議(HighwayAddressableRemoteTransducer)的縮寫，它是在Bell202標準通信基礎(chǔ)上使用頻率移相鍵控(FSK)技術(shù)，在4~20mA電流上疊加一個頻率信號來完成。信號使用1200Hz和2200Hz兩個獨立的頻率，分別代表數(shù)字1和0。兩個頻率級組成的一個正弦波疊加在4~20mA電流回路上，由于正弦波的平均值為零，無直流部分加到4~20mA信號，因此在進行數(shù)字通信時，不會造成對過程信號的干擾。HART協(xié)議一般能支持在一根雙絞線上最多掛15臺智能變送器，它使用通用性信息、公用信息和變送器特點信息三種信息級，可對現(xiàn)場變送器進行診斷、標定和組態(tài)。（一）ST3000智能變送器ST3000型壓力(差壓)變送器是美國霍尼威爾公司上世紀80年代初研制的帶有智能功能的一種新型變送器。

1．結(jié)構(gòu)組成ST3000型變送器主要由測量頭和發(fā)信部兩大部分組成。圖3-271）測量頭：根據(jù)半導(dǎo)體壓阻效應(yīng)原理圖3-282）發(fā)信部發(fā)信部的作用是在微處理器的控制下采集傳感器送來的復(fù)合信號并對其進行補償、運算，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的4～20mA信號輸出。采樣的典型速率為20s內(nèi)差壓采集120次，靜壓12次，溫度1次。微處理器根據(jù)差壓、靜壓和溫度這3個信號，查詢記錄此復(fù)合傳感器特性的存儲器，經(jīng)運算后得出一個高精確度的信號。只讀存儲器ROM存儲變送器的標準算法和自診斷程序。（二）3051變送器美國羅斯蒙特公司生產(chǎn)的智能型儀表系列用于壓力、溫度、液位與流量測量。3051系列智能變送器是廣泛應(yīng)用的變送囂，符合基金會現(xiàn)場總線標準。羅斯蒙特智能變送器采用的HART協(xié)議可進行數(shù)字信號和4～20mA模擬量信號同時傳輸。傳感膜片是一個張緊的彈性元件。（三）EJA變送器EJA智能變送器是川儀引進日本橫河電機株式會社九十年代中期推出的技術(shù)生產(chǎn)的智能變送器產(chǎn)品。由單晶硅諧振式傳感器。圖3-30手操器對變送器組態(tài)第六節(jié) 壓力儀表的檢定一、壓力標準器——活塞式壓力計(a)(b)圖3-36活塞式壓力計(a)結(jié)構(gòu)原理圖(b)1151電容式差壓變送器1-專用砝碼；2-活塞筒；3-導(dǎo)壓管；4-加壓手輪；5-油泵活塞；6-油杯；7-壓力表二、工業(yè)彈簧管壓力表的檢定工業(yè)彈簧管壓力表的精確度等級一般在1.0～4.0級。檢定根據(jù)計量校定規(guī)程《JJG52-87》的要求進行，主要的檢定項目有基本誤差、變差、零位、指針移動的平穩(wěn)性、輕敲表示值的變動量、外觀檢查等。第四章流量測量第一節(jié)概述第二節(jié)節(jié)流變壓降式流量計第三節(jié)無節(jié)流元件的主蒸汽流量測量第四節(jié)其它流量計第四章流量測量主蒸汽測量如何測量?減溫水測量呢?油流量呢?風(fēng)量呢?給水流量呢??鍋爐給水流量測量裝置長頸噴嘴差壓變送器一級過熱器減溫水流量測量裝置標準噴嘴差壓變送器凝結(jié)水儲水箱正常補水流量測量裝置差壓變送器標準孔板鍋爐電動給水泵入口流量測量孔板差壓變送器一、概念流量：單位時間流過某截面的物質(zhì)的量。1。質(zhì)量流量qm：kg/s

體積流量qv：m3/s2。瞬時流量

累積流量：從tl至t2這一段時間間隔內(nèi)通過管道橫截面的流體量稱為流過的總量

二、流量測量的方法1。速度式：2。容積式：3.質(zhì)量流量法表12-1圖4-1流體流經(jīng)孔板時的壓力和流速變化情況第二節(jié)節(jié)流變壓降式流量計組成：由節(jié)流裝置、導(dǎo)壓管路和差壓計等組成。

一、測量原理：標準孔板實線代表管壁處靜壓力，點劃線代表管道中心處靜壓力。

節(jié)流件前截面1節(jié)流件后截面2流束最細，流速最高（1）沿管道軸向連續(xù)地向前流動的流體，由于遇到節(jié)流裝置的阻擋（近管壁處的流體受到節(jié)流裝置的阻擋最嚴重），流體的一部分動壓頭轉(zhuǎn)化為靜壓頭→節(jié)流裝置入口端面近管壁處的流體靜壓力pl升高（即pl＞p2），即比管道中心處的靜壓力大，形成節(jié)流裝置入口端面處的徑向壓差→徑向壓差使流體產(chǎn)生徑向附加速度vr，從而改變流體原來的流向→近管壁處的流體質(zhì)點的流向就與管中心鈾線相傾斜，形成了流束的收縮運動?！捎诹黧w運動有慣性，所以流束收縮最嚴重（即流束最小截面）的位置不在節(jié)流孔中，而位于節(jié)流孔之后，并且隨流量大小而改變。第四章流量測量（2）由于節(jié)流裝置造成流束局部收縮，同時流體保持連續(xù)流動狀態(tài)，因此在流束截面積最小處的流速達最大。根據(jù)伯努利方程式和位能、動能的互相轉(zhuǎn)化原理，在流束截面積最小處的流體的靜壓力最低。流量q愈大，流束的局部收縮和位能、動能的轉(zhuǎn)化也愈顯著，節(jié)流裝置兩端的差壓Δp也愈大，即Δp可以反映q，這就是節(jié)流式流量計的工作原理。二、流量公式通過伯努利方程和流動連續(xù)性方程來推導(dǎo)。設(shè)流經(jīng)水平管道的流體為不可壓縮性流體并忽略流動阻力損失，對截面1和2可寫出下列伯努利方程和流動連續(xù)性方程

綜合考慮：1)ΔP不是角接取壓或法蘭取壓所測得的差壓，用從實際取壓點測得的差壓Δp代替；2)式中的d′對于噴嘴，它等于節(jié)流件開孔直徑d，對于孔板，它小于開孔直徑d；用節(jié)流件開孔直徑d代替d′；3)也沒有考慮流動過程中的損失，這種損失對于不同形式的節(jié)流件和不同的直徑比β（d／D）是不同的。加修正系數(shù)C：流出系數(shù)流量系數(shù)α：流量公式：α和C由實驗決定，但從前面分析可以看出，α和C的值與節(jié)流件形式、β值、雷諾數(shù)ReD、管道粗糙度及取壓方式等有關(guān)。結(jié)論：當α、d、ρ一定時，流量與節(jié)流件前后的差壓呈單值函數(shù)關(guān)系。而把全部的流體可壓縮性影響用一流束膨脹系數(shù)ε來考慮：三、標準節(jié)流裝置標準孔板和標準噴嘴：兩種形式節(jié)流件的外形、尺寸已標準化。還規(guī)定了它們的取壓方式和前后直管段要求，包括取壓裝置，總稱為“標準節(jié)流裝置”。

圖4-2常用節(jié)流件的形式1．標準孔板標準孔板的取壓方式有角接取壓和法蘭取壓兩種。角接取壓又分環(huán)室取壓和單獨鉆孔取壓。

圖4-3標準孔板圖4-4角接取壓裝置圖4-5法蘭取壓裝置2．標準噴嘴標淮噴嘴的取壓僅采用角接取壓方式。圖4-6標準噴嘴節(jié)流件的性能比較：1）應(yīng)考慮加工易難；2）靜壓損失δp（孔板比噴嘴大）多少；3）使用時前后直管段要求；4）磨損。四、節(jié)流式流量計的顯示儀表由于流量與差壓之間為平方關(guān)系，因此差壓計標尺上的流量分度是不均勻的。目前使用的開方器：電子開方器和開方模塊兩種形式。電子開方器是通過電子元件或電路所構(gòu)成的開方電路進行開方；開方模塊則是用軟件的方法進行開方運算，在智能變送器及DCS的數(shù)據(jù)處理時應(yīng)用。累計流量：還必須將經(jīng)過開方的信號通過電子積算線路或積分模塊進行累計。五、節(jié)流式流量計的壓力溫度補償根據(jù)流量公式：當其中參數(shù)一定時，qm與ΔP呈單值函數(shù)關(guān)系。但實際過程中，特別是滑壓運行，過熱蒸汽的溫度、壓力會發(fā)生變化，各參數(shù)都會變化，其中密度變化最大，所以進行密度補償，密度可根據(jù)過熱蒸汽溫度、壓力運算得出。對于液體，密度基本只與溫度和關(guān)，其修正系數(shù)與溫度的關(guān)系可表示為：圖4-8高壓蒸汽密度與溫度、壓力之間關(guān)系的經(jīng)驗公式：過熱蒸汽的壓力為2.94~14.7MPa，溫度為400~550℃范圍內(nèi)：當過熱蒸汽的壓力為0.098~23.52MPa，溫度為100~580℃范圍內(nèi)，可采用下述公式：圖4-9第三節(jié)無節(jié)流元件的主蒸汽流量測量大口徑的主蒸汽管所配用的節(jié)流裝置體積龐大，價格昂貴；安裝時所要求的直管段長度往往不能得到滿足，影響了測量準確度；主蒸汽流量通過節(jié)流元件造成的壓力降使機組增加熱耗，很不經(jīng)濟。1．采用汽輪機調(diào)節(jié)級后壓力測量主蒸汽流量采用汽輪機調(diào)節(jié)級后壓力測量主蒸汽流量的基本理論公式是費留格爾公式：式中

q——蒸汽流量；K——比例系數(shù)，由汽輪機類型和設(shè)計工況確定：p1、T1——調(diào)節(jié)級后的汽壓與汽溫。2．采用壓力級組前后壓力測量主蒸汽流量利用汽輪機第一壓力級組前后的壓力信號及汽溫信號可以測量相應(yīng)的主蒸汽流量。根據(jù)費留格公式，汽輪機在變動工況下，通過第一壓力級的流量qv1可以表示為：式中p1，T1——分別為汽輪機第一壓力級級前壓力和熱力學(xué)溫度；

p2——為汽輪機第一壓力級級后壓力；

K1——流量系數(shù)，其值由額定工況下的參數(shù)計算。汽輪機主蒸汽流量qv與壓力級組蒸汽流量qv1的關(guān)系是：式中qv2——汽輪機高壓軸封漏汽量，約占負荷的1％一2％（不同機組其值略有不同）；qv3——主汽門和調(diào)速汽門閥桿的漏汽量，約占負荷的0.25％。第一壓力級的進汽調(diào)整門沿圓周分布，當負荷變化時，因各調(diào)整門的開度不相同，進汽時，混合在第一壓力級前的主汽溫度T1沿圓周也不相同，為此改用汽輪機第一壓力級后的混合蒸汽溫度了T2（實際取第一段抽汽溫度來代替）表示。變工況下，溫度系數(shù)KT近似為常數(shù)。則：通過測量第一壓力級前后壓力和級后溫度就可測量主蒸汽流量。壓力代入表壓力p

1、p

2，溫度代入攝氏溫度，圖4-14采用調(diào)節(jié)級前后壓力測量主蒸汽流量的方案第四節(jié)其它流量測量方法一、渦輪流量計(a)(b)(c)圖4-15渦輪流量計(a)結(jié)構(gòu)原理圖(b)渦輪流量計(c)渦輪1-渦輪；2-支承；3-永久磁鋼；4-感應(yīng)線圈；5-殼體；6-導(dǎo)流器式中ξ——儀表常數(shù)，與儀表結(jié)構(gòu)有關(guān)圖4-16渦輪流量計原理方框圖(a)(b)圖4-18轉(zhuǎn)子流量計(a)轉(zhuǎn)子流量計(b)原理結(jié)構(gòu)圖1-錐形管2-轉(zhuǎn)子三、轉(zhuǎn)子流量計由上式可見，當被測介質(zhì)一定時，qv與H有近似線性關(guān)系。α與轉(zhuǎn)子形狀、流體的流動狀態(tài)及其物理性質(zhì)有關(guān)。

四、渦街流量計1.測量原理圖4-19圖4-19渦街流量計(a)圓柱體發(fā)生“渦街”情況(b)等邊三角形體發(fā)生“渦街”情況(c)渦街流量計渦街流量計實現(xiàn)流量測量的理論基礎(chǔ)是流體力學(xué)中的“卡門渦街”原理。在流動的流體中放置一根其軸線與流向垂直的、有對稱形狀的非流線形柱體（如圓柱、三角柱等，如圖4-19所示），該柱體稱漩渦發(fā)生體。當流體沿漩渦發(fā)生體繞流時，在漩渦發(fā)生體下游產(chǎn)生如圖4-19所示的兩列不對稱、但有規(guī)律的漩渦列，這就是卡門渦街。體積流量qv與頻率f之間的關(guān)系為：流量qv與漩渦脫離頻率f在一定雷諾數(shù)范圍內(nèi)成線性關(guān)系，因此，也將這種流量計稱為線性流量計。六、超聲波式流量計六、超聲波式流量計圖4-23圖4-24圖4-25七、容積式流量計圖4-28腰輪流量計原理圖(a)