华北电力大学过程参数检测及仪表复习资料

（五）流量测量 按不同的测量原理，流量仪表可分为容积式、速度式和质量式三类 按测量对象分为封闭管道流量计和明渠流量计两类。按测量方法和结构分类将流量计分成差压式流量计、容积式流量计、浮子流量计、叶轮式流量计、电磁流量计、流体振荡流量计、超声波流量计、质量流量计、插入式流量计、明渠流量计和其它流量计（包括激光流量计，靶式流量计、冲量流量计和标记法流量计等）11大类。

流量计特性曲线是描述随流量变化流量计性能变化的曲线，主要有两种不同的表示形式：一种是表示流量计的某种特性（通常是流量系数或仪表系数，也有的是某一与流量有关的输出量）与流量q或雷诺数Re的关系；另一种是表示流量计测量误差随流量q或雷诺数Re变化的关系，这种特性曲线一般称为流量计的误差特性曲线。

流量计的流量系数表示通过流量计的实际流量与理论流量的比值，一般是通过实验确定。 流量计的仪表系数表示通过流量计的单位体积流量所对应的信号脉冲数。

流量计的重复性表示用该流量计连续多次测量同一流量时给出相同结果的能力。

流量计的线性度是表示在整个流量范围上的特性曲线偏离最佳拟合直线的程度。 流体流经节流元件时，因为节流元件很短，其与外界的热交换及摩擦生热均可忽略，所以该过程可近似认为是等熵的。在此过程中，流体的压力p与比容v的k次方的乘积为常数，即 常数k称为等熵指数。

转子流量计按锥形管材料的不同，分为玻璃管转子流量计和金属管转子流量计。玻璃管转子流量计耐压能力低，一般为就地直读式。金属管转子流量计耐压能力高，一般有就地指示型和信号远传型。

特点：1、适用于小管径和低雷诺数的中小流量测量；2、压力损失较低；3、上游直管段的要求较低；4、测量范围宽。 # （六）节流装置

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。 分类：节流式流量计有标准化和非标准化两类。非标准化流量计是非通用仪表，即安装在生产过程中使用着的节流式流量计仅适用于该地的情况和工况。因此节流式流量计是根据要求具体设计、安装、使用的。

节流式流量计的测量系统由节流装置、差压计或差压变送器、二次显示仪表（动圈表、自动电位差计）等组成。

流量公式三个截面的选取：在A截面之前，流体未受节流件影响，流束充满管道，流体通过截面A后，由于受到节流件的影响，在节流件前流体就向中心加速，在截面B处流束截面收缩到最小，此时流速最大，压力最低，通过截面B之后流束向外扩散，流速降低，静压升高，直到截面C处流束又充满管道。

标准节流装置由三部分组成：标准节流件、取压装置、测量直管段（节流件前10D，后5D）。 取压装置：角接取压分为环室取压和单独钻孔取压, 上、下侧压力在节流件前后端面处取出。 法兰取压装置 上、下侧压力在连接法兰上距节流件前后端面25.4mm处取出。 径距取压上、下侧压力在测量管段上距节流件前端面Ｄ和后 Ｄ处取出。 我国GB/T2624—93标准中规定的标准节流装置有：

角接取压标准孔板、法兰取压标准孔板、D和1/2D取压标准孔板、角接取压标准喷嘴（ISA1932喷嘴）、长径喷嘴（D和1/2D取压）、经典文丘里管（入口圆筒段上取压和喉部取压）、文丘里喷嘴（上游角接取压和喉部取压）

角接取压标准孔板的适用范围：d≥12.5mm，50mm≤D≤1000mm， 0.2≤β≤0.75， ReD≥5×103（0.2≤β≤0.45）， ReD＞104（β＞0.45）。

法兰取压和径距取压标准孔板的适用范围：d≥12.5mm，50mm≤D≤1000mm，0.2≤β≤0.75，ReD≥1260β2D（D：m）。 # 流量公式 不可压缩

C?2 qm?d2??p44 1??

C?22?p

qV?d44 ?1??

可压缩

Cq?0.004?d2?1?p m1??4

C?22 qm???D2?1?p44 1??

C?22?p qV??d44?1 1?? C?222?pqV???D4 4?11??

流量公式中各量的单位为：体积流量qV—m3/s；质量流量qm——Kg/s；直径d或D—m；密度ρ1—kg/m3；差压Δp—Pa。 ?---可膨胀性系数，液体=1，?直径比，C流出系数 对于一定形式的标准节流装置，其流量系数α和流出系数C仅与β和雷诺数ReD有关。当雷诺数大到一定值后，α和C就与雷诺数值无关，趋于一定值。

节流件前后最小直管段L：由l0,l1,l2组成，L1是节流件与上游第一阻流件之间的直管段最小长度，L0是上游第一阻流件与上游第二阻流件之间的直管段，L2是节流件到下游阻流件直管段的最小长度。

（七）液位测量

测量液位的方法1.浮力式2.静压式3.电气式4.声波式

根据锅炉汽包水位测量的重要性和测量技术的特点，锅炉汽包水位测量系统至少应满足下列基本要求：(1)准确性好。(2)可靠性高(3)维护性好

汽包水位沿其长度方向常常是不一致的，甚至会有很大偏差，其原因有以下几方面：1、汽包安装条件的影响 2、下降管的影响3、燃烧偏差的影响

锅炉汽包水位测量对象的动态特性是指锅炉给水流量、蒸汽流量或燃烧率扰动时汽包水位变化的特性。1.给水流量扰动造成给水流量与蒸汽流量不平衡时，汽包水位响应特性2.蒸汽流量扰动时，汽包水位响应特性

火电厂汽包水位分三种： 实际水位（真实水位）重量水位（运行某一瞬时，汽包的全部出口入口封闭，水侧中的汽回到汽侧，汽侧中的水回到水侧，平静时汽包内的汽水界面），指示水位（水位计所能测出的汽包水位值）

虚假水位：当锅炉负荷急剧变化时，例如蒸汽流量快速增加，此时，汽包压力将随之快速降低，对应的饱和水温度降低，于是汽包水平面以下的水容积中的一部分水会汽化而生成汽泡，造成汽包水位抬高，由于炉水汽化造成的水位抬高速度快于汽水不平衡造成的水位下降速度，因而出现“假水位”现象。反之，当蒸汽流量快速减少时，汽包压力增加，由于对应的饱和水温度升高，使汽包水平面以下水容积中的一部分汽泡变成水，汽泡含量减少，造成水位先行降低的“假水位”现象。

假水位危害：当“假水位”超过汽包水位紧急停炉水位值时，同样也会造成炉水被带入过热器，甚至汽轮机中，轻则造成蒸汽品质恶化、含盐量增加，重则进入主蒸汽管道和汽轮机的蒸汽中含水造成水冲击 。 #

汽包正常水位：是指锅炉正常运行过程中汽包中的水位应该保持的高度，一般称为汽包的零水位。

推荐新建锅炉应配置1套就地水位计、3套差压式水位测量装置和3套电极式水位测量装置，这三种工作原理共存的配置方式较为理想。3套差压式水位测量装置用于汽包水位控制系统，3套电极式水位测量装置用于汽包水位保护系统，1套就地水位表因是无电源的，可以作为电源消失时的最后监视保证。建议锅炉启动时应以电极式汽包水位测量装置为主要监视仪表，这种配置也能满足这种要求。 #

差压水位计工作原理：利用平衡容器将水位转换成差压信号，通过测量差压来得到水位。 水位—差压转换装置称为平衡容器，其结构形式如图所示，(a)为简单平衡容器，(b)为双室平衡容器，(c)为结构补偿式双室平衡容器。

对图(a)中所示简单平衡容器，在图(b)所示的双室平衡容器中，给固定水柱增装了蒸汽保温室，使得固定水柱的温度达到了汽包内的汽水温度，因而消除了固定水柱非饱和状态时温度的影响。输出的信号差压与成负线性关系(压力不变时)。汽包压力变化时，输出仍受压力的影响(水位不变时)。不同水位时压力影响所产生的误差是不同的。 双差压平衡容器

采用双差压平衡容器的差压式水位测量系统的优点是水位测量不再受汽包压力及环境温度等诸多因素影响。但是它有下列缺点： (1)平衡容器结构复杂。(2)虽然不需要装设校正用压力变送器，但却要装设校正用差压变送器。差压变送器及其管路系统相对较复杂，测量可靠

? 性差，容易产生附加误差。信号差压 ?p?p??p? ，补偿差压 ?p??p??p?结构补偿式平衡容器 并没有消除汽包压力对输出的影响。l 的长度是经过设计确定的，只要适当选择l的长度就可以在一定水位上使得压力的影响减小到最低程度。

采用汽包水位的压力校正原理：差压水位的压力校正是指对简单平衡容器或双室平衡容器输出的差压信号，通过引入汽包压力信号进行一定的校正计算，从而消除压力对测量影响的一种补偿方法。

单室平衡容器差压——水位的关系为： ?P?P??P??L?ag?(H0??H)?wg?(L?H0??H)?sg

?L(?a??s)g?(H0??H)(?w??s)g

L(?a??s)g?H0(?w??s)g??P ?H?p?p?p?(?w??? s)g?

双室平衡容器差压——水位的关系为：

?P?p??p??L?wg?(H0??H)?wg?(L?H0??H)?sg?(L?H0??H)(?w??s)g?p?H?L?H0?(?w??s)g汽包在额定工作压力?Pe时，差压——水位的分度关系为：

?Pe?(L?H0??H)(?we??se)g

?p?L(?a??s)g?H0(?w??s)g??H(?w??s)gL(?a??s)g??p?H??H0(?w??s)gL?f1(p)??p??H0f2(p)L(K1?K2p)??p??H0K3?K4p

汽包压力校正原理：

（八）成分分析

氧化锆氧量计组成：它由传感器（锆头）和变送显示器组成。

氧化锆氧浓差电势的形成原理：当浓差电池两侧氧浓度不等时，高浓度侧的氧分子渗入多孔Pt电极后，发生还原反应：O2+4e-→2O-2 空气中的氧分子从外电极上夺取4个电子形成2个氧离子，Pt电极带正电，成为浓差电池的阳极， 氧离子在氧化锆管中迅速迁移到低浓度侧的Pt电极释放出点子，在Pt电极上发生氧化反应： 2O-2 →O2+4e- Pt电极得到点

子成为浓差电池的阴极。两极产生静电场，阻碍氧分子扩散运动，当这两种迁移达到平衡后，便在两电极间产生一个与氧浓差有关的电势信号E。

氧化锆氧量计的传感器对待测气样中氧量的测量就是利用了氧浓差电池的工作原理。由以上分析可知，要正确测量出待测气样中的含氧量（浓度），必须保证以下的条件：1、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。2、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。3、保持参比气样的压力与待测气样的压力相等。4、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。 （九）机械测量

磁阻式测量方法测量转速的原理:开路式转速传感器由，永久磁铁1，软铁2，感应线圈3组成，齿数为z的齿轮4被安装在被测转轴上，当齿轮随转轴旋转时，齿轮的凹凸变化引起磁性变化，致使线圈中磁通发生变化，感应出幅值交变的电动势，感应电动势的频率为

f?

nz，由此即可计算出转速； 60

子成为浓差电池的阴极。两极产生静电场，阻碍氧分子扩散运动，当这两种迁移达到平衡后，便在两电极间产生一个与氧浓差有关的电势信号E。

氧化锆氧量计的传感器对待测气样中氧量的测量就是利用了氧浓差电池的工作原理。由以上分析可知，要正确测量出待测气样中的含氧量（浓度），必须保证以下的条件：1、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。2、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。3、保持参比气样的压力与待测气样的压力相等。4、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。 （九）机械测量

磁阻式测量方法测量转速的原理:开路式转速传感器由，永久磁铁1，软铁2，感应线圈3组成，齿数为z的齿轮4被安装在被测转轴上，当齿轮随转轴旋转时，齿轮的凹凸变化引起磁性变化，致使线圈中磁通发生变化，感应出幅值交变的电动势，感应电动势的频率为

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nz，由此即可计算出转速； 60

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