热控基础知识

热控相当于一个人，感知器官如眼、耳、鼻等由仪表完成，大脑第一节 仪表简述 一、仪表的一般组成 仪表品种繁多，其原理和结构的复杂程度也各不一样，但就其部件在接收与传递信息，进行 检测与显示或控制的各种功能而言，可看成由敏感元件（传感器）、传输与变换部件、显示 装置三个主要环节组成。这些环节可分成许多部件，也可组合为一个整体，甚至在一些简单 的仪表中，各环节的界线都难以明确划分。二、仪表的分类 由于仪表的用途、原理及结构等的不同，其分类方法也很多，一般可按下列几种方法分类。 1、按被测参数的类型分类：有热工量（包括温度、压力、流量、物位等）仪表、机械量（如位移、厚度、应力、振动、速度等）仪表、电工量（如电流、电压、相位、频率等） 仪表以及成分分析仪表（如测定物质酸度、粘度、导电度、浓度的仪表和分析气体成分的分 土匚mm牡、析器等）。按仪表的显示功能分类：有指示式、记录式、积算式、信号报警式和调节式仪表按仪表采用的信号能源分类：有气动式、液动式、电动式、电子式仪表等。 按仪表的结构情况分类：有基地式和单元组合式仪表等。 按仪表的安装地点分类：有就地式和远距离传送式仪表等。按仪表在自动化系统中的功能分类：有检测仪表、显示仪表、调节仪表和执行器按仪表的使用方式分类：有携带式和固定式仪表等 按仪表的精度等级和使用条件分类：有标准仪表、实验室用仪表和工业用仪表等。2、等。3、4、5、6、等。7、8、三、仪表的主要质量指标1、精度和精度等级 仪表的精确度简称精度，是指仪表在规定的工作条件下进行测量时，测量结果与实际值接近 的程度，在数值上通常用仪表的允许误差与测量范围之比的百分数来表示。 允许误差是指仪表在一定精度等级下所允许产生的最大误差，所以，仪表的允许误差是随其 精度等级而确定的。在热工测量中，为了便于表示仪表的质量，并用以估计测量结果的可靠 性，采用了精度等级的概念。精度等级是指仪表精度的数字部分，也就是仪表精度去其百分 号。国家规定的仪表精度等级是一系列标准数值，一般用 001、002、005、01、02、 05、1、15、25、4 表示。仪表精度等级是衡量仪表优劣的重要指标之一。2、基本误差 基本误差是指在规定的工作条件下，仪表具有的最大误差3、变差 变差也称回程误差，是指在相同条件下，仪表正反行程在同一点示值上被测量值之差的绝对 值。它通常由仪表运动系统的摩擦、磨损、间隙和弹性元件的弹性滞后等原因造成的。4、线性度线性度又称非线性误差。对于理论上具有线性“输入一一输出”实际特性曲线的仪表，由于各 种因素的影响，实际特性曲线往往偏离线性关系，它们之间的最大差值与量程范围之比的百 分数称之为线性度。5、重复性 同一工作条件下，多次按同一方向输入信号作全量程范围的变化时，对应于同一输入值的仪 表输出值的一致性称为重复性。重复性大小是以在全量程上，对应于同一输入值输出的最大 值和最小值的差与量程范围之比的百分数表示。6、灵敏度 灵敏度是指仪表输出量变化与被测量变化的比值。对于带指针指示的仪表来说，灵敏度是仪 表指针的线位移或角位移与被测量变化的比值。7、不灵敏区 不能引起输出变化的输入信号范围，即缓慢地向增大或减小方向改变输入信号时，输出不发 生变化的最大输入变化幅度与量程范围之比的百分数称为不灵敏区。8、飘移 在保持一定的输入信号和工作条件下，经过一段时间后输出的变化称为飘移，它是以整个仪 表量程上输出的最大变化量与量程之比的百分数表示。飘移通常是由于电子元件的老化，弹 性元件的时效、节流元件的磨损、热电偶和热电阻元件的污染变质等原因引起的。9、反应时间 仪表测量时，要经过一段时间后，指示值才能准确地显示出来，这段时间称为仪表的反应时 间，它是由于仪表元件的机械惯性、热惯性、阻力等原因造成的。反应时间长的仪表不能用 于测量参数变化频繁的工况。衡量热工仪表的质量指标不仅仅是上述九项，根据每类仪表的特殊性，还有各自特殊的质量 指标。这些质量指标都是为了反映仪表的准确性、稳定性、可靠性及灵敏程度，而其中仪表 的精度是主要的、基本的，热工仪表性能好坏主要还是取决于它。第二节 常用热工参数测量仪表一、温度测量仪表 温度是表征物体冷热程度的物理量。温度测量仪表是热工自动化仪表中最普遍、最重要的一 种。温标是温度的标尺。1989年，27届国际计量委员会（CIPM）通过“1990国际温标（ITS 1990）”，1990年1月1日开始实施。国际温标同时使用国际开尔文温度（T90）和国际摄氏温 度（t90），它们的单位分别为开尔文（K）和摄氏度（C），它们之间的关系为t90=T90 一 27315（21）。二、目前，在火力发电厂生产现场常用的是热电偶温度计和电阻温度计。1、热电偶温度计热电偶是当前应用最广泛的温度传感器之一，它一般用于测量500C以上的高温。火电厂中 的主蒸汽温度、过热器管壁温度、高温烟气温度等都是用热电偶来测量的。热电偶温度计是以热电偶作为感温元件，把被测的温度信号转换成电势信号，经温度变送器 变换后或直接将信号经信号电缆传送到计算机房相应模件上，实现温度的测量。（1）热电偶测温的基本原理当两种不同的导体或半导体A和B接成闭合回路时，如果A和B的两个接点温度不同（假 定tt0）,贝y在该回路中就会产生电流，这表明回路中存在电动势。这种物理现象称为热电 效应或塞贝克效应，相应的电动势称为塞贝克温差电势，简称热电势。显然，回路中产生的 热电势大小仪与组成回路的两种导体或半导体A、B的材料性质及两个接点的温度t、t0有 关，故用符号EAB（t、t0）表示。（2）热电偶的种类 热电偶种类很多，有金属热电偶和非金属热电偶，测温范围广。目前在工业中常用的热电偶 有下面几种。1）铂铑10 一铂热电偶：分度号s或LB-3,测温上限1300C（短期1600C）。2）铂铑30 一铂铑6热电偶：分度号B或LL-2，测温上限1600C（短期1800C）。3）镍铬一镍硅热电偶：分度号K或EU-2，测温上限1200C（短期1300C）。4）铜一康铜热电偶：分度号T或CK，测温范围为-200350C（短期可达400C）。5）镍铬康铜热电偶：分度号E或EA-2,测温范围为-200900C。（5）热电偶的基本定律1）均质导体定律：凡是由一种均质导体或半导体组成的闭合回路,不论导体或半导体的 截面、长度和各处的温度分布如何，都不会产生热电势，也就是EAA（t、t0）=0。 均质导体定律的推论如下： 任何热电偶都必须用两种性质不同的热电极构成。热电偶所产生的热电势仅与热电极材料的性质及其两个接点的温度有关，而与热电极的几何 尺寸及沿热电极的温度分布无关。如果热电极材料的性质不均匀，当沿热电极的温度分布情况不同时，将会产生无法确定的附 加电势。据此可用来检查热电极材料的不均匀性，以衡量热电偶的质量，即以被检查的热电 极构成闭合回路并局部加热，若有热电势输出，表明该热电极材料不均匀，热电势越大，热 电极材料的成分和应力分布越不均匀。2）中间导体定律：在热电偶回路中接入第三、第四或若干种均质导体后，只要中间接入的导 体两端温度相同，就不会影响原来热电偶的热电势。根据中间导体定律，只要保证连接导线、显示仪表等接入热电偶回路的两端温度相同，就不 会影响热电偶回路的总电势。另外，热电偶的热端焊接点也相当于第三种导体，只要它与两 电极接触良好，两接点温度，也不会影响热电偶回路的热电势。因此，在测量液态金属或金 属壁面温度时，可采用开路热电偶。3）中间温度定律：热电偶 AB 在接点温度为 t1，、 t3 时的热电势，等于热电偶 AB 在接点温 度分别为 tl、t2 和 t2、t3 时热电势的代数和，即 EAB（t1, t3）=EAB（tl, t2）+EAB（t2, t3）, 为工业测温中应用补偿导线提供了理论依据。补偿导线是指在0100C范围内和所连接的 热电偶具有相同热电特性的廉价金属导线：采用了价格便宜的补偿导线只是将热电偶的冷端 位置移动到温度较低且较稳定的地方,本身不起温度补偿作用,其目的：一方面节省资金投 入；另一方面有利于热电偶的冷端温度补偿与处理,提高测量的准确性。用热电偶测量温度 时,只有冷端温度恒定,其产生的热电势才与热端温度成单值函数关系,另外,热电偶及其 显示仪表是在参考端为OC时分度和刻度的，若参考端不为0C,必须进行补偿与处理。常 规的补偿与处理方法有计算法、冷端恒温法 （包括实验室用冰点槽法和工业用恒温器法两 种）、显示仪表机械零点调整法、补偿电桥法（冷端温度补偿器法）。但随着计算机分散控制系 统在现场应用的日益成熟和广泛,常规的补偿与处理方法已经淘汰,取而代之的是计算机对 冷端温度的自动补偿与处理。热电偶AB产生的热电势经补偿导线A、B，送入计算机房相应机柜对应的输入模件上，该输 入模件同时接受热电阻或模件本身的测温元件测得的模件处的温度 （即热电偶新冷端温度） 信号,然后进行处理并转换成数字信号,经接口送入计算机按照补偿程序进行处理后实现温 度的显示或控制。（1）电阻温度计测温原理 电阻温度计是利用导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的特性来测量温度的元件或仪 器。即电阻和温度有一一对应的关系,电阻是温度的函数。常用的热电阻材料有铂和铜,此 外还有铁、镍、钨；用于低温测量的材料有锗、铟、碳和铁铑合金等。（3）常用的标准化热电阻1）铂热电阻。这是电阻温度计中应用最广泛的一种。铂的物理、化学性能稳定,铂丝易于制 备,铂热电阻的准确度高,复现性好,有足够的机械强度。但是高纯度的铂丝价格昂贵,工 业用铂电阻体用很细的铂丝（直径为0. 07mm）制成，因此机械性能和耐热性有所降低。目前 铂热电阻的测量上限用到650C。常用的铂热电阻有Pt50和PtlOO两种分度，标称电阻值分 别为 R0=50Q 和 R0=100Q。2）铜热电阻。铜热电阻的价格便宜，线性度好，容易提纯，工业上在-50+150C范围内使 用较多。铜热电阻怕潮湿，易被腐蚀。常用的铜热电阻有cu50和cul00两种分度，标称电 阻值分别为R0=50Q和R0=100Q。热电阻的结构型式与热电偶相似，也有普通型热电阻和铠装型热电阻之分。3、压力测量仪表 工程中应用压力计测得的压力是表压力，被测实际压力称为绝对压力， 表压力=绝对压 力一大气压力，工程上习惯于将正的表压力称为压力或正压，负的表压力称为负压或真空。（1）压力表的种类1）液柱式压力计：利用管内一定垂直高度液柱产生的压力与被测压力平衡的原理测量压力。2）弹性压力计：利用弹性材料在压力的作用下产生弹性变形的原理测量压力。3）电气式压力计：将被测压力转换为电信号进行测量。4）活塞式压力计：利用活塞及标准质量重物的重力在单位底面积上所产生的压力，通过密封 液的传递与被测压力平衡的原理测量压力。（2）弹性压力计在火电厂中应用最为广泛。 当有压力的流体作用于有确定受压面积的弹性元件时，弹性元件就受到与被测压力成正比的 力而变形，在比例极限内，与变形相应的弹性力平衡了作用力时，所达到的变形可以反映被 测压力，这就是弹性压力计的工作原理。1）弹性元件的种类 弹性元件是弹性压力计的感受件，主要有弹簧管、膜片（膜盒）及波纹管三种。 弹簧管。弹簧管是一种横截面积为椭圆或扁圆形的空心薄壁管，外形有各种形状。应用最多 的是单圈c形弹簧管，其圆弧角一般为270左右。除单圈弹簧管外还有盘旋形、螺旋形及s 形等多圈弹簧管，如图26所示。弹簧管的开口端固定在仪表接头座上，称为固定端。压力信号由接头座引入弹簧管内。弹簧 管另一端封闭，称为自由端。当被测压力引入弹簧管后，自由端将产生相应的位移，此位移 通过与弹簧管铰连的连杆传递给仪表的放大指示机构。弹簧管的材料一般为黄铜、磷青铜、铍青铜及镍铬不锈钢等。 波纹管。波纹管是一种带波纹的薄壁圆筒，一端开口并固定于仪表基座上，为固定端；另一 端封闭，为自由端。具体构造如图 2-7 所示。使用时，压力信号引入筒内或筒外，前者使 波纹管受拉，后者使波纹管受压，因而都将使自由端产生轴向位移。常用波纹管直径多为7150mm,管壁厚度为0. 080. 3mm。由于波纹管本身刚度较小， 通常与螺旋形弹簧组合使用。组合使用时，被测压力主要由弹簧的弹性反力平衡，波纹管只 起隔离介质的作用。组合使用可以改善弹性元件的输出特性，如减小迟滞时间，增大线性区， 扩大仪表量程等。在波纹管材料比例极限范围内，波纹管自由端的轴向位移AL与被测压力呈线性关系，过大 压力作用将使其刚度增大而呈现非线性。一般波纹管的工作行程乩应控制在510mm之 内。波纹管的材料与弹簧管相同。波纹管刚度较小，一般用于测量1 MPa .以下的低压及真 空。膜片：膜片是一种圆形弹性薄片，分为平膜片及波纹膜片两种。波纹膜片上面压有一些环形 波纹，其挠度（膜片中心位移量）比平膜片大 12 倍，所以日前大多采用波纹膜片。波纹膜 片的波纹形状有梯形波形、锯齿波形及正弦波形三种，具体结构如图28所示。实验证明， 波纹形状，特别是波纹高度H与膜片厚度h之比（H/h）,对膜片输出特性有较大影响o H/ h大，则输出特性线性较好。使用膜片时，膜片圆周边缘两侧被压力容室固紧，上下隔离， 其上下为两个独立的容室，被测压力由一侧容室引入，使膜片中心产生位移。膜片一般由黄 铜、铍青铜、磷青铜及不锈钢制造，称为金属膜片。也可以用橡胶或涂胶纤维织物制成，非 金属膜片一般和弹簧组合使用，由弹簧承受压力，膜片仅起隔离介质的作用。膜盒。将两片膜片的圆周边缘对焊起来就构成膜盒，压力信号由一片膜片的中心开孔引入， 输出信号为另一膜片中心的位移，其形状如图29 所示。膜盒的中心位移量在相同压力情 况下比膜片大，因此灵敏度较膜片高。2）弹簧管压力表 在压力或真空作用下，产生弹性变形引起管端位移，通过机械放大机构带动指针在刻有法定 计量单位的分度盘上指示出被测压力或真空值。弹簧管压力表可用于测量一o. 1lOOOMPa 的压力。（3）压力测量仪表的安装 压力测量系统由取压口、压力信号导管、压力表及一些附件所组成，各个部件安装正确与否， 对测量精确度都有一定影响。1）取压口的形状与位置 取压口是被测对象上引取压力信号的开口。取压口本身不应破坏或干扰流体的正常流束形 状。为此，取压口孔径大小、开口方向、位置及孔口形状都有较严格的要求。 取压口处理原则：取压口的直径不宜过大，特别对于小管径管道的测压；取压口轴线最好与 流束垂直；孔径不能有毛刺或倒角。2）取压口位置选择原则：取压口不得选择在管道弯曲、分叉及流束形成涡流的地方；当管道 中有突出物（如温度计套管等）时，取压口应取在突出物的来流方向一侧（即突出物之前）；取 压口处在管道阀门、挡板之前或之后时，其与阀门、挡板的距离应大于2D及3D（D为管道 直径）。3）取压口的开口方位原则：流体为液体介质时，取压口应开在管道横截面的下侧部分，以防 止介质中析出的气泡进入压力信号管道，引起测量的迟延，但也不宜开在最低部，以防沉渣 堵塞取压口；如果介质是气体，取压口应开在管道横截面的上侧，以免气体中析出的液体流 入压力信号管路，产生测量误差，但对于水蒸气压力测量，由于压力信号导管中总是充满凝 结水，所以应按液体压力测量办法处理。安装压力表的地点除应便于观测之外，还应便于进 行压力信号导管的定期冲洗及压力表的现场校验，因此一般应设置三通阀。在靠近压力表处， 一般还应装设 U 形管或盘形管，以聚集一些冷凝介质，防止高温介质直接进入弹性元件， 使元件损坏。对过分脏污或高黏度的介质测量，应设置隔离容器，以保护压力表。三、流量测量仪表 流量是指单位时间内通过管道某一横截面的流体的数量，也称为瞬时流量。当流体的数量用 质量表示时，称流量为质量流量qm,单位为kg/s或kg/h；当流体的数量用体积表示时.称 流量为体积流量qv,单位为m3/s或m3 / h。质量流量与体积流量之问的换算关系为 qm=pqv（2一3）式中p被测介质的密度，kg/m3。某一时间间隔内，流过管道某一横截面的流体数量称为累计流量或称为总（流）量。与流量相 对应，有累计质量流量Qm=j0t qm dt和累计体积流量Qv=j0t qv dt之分。1、流量计的分类(1) 速度式流量计 速度式流量计以测量流体在管内的流速作为测量依据，属于这一类的仪表很多。1) 叶轮式流量计：叶轮被流体冲转，其转速与流体的流速成正比。特点是：简单可靠、精确 度高、测量范围大、灵敏、耐压、信号能远传，但寿命短。2) 涡轮式流量计：涡轮被流体冲转，其转速与流体的流速成正比。特点是：简单可靠、精确 度高、测量范围大、灵敏、耐压、信号能远传，但寿命短。3) 转子流量计：又称罗托计，它由一垂直安装的锥形管和管内的转子两部分组成，流体从下 至上流过锥形管，当流体流过管内壁与转子之间的环形空间时，对转子产生一个向上的顶托 力.从而使转子上升，锥形管内壁与转子之间的环形面积增大.与此同时差压)下降。当 转子本身重力与流体对转子的顶托力相平衡时，转子将稳定住某一位置，此位置与流体流量 有关。在流量计的结构一定、流体一定的条件下，流量与转子上升的高度呈单值函数关系， 由此即可测量流量的大小。转子流量计具有结构简单、直观、压力损失小、维修方便等特点， 是工业生产中应用较为广泛的一种。4) 靶式流量计：由安装在管道中的一个圆形靶、杠杆系统及测量电路三部分组成。靶式流量 计适用于测量雷诺数较低的黏性流体的流量，因此火电厂中重油等流体的流量常采用靶式流 量计。5) 旋涡流量计：利用流体振荡原理进行测量的仪表。特点是：量程比宽、结构简单、无运动 件、检测元件不接触测量流体，具有测量准确度高、应用范围广、使用寿命长等特点。它可 用于液体、气体、蒸汽的流量测量。6) 旋进式旋涡流量计：利用旋进式的旋涡现象，即绕中心轴涡流的螺旋进动来测量流量。受 到周围约束的漩流在通过截面积扩大的管道时，产生涡流进动现象，其进动的频率与流速成 正比。只用于对气体的测量，测量范围Re=1041O6、马赫数MvO. 12的气体流量。涡流 进动频率为10103HZ，测量准确度为1%，量程比为100： 1。压力损失较大，是旋涡流 量计的510倍。(2) 容积式流量计容积式流量计以单位时间内所排出流体的固定容积V作为测量依据，如椭圆齿轮流量计、 腰轮流量计、刮板流量计。特点是精确灵敏，但结构复杂。腰轮流量计如图212所示，腰 轮的转动由壳体外同轴上的一对啮合齿轮来带动。(3) 差压式流量计 差压式流量计利用节流件前后的压差和流量的关系。(4) 超声波流量计 超声波在流动介质与静止介质中的传播速度不同，其变化量与介质的流速有关。特点属于非 接触式测量，对流场无干扰、无阻力，不产生压损，安装方便，可测量有腐蚀性和黏度大的 流体，输出线性信号。(5) 电磁流量计导电性液体在磁场中运动时产生感应电动势，其值和流量成正比。(6)质量流量计 利用流体在振动管内流动时所产生的与质量流量成正比的科氏力的原理来制成的，如科里奥 利质量流量计。特点是：测量范围大、精度高；测量管内无零部件，可测量其他流量计 难于测量的含气流体、含固体颗粒液体等介质的流量；被测流量不受流体的温度、压力、 密度、黏度等变化的影响，是一种处在发展中的流量测量仪表。2、差压式流量计(1)工作原理 差压式流量计又称节流变压降式流量计，主要由节流装置、压差信号管路和差压计三部分组 成。它的工作原理是：在管道内装入节流件，流体流过节流件时流束收缩，于是在节流件前 后产生差压，对于一定形状和尺寸的节流件，一定的测压位置和前后直管段情况、一定参数 的流体以及其他条件下，节流件前后产生的差压值随流量而变，两者之间有确定的关系。因 此可通过测量差压来测量流量。节流件的形式很多，有孔板、喷嘴、文丘里管等。目前用得 最广泛的节流件是孔板和喷嘴，这两种形式的节流件的外形、尺寸已标准化，并同时规定了 它们的取压方式和前后直管段要求，总称为“标准节流装置”。(2) 差压式流量计适用条件1) 被测流体充满全部管道，并沿着内径不小于50mm的圆形管道流动。2) 流体在管道内的流动是稳定的。3) 被测流体通过节流装置时是单相均质流体，不发生相变和析出杂质。4) 标准节流装置安装在两段内径相同的直管段之间。在节流装置前后的最小直管段长度内， 不得有其他凸出物或肉眼可见的粗糙和不平现象。5) 测量蒸汽流量所析出的冷凝水及灰尘或测量液体流量所析出的气体及沉淀物，既不得聚集 在节流装置附近，也不得聚集在连接管内。(3) 标准节流件及取压装置 1)标准孔板。标准孔板是一块中心开孔的旋转对称体圆盘，其轮廓图如图2-15所示。 标准孔板的进口圆筒形部分应与管道同心安装，其中心线与管道中心线的偏差不得大于 0015Dx(l/卩-1)。孔板的上游端面A的粗糙度要求最大凸凹尺寸不得超过0. 0003d。下游端 面B应与A面平行，其粗糙度较A面低一级。孔板入口边缘G应是尖锐、无毛刺和划痕的 直角。出口边缘H和I要求没有肉眼可见的粗糙不平之处和毛刺。孔板厚度E和圆筒厚度e 都不能过大，要求e=(O. 005O. 02)D，但在卩0. 2时，e应在(0. 0050. 01)D之间， eE0. 05D。斜面角申=30。45。标准孔板在采用角接取压时适用于直径D=501000mm的管道，孔板开孔直径d与管道直 径D之比卩=O. 220. 80，雷诺数ReD=5000107。 标准孔板制造和安装的其他要求是：在各处测量E的结果相差不得超过0. 005D，在各处测e的结果相差不得超过0. 001 D。 孔板必须与管道轴线垂直，其偏差不超过1。若E0. 02D，可以不作圆锥形出口。这样的孔板适于测量双向流动的流体，但这时要求下 游端面的光洁度和边缘尖锐度必须与上游端面的相同。2 )标准喷嘴。标准喷嘴是一个以管道轴线为中心的旋转对称体，由入口收缩部分的两段圆 弧曲面和出口圆筒形喉部光滑连接组成。用于不同管道内径的标准喷嘴，其结构形式是几何 相似的。标准喷嘴可用于内径为50500mm的管道，适用的Re=2xl042x106,直径比 卩=0. 32O. 80。标准喷嘴只能采用角接取压。(4) 标准节流装置的安装要求和管道条件1) 标准节流装置的安装要求： 节流件开孔应与管道同心。节流装置端面应与管道轴线垂直。 节流装置只能安装在直管段内，且节流件前后必须有足够的直管段长度。2) 管道条件：仪表导压管路应能抗侵蚀，一般采用钢管或铜管，其内径应在1215mm之间。管路总长度一般不超过50m,并且不小于3m。若被测介质温度高于100C时，则长度不应 小于 6m。应根据被测介质的压力采用耐压强度足够的仪表管，一般汽水取样多用无缝钢管，测量风量 等微压介质时可用优质瓦斯管。导管敷设完毕后，应作严密性试验或耐压试验。仪表管的装设应保持垂直，或与水平之间的倾斜角度不小于110，整个仪表管路应向 同一方向倾斜；应根据具体情况在表管最高处装设排气门，或在最低处装设放水门。四、物位测量仪表2、各种物位测量仪表的工作原理为：(1) 连通式物位计。它是利用连通管原理制成的直读式仪表，如玻璃管液位计等。仪表读数 直观、准确，但不能直接远传指示。目前，多采用闭路电视将水位显示传送到控制室的电视 显示屏上。(2) 差压式水位计。利用物位高度产生的压力或压差实现物位测量。仪表一般由物位一一差 压转换部件及差压计两部分组成。仪表结构简单。便于远传指示。但因液体介质温度、压力 的变化会影响到物位一一差压转换的单值关系.因此应采取必要的补偿措施。(3) 浮子式物位计。利用浮子浮在液体表面上的高度测量物位。(4) 电量式物位计。利用相应的装置将物位信号转变为电阻、电容、电感等信号来实现物位 测量。如电接点水位计，就是利用汽、水介质的电阻率不同实现水位测量的。该仪表便于实 现信号的远传显示。(5) 声波式物位计。利用物位界面对声波或超声波的反射、遮断等实现物位测量。(6) 光学式物位计。利用物位对光波的遮断和反射原理工作。仪表利用的光源有白炽灯光及 激光等。3、锅炉汽包水位特点及就地式水位计（1）汽包水位的特点1）水位很不平稳。由于各蒸发受热面受热工况的波动，进入汽包的汽水混合物中的汽水比例 不断变化，汽包内部各点压力也处于不断波动状态。因此水面很不平稳，总是上下波动，这 种快速波动，在水位计中不容易反映出来。2）汽水界面不明显。尽管汽包内装有各种汽水分离装置，但汽包水中还是有不少气泡，蒸汽 中也含有不少水滴。特别是在汽水界面附近，由于汽水混合物引入时产生的冲击以及水中气 泡上升积聚到界面破裂时溅起的水滴，使得汽包内实际汽水界面模糊不清。严格地说，汽包 水位只是沿汽包垂直方向上蒸汽湿度变化率最大部位对应的高度。3）沿汽包横向及轴向各处水位不一致。由于汽水混合物引入管口受锅炉本身结构的限制，沿 汽包横向及轴向分布不均匀，因此使得各处水位也不相同。一般沿汽包轴向中间水位高，两 端较低，对于高压锅炉，高差可达100mm以上。沿横向，在上升管较密的一侧，水位较高。4）虚假水位。正常情况下，水位的变化反映了给水量与蒸发量的平衡情况。例如，当给水量 小于蒸发量时，水位下降；给水量大于蒸发量时，水位上升。但是当锅炉蒸汽负荷突然增大 时，由于锅炉热负荷不能及时跟上，汽包内蒸汽压力将下降，使饱和水自生沸腾，水中气泡 量骤增，产生水位涌高的短暂现象（形似开啤酒瓶一样），这种现象与物质平衡原则（即蒸发量 大于给水量时水位下降）相违，因此称这时上升了的水位为虚假水位。当蒸汽负荷突然下降 时，亦会产生暂降的虚假水位。 虚假水位往往引起调节、操作错误，甚至引起事故，故必 须认识其规律，采取相应措施。此外，由于炉水水质变坏，黏度增加，汽水分离效果变差， 泡沫增加，会引起汽水界面模糊（即所谓汽水共腾现象）。因此，正确进行排污，保证炉水品 质，也是保证水位正确测量的关键之一。（2）就地式水位计的基本原理 汽包就地式水位计是监视汽包水位的最可靠仪表，它是利用连通器原理实现测量的直读式水 位计。根据锅炉压力不同，其显示窗可以采用耐温耐压能力较高的平板玻璃（中、低压锅炉 用）、石英玻璃管（中、高压锅炉用）及云母片（高压锅炉用）制作。（3）就地式水位计的测量误差 就地式水位计指示的是重力水位，实际上，由于水位计的散热，水位计内水的密度大于 汽包内水侧汽水混合物的密度，所以水位计中的水位比重力水位还要低。4、差压式水位计差压式水位计由平衡容器、压差变送器和显示仪表组成。平衡容器实际上就是水位传感器， 能将水位信号转换成压差信号，经压力信号导管送至压差变送器成比例地转换成电信号，送 到显示装置或控制器实现水位的显示或控制。（1）平衡容器的工作原理，它的正压头p+从饱和蒸汽侧相连的宽容器中引出，负压头与饱和水侧相连的窄容器中引 出，由于汽包内的饱和蒸汽在宽容器内不断地散热凝结，多余的凝结水进入下降管，容器内 液面总是保持恒定，所以正压头p+基本不变，而负压头p 随汽包内水位H而变化。 (2)差压式水位计存在测量误差的原因 差压式水位计存在测量误差的原因主要有以下两个方面：1) 由于平衡容器的向外散热，凝汽筒内凝结水温度由上至下逐步降低，且温度分布不易确定，2) 汽包压力变化时，会引起p、p发生变化，引起误差。可以通过改进平衡容器的结构、进行自动校正提高其测量的准确度。5、电接点水位计电接点水位计是 20 世纪 60年代发展起来的一种水位计。其突出优点是指示值不受汽包压力 变化的影响，在锅炉起停过程中能准确地反映水位情况，仪表构造简单，迟延小，不需要进 行误差计算和调整，应用十分广泛。(1)工作原理 电接点水位计是利用水及水蒸气的电阻率明显不同的特性来实现水位测量的，它属于电阻式 水位测量仪表。将水位信号转变为一系列电路开关信号，由燃亮氖灯的数量就可以知道水位 的高低。该水位计由水位容器、电接点及水位显示仪表等构成五、氧化锆氧量计1、氧化锆氧量计的原理(1)工作原理 纯净的氧化锆性能受温度的影响较大，不能用于测氧工作。通常在氧化锆中加入一定量的氧 化钙或氧化铱，经高温焙烧而成为性能稳定的萤石型立方晶体，其中含有氧离子空穴，在高 温下是氧离子良好导体，成为固体电解质，当两侧氧的浓度不同时，在氧化锆固体电解质中 产生氧离子的扩散，形成氧浓差电池。2、氧化锆氧量计的安装与调试(1)测点的选择 目前大多数氧化锆氧量计都制造成带有恒温装置的直插型，所以对安装位置温度的要求不太 严格，只要求烟气流动好、操作方便，一般选在过热器后和省煤器之前。第三章 执行机构 执行器(也叫执行机构)是自动控制系统的执行环节，它接受控制仪表或人工给定的控制信 号，将其进行功率放大，并转换为输出轴相应的转角或直线位移，连续或断续地去推动各种 控制机构，如控制阀门、挡板，以完成对各种参量的控制。执行器通常是比例环节。执行器 根据输出位移的不同，分为角位移(角行程)执行器和线位移(线行程)执行器。根据所使用的 能源形式，又可分为气动执行器、液动执行器和电动执行器。第一节 电动执行机构 一、电动执行器采用电源为动力，是目前电厂应用较广泛的一种执行器。电动执行器有下列 特点：1 、采用电源为动力，使用方便，无需特殊的气源和空气净化等装置。电源消失时，能保 持原来位置。2 、可以远距离传输信号，电缆的安装比气管方便，且便于检查。3、可以很方便地和计算机连接，而且本身也可智能化 （内装微处理机），智能电动执行机 构是将来的发展方向。4、体积小，推力较大，定位准确度高，反应速度快，滞后时间短。电动执行机构的缺点 是结构复杂，价格较高，不适用于防火防爆场合，易损害设备或阀门。二、电动执行机构的发展 电动执行器主要是在 DDZ 型电动单元组合仪表的执行单元的基础上发展而来，电动执行器 输出轴的运动方式有两种：角行程（DKJ型角行程执行器）和直行程（DKZ型直行程执行器）。 下面以DKJ型电动执行机构为例介绍电动执行器的原理。电动执行机构在自动控制系统中，接收来自控制仪表（或单元）的自动控制信号（42OmA, DC或010mA, Dc）或来自操作器的远方手动操作信号，并将其转换成相应的角位移 （0。一90。），控制阀门或挡板的开度。第二节 气动执行机构 一、分类气动执行机构与阀门连在一起时，还有一个“气开式”和“气关式”之分。简单地说凡 是执行机构通控制气后，阀门朝开的方向运动的为“气开式”，阀门朝关的方向运动的为“气 关式”。一般选择执行器时应考虑失去控制气压时，运行工况允许是开还是关，来确定选用 “气开” 或“气关”执行器。气动执行器是以压缩空气为能源的执行器。气动执行机构具有结构简单、工作安全可靠、价 格便宜、维护方便、运行平稳、不损坏阀门、负载能力大、天然防火防爆等优点。2、电信号气动长行程执行器 电信号气动长行程执行机构是以干燥、清洁的压缩空气为动力能源的一种电气复合式执行 机构。它可以方便地与电动控制仪表配套使用，接收电动控制仪表或人工给定的420mA、 DC（或010mA、DC）输入信号，输出与输入信号成比例的角位移（090）,以一定转矩推 动控制机构（风门、阀门、挡板）动作。为适应控制系统的要求，气动执行机构还具有一些附 加功能，如三断（断气源、断电源、断电信号）自锁保护功能、阀位移电气远传功能等。电信 号气动长行程执行机构主要由电气阀门定位器、阀位传送器、三断自锁装置、手操机构等 部分组成如图238所示。阀位传送器的作用是将气动执行器的输出轴的转角线性地转换成 420mA、 Dc 信号，用以指示阀位，并实现系统的位置反馈。三断自锁装置的作用是气动 执行器在工作气源中断、电源中断、电信号中断时，通过气锁方式使执行器的输出轴转角保 持在原来的位置上。手操机构的作用是当切换机构转到手动位置时，通过执行器上的手轮可 以改变输出轴的转角。电气阀门定位器完成电信号向角位移信号的转换。第三节 液动执行机构 液动执行器是以液体（大多采用高压油）为能源的执行器，它能够输出较大功率的信号。目前 在火电厂中液动执行器主要用在汽轮机数字电液调节系统（DEH）中。汽轮机数字电液调节系 统的执行器的功能是把来自DEH的电信号转变成油动机的机械位移，所以也称其为电一液 伺服执行机构。执行机构根据输出信号的不同分为控制型和开关型，控制型执行器能够根据 输入信号的大小不同输出对应一定阀门开度的信号。而开关型执行器则根据输入信号的正负 发出开启或关闭阀门的信号。高中压调门执行器属于控制型的执行器，高中压主气门执行器 属于开关型的执行器。第四节 智能执行机构 智能执行机构是在执行机构中加入单片机系统实现执行机构的数字化、智能化。因而智能执 行机构除具有普通执行机构的功能外，还具有自诊断、保护、阀门流量特性修正和PID运 算等多项功能。一、角行程电动执行机构角行程电动执行机构接受统一的标准信号（420mA, DC），经过处理后将其转化成具有一 定输出扭矩的角位移。它由结构上相互独立的伺服放大器（控制部分）和执行机构（执行部分） 两大部分组成。执行机构主要包括伺服电动机、减速器、位置发送器等部分。减速器中采用 蜗杆蜗轮传动，能够保持电动执行机构当前位置自锁。位置发送器采用导电塑料电位器作为 位置传感元件，取代了差动变压器式的位置发送器，这种新型的位置发送器准确度高，寿命 长。第五节 电动阀门 在火电厂中，电动阀门作为电厂开关量控制的执行机构。电动阀门是由阀门电动装置和阀门 共同构成的统一体，所以它除了必须满足生产过程对于阀门的要求外，还必须满足生产过程 对于电动装置的要求。配用阀门电动装置的阀门主要有闸阀、截止阀、蝶阀和球阀等。闸阀的启闭件是闸板形的， 闸板沿着与流体流向相垂直的方向作直线运动，截断或开启流体流动的通道。它是电厂中大 口径管道（直径大于lOOmm）上使用的主要阀门。截止阀的启闭件是塞形的阀瓣，阀瓣沿着 与流体流动的方向（垂直于管道）作直线运动，截断或开启流体流动的通道，电厂中直径在 100mm以下的管道几乎全部采用截止阀。蝶阀的启闭件是圆盘形的蝶板，蝶板围绕阀座内 的轴旋转开启和关闭阀门，从阀门全开到全关蝶板的旋转角度小于90，蝶阀不适用于高温 高压介质。球阀是一种最新型的阀门，它和旋塞阀属于同一类型的阀门。球阀的启闭件是一 个有孔的球体，球体以阀体中心线为轴做旋转运动，来截断或开启流体流动的通道。阀门从 全开到全关，阀杆的旋转角度为90球阀可适用于高压，但工作温度有一定限制。 各类阀门开启或关闭位置的定位方式 （即开启到位或关闭到位）对于阀门电动装置的选择以 及控制电路的功能设计有很大影响。通常开启位置的定位全部采用行程整定。对于关闭位置 的定位，采用转矩整定的阀门有强制密封闸阀、截止阀和非密封蝶阀，采用行程整定的阀门 有自动密封闸阀、球阀和非密封式蝶阀。阀位测量机构的作用是以模拟量的形式提供阀门的 位置信号，在电动装置本体上有机械式指示信号，也可利用电位器远传电气信号。手电动 切换机构通常是半自动切换机构，即人工把切换机构切到手动，使用手轮操作电动阀门；电 动机旋转切换机构自动切回电动方式。操作手轮的作用是当电动切换机构切到手动时，用来 进行手动操作。行程控制机构用来整定阀门的启闭位置。当阀门开度达到行程控制机构的整定值时，它将推 动行程开关，发出信号给控制电路去切断电动机的电源。行程开关还可以发出信号供给其他 自动装置，例如程序控制装置使用。转矩限制机构用来限制电动机装置的输出转矩，当转矩 达到转矩限制机构的整定值时，此机构推动转矩开关，发出信号给控制电路去切断电动机的 电源。