热工测量仪表
热工仪表基础知识
热工仪表基础知识1.什么是测量？什么是热工测量？什么是热工测量仪表？答：测量就是通过实验的方法，把被测量与其所采用的单位标准量进行比较，得出被测量数值的过程。
热工测量就是在火力发电厂热力生产过程中对各种热工参数（如温度、压力、流量、液位等）进行的测量方法和过程。
热工测量仪表是指用来测量热工参数（如温度、压力、流量、液位等）的仪表。
2.热工仪表是由那几部分组成的？答：热工测量仪表是由传感器、变换器、显示器三大部分组成。
传感器是指将被测量的某种物理量按照一定的规律转换成能够被仪表检测出来的物理量的一类测量设备。
也称感受件，一次仪表。
变换器的作用是将传感器输出的信号传送给显示器。
也称连接件，中间件。
显示器的作用是反映被测参数在数量上的变化。
也称显示件，二次仪表。
3.按显示功能热工仪表分为那几类？答：按结构形式热工仪表分为：（1）指示仪表；是通过仪表的标尺和指针或液面、光点等的相对位置来显示被测参数瞬时值的显示仪表。
（2）记录仪表；能把被测量的瞬时值记录下来的仪表。
（3）信号仪表；能把被测参数是否超越允许值进行灯光、音响报警的仪表。
（4）调节仪表；除显示被测参数外，还可以进行调节参数的仪表。
（5）累积仪表；是对被测量进行累积叠加的仪表。
4.什么是示值的绝对误差？示值的相对误差？示值的引用误差？答：示值的绝对误差是指仪表的指示值（被校仪表的读数值）x与被测量的真实值（标准仪表的读数值）x0之间的代数差。
示值的绝对误差＝x －x 0示值的相对误差是指示值的绝对误差与被测量的实际值之比。
示值的相对误差＝%10000⨯-x x x 示值的引用误差是指示值的绝对误差与该仪表量程范围之比。
以百分数表示。
示值的引用误差＝%100程下限仪表量程上限－仪表量0⨯-x x 5. 什么是仪表的基本误差？什么是仪表的测量误差？答：在规定的技术条件下，将仪表的示值和标准表的示值相比较，在被测量平稳地增加和减少的过程中，在仪表全量程取得的诸示值的引用误差中的最大者，称为仪表的基本误差。
热工测量及仪表基本知识 重点
热工测量●热工测量：是指压力、温度等热力状态参数的测量，通常还包括一些与热力生产过程密切相关的参数测量，如测量流量、液位、振动、位移、转速和烟气成分等。
●测量方法：按测量结果获取方式：直接、间接测量法；按被测量与测量单位的比较方式：偏差、微差、零差测量法；按被测量过程中状态分：静态、动态测量法。
●热工仪表组成：感受件，传送件，显示件。
●仪表的质量指标：准确度、线性度、回差、重复性误差、分辨率、灵敏度、漂移。
●热力学温标所确定的温度数值称为热力学温度也称绝对温度，用符号T表示。
单位为开尔文，用K表示。
●测量方法分类：接触式测温方法：膨胀式液体和固体温度计、压力式温度计、热电偶温度计和热电阻温度计、热敏电阻温度计。
非接触式测温方法：光学高温计，光电高温计、辐射温度计和比色温度计。
温度测量部分接触式测温（1）热电偶温度计①标准化热电偶：工艺上比较成熟，能批量生产、性能稳定、应用广泛，具有统一分度表并已列入国际和国家标准文件中的热电偶。
②非标准化的热电偶：进一步扩展高温和低温的测量范围；但还没有统一的分度表，使用前需个别标定。
●热电偶温度计：由热电偶、电测仪表和连接导线组成。
标准化热电偶-200~1600℃；非标准化热电偶-270~2800℃。
①测温范围广，可以在1K至2800℃的范围内使用；②精度高；③性能稳定；④结构简单；⑤动态特性好；⑥由温度转换的电信号便于处理和远传。
·8种标准化热电偶：S型、R型、B型、K型、N型、E型、T型、J型·四类非标准化热电偶：贵金属、贵—廉金属混合式、难熔金属、非金属●热电偶测温原理：热电效应：两种不同成分的导体（或半导体）A和B的两端分别焊接或绞接在一起，形成一个闭合回路，如果两个接点的温度不同，则回路中将产生一个电动势，称之为热电势，这种效应称为热电效应。
●热电偶的基本定律：均质导体定律、中间导体定律、连接温度（中间温度）定律。
①均质导体定律：由一种均质导体所组成的闭和回路，不论导体的截面积如何及导体各处温度分布如何，都不能产生热电势。
热工仪表基础知识
第一章 热工仪表概述
热力生产过程中对各种热工参数，如温度、 压力、流量、液位、物位及位移等状态参 数的测量称为热工测量。实现热工测量所 使用的工具称为热工仪表。 热工测量及仪表不仅在火电厂热力生产过 程中占有重要地位，在化工、石油、冶金 等工业部门及科学研究中也都不可缺少。
第一章 热工仪表概述
第二章 温度测量及仪表
华氏温标（oF）规定：在标准大气压下，冰的熔点为32 度，水的沸点为212度，中间划分180等分，每第分为报 氏1度，符号为oF。 摄氏温度（℃）规定：在标准大气压下，冰的熔点为0 度，水的沸点为100度，中间划分100等分，每第分为报 氏1度，符号为℃。
热力学温标又称开尔文温标，或称绝对温标，它规定分 子运动停止时的温度为绝对零度，定义为水三相点的热 力学温度的1/273.16,记符号为K。
1、为了使热电阻的测量端与被测介质之间有充分的热 交换,应合理选择测点位置,尽量避免在阀门,弯头及管道 和设备的死角附近装设热电阻. 2、带有保护套管的热电阻有传热和散热损失,为了减 少测量误差热电阻应该有足够的插入深度:
三、热电阻温度计
(1)对于测量管道中心流体温度的热电阻,一般都应将其测量端插入到管 道中心处(垂直安装或倾斜安装).如被测流体的管道直径是200毫米, 那热电阻插入深度应选择100毫米;
○3四线制：在热电阻的根部两端各连接两根导线的方式称为四线 制，其中两根引线为热电阻提供恒定电流I，把R转换成电压信号U， 再通过另两根引线把U引至二次仪表。可见这种引线方式可完全消 除引线的电阻影响，主要用于高精度的温度检测。
三、热电阻温度计
对热电阻的安装,应注意有利于测温准确,安全可考及维 修方便,而且不影响设备运行和生产操作.要满足以上要 求,在选择对热电阻的安装部位和插入深度时要注意以下 几点:
热工测量仪表的选择与精度分析
热工测量仪表的选择与精度分析摘要：热工参数的准确测量是保证热工设备安全经济运行的基础条件，正确的使用热工测量仪表则是保证测量准确度的基础，一些企业一般由于选择仪表不当而发生测量的问题，甚至会导致有些热工设备无法安全、稳定的运行。
本文针对热工参数测量中关于仪表的选择提出了选择时需要秉承的原则，同时结合实例，探讨应该如何根据被测量范围以及测量精度的要求来选择仪表的精度与量程，并且分析在仪表选择上需要注意的问题。
关键词：热工测量仪表；选择方法；精准度分析热工仪表的选择的原则为：根据被测对象来选择相应的仪表类型；根据被测量范围和对测量精度的要求来选择仪表的精度和量程。
测量仪表选择上出现问题最多的就是关于精度和量程的选择，一般无法根据生产工艺对测量精准度的要求来进行仪表精度的选择，分析原因，是因为对测量精度和仪表精度的概念缺乏足够的认知，导致两相混淆，因此则出现了“生产工艺要求测量精度达到1.5级则选择1.5级测量仪表”的情况，但实际上，仪表的选择无法单一的通过测量精度来选择，同时要保证热工参数测量结果的准确度，不仅要选择正确的仪表，还要注意监测点的合理分配以及仪表的正确安装，其中仪表正确安装是基础工作，否则就算监测点分配再合理、仪表安装和应用再准确也无法保证热工参数测量结果的准确度。
一、仪表精度、测量精度与误差对于某热工参数测量要求的准确度主要通过测量精度来表示。
比如说，要求的测量精度为1.5级，那么就要求在测量时的相对误差不可超过±1.5%，测量精度一般是用户根据生产工艺的要求来确定的。
仪表的精度这是根据国家统一规定的允许误差来划分的，某个精度仪表的误差表示在正常使用的情况下，国家规定的这一类仪表允许的最大误差，通常用%来表示，比如说，精准等级为1级的仪表，允许误差不可超过±1%，在该仪表进行测量的时候，全程范围中得到各个指示值的允许误差也不能超过1%，一旦超过那么就评判为不合格产品或非1.0级精度的仪表。
热工测量及仪表基础知识
常用工业热电阻包括：铠装热电阻、装配热电阻、防爆热电阻
热电运行部
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2.2.1火电厂中热电阻测温的具体应用
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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。
热电运行部
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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。
具体体现 1. 锅炉过热器的温度非常接近过热器钢管的极限耐热温度，如果温度控制不好，会烧坏过热器。 2. 在机组启、停过程中，需要严格控制汽轮机气缸和锅炉汽包壁的温度，如果温度变化太快，气缸和 汽包会由于热应力过大而损坏。 3.蒸汽温度、给水温度、锅炉排烟温度等过高或过低都会使生产效率降低，导致多消耗燃料，而这些 都离不开对温度的测量。
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。
热电运行部
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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
（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。
热工测量仪表的校验
3.示值校验方法（续）
（2）标准物质法：利用某些参考物质标准状态校验仪表。
特点：精确度高，灵活性差，测量环境和测量条件对参考 物质有影响。
防止参考物质“污染”
讨论
• 如何考虑标准仪表的误差？
通常如果标准仪表的允许误差小于被校仪表的三分之 一，量程等于或略大于被校仪表的量程，则可以忽略标准 仪表的误差。 • 如何保证标准仪表和被校仪表测量的是同一被测参数？
（2）内部机件性能检查－仪表装配 牢固，不得有影响计量性能的锈蚀、 裂纹等缺陷。
（3）绝缘性检查－仪表耐磨损，抗酸和碱性物质腐蚀。
（4）示值校验
3.示值校验方法
按照产生标准量值，即约定真值的方式-
（
括零点及满刻度点在内的至少五个被校表上的整数刻度点 （即校验点），用标准仪表与被校仪表同时测量同一被测 参数，以标准仪表的示值作为约定真值，确定被校仪表各 校验点的误差；如果各校验点的误差不超过仪表的允许误 差，则被校仪表视为合格。
创造一个均匀稳定的测量环境，精心设计和制作产生 被测参数的设备，校验时严格按照设备的技术要求正确使 用。
讨论：如何判断测量仪表是否合格？
• 仪表的基本误差小于或等于仪表的允许误差。 • 仪表的变差小于或等于仪表的允许误差。 • 仪表标尺上的分格值大于仪表允许误差的绝对值；仪表分
辨率的数值小于或等于仪表允许误差绝对值的一半。
例4：某压力表，测量范围为0~25MPa，精确度等级1.0， 仪表的标尺总角度为2700。经校验结果如下表所示，试 求： （1）各点示值的绝对误差。 （2）仪表的基本误差。 （3）仪表的变差。 （4）仪表的平均灵敏度。 （5）判断仪表是否合格。
被测压力 正行程示值 反行程示值
0 5 10 15 20 25 0 4.9 10.2 15.1 19.9 24.9 0.1 4.7 10.1 14.8 19.8 25.0
热工仪表知识
粘度、易燃易爆程度等； 必须注意仪表安装使用的现场环境条化，如环境温度、电
磁场、振动等。
压力计的选用
高炉料罐压力使用
粒化渣冷水池使用
喷煤车间废气压力使用
高炉除尘液压站使用
压力变送器接线图
第三章 流量测量仪表
涡街流量计与差压流量计测量饱和蒸汽流量对比：
用标准孔板流量计来测量饱和蒸汽流量较为普遍，但存 在一些不足之处：其一，压力损失较大；其二，导压管、 三组间及连接接头容易泄漏；其三，量程范围小，一般为 3比1，对流量波动较大易造成测量值偏低。
而涡街流量计具有结构简单，涡街变送器直接安装于管 道上，克服了管路泄漏现象。另外，涡街流量计的压力损 失较小，量程范围宽，对饱和蒸汽测量量程比可达30比1。 因此，随着涡街流量计测量技术的成熟，涡街流量计的使 用越来越受到人们的青睐。
一体式电磁流量计
分体式电磁流量计（高炉工业水 流量计）
电磁流量计接线图
第六节：阿里巴流量计
阿里巴流量计(又称笛形均速管流量计)是根据皮托管测速原理发展起来的一 种新型差压流量检测元件。具有根据空气动力学设计，可大大降低传感器 处流体分离产生的误差，在同类产品中可达到更高精度，性能更加优于传 统的流量仪表。
一体化差压式流量计（喷煤车 间N2总管流量计）
流量孔板（高炉炉顶氮气总 管流量计）
第三节：转子流量计
浮子流量计,又称转子流量计,是变面积式流量计的一种,在一根由 下向上扩大的垂直锥管中,圆形横截面的浮子的重力是由液体动力 承受的,浮子可以在锥管内自由地上升和下降。在流速和浮力作用 下上下运动，与浮子重量平衡后，通过磁耦合传到与刻度盘指示 流量。一般分为玻璃和金属转子流量计。金属转子流量计是工业 上最常用的，对于小管径腐蚀性介质通常用玻璃材质，由于玻璃 材质的本身易碎性，关键的控制点也有用全钛材等贵重金属为材 质的转子流量计。
常见热工机械量测量仪表的测量对象
常见热工机械量测量仪表的测量对象摘要：1.热工机械量测量仪表的概述2.常见热工机械量测量仪表的种类3.各种热工机械量测量仪表的测量对象4.测量对象的特点及选择原则正文：一、热工机械量测量仪表的概述热工机械量测量仪表是一种用于测量热力学量的设备，广泛应用于工业生产、科学研究等领域。
它能够测量各种热工机械量，如温度、压力、流量、速度等，为工程技术人员提供关键的数据支持。
二、常见热工机械量测量仪表的种类1.温度测量仪表：如热电偶、热电阻、红外测温仪等；2.压力测量仪表：如压力表、传感器等；3.流量测量仪表：如流量计、涡街流量计、浮子流量计等；4.速度测量仪表：如测速仪、激光测距仪等。
三、各种热工机械量测量仪表的测量对象1.温度测量仪表的测量对象：温度测量仪表主要用于测量物体的温度，适用于各种温度范围内的测量，如高温、低温等。
2.压力测量仪表的测量对象：压力测量仪表主要用于测量流体或气体的压力，可以测量静压、动压等。
3.流量测量仪表的测量对象：流量测量仪表主要用于测量流体或气体的流量，适用于各种流速、压力等条件下的测量。
4.速度测量仪表的测量对象：速度测量仪表主要用于测量物体的运动速度，适用于各种运动方式的物体测量。
四、测量对象的特点及选择原则1.测量对象的特点：不同的测量对象具有不同的物理性质和特征，如温度、压力、流量等，这些特征决定了测量仪表的性能和技术要求。
2.选择原则：选择热工机械量测量仪表时，应根据实际测量需求、测量对象的特点以及测量范围、精度等因素进行综合考虑，以确保测量结果的准确性和可靠性。
总之，热工机械量测量仪表的测量对象涵盖了温度、压力、流量、速度等多个方面，为工程技术人员提供了丰富的测量手段。
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• (2) 间接测量法，即利用被测量与某些量有确知的函数 关系，用直接测量法测得这些有关量的数值，代入已知 的函数关系算出被测量的数值。例如，通过测量导线电 阻、长度以求出电阻率，节流装置通过测量差压、温度、 压力从而测出流量等。
• (3)组合测量法，当被测量与直接测量的一些量不是一 个函数关系，需要求解一个方程组才能取得时即为组合 测量。
（俄国）有一句名言： “没有测量，就没有
西门子（德国）
科学。”
• ５月２０日 • “世界计量日”
1.1.4测量的构成要素 包括（1）测量对象与被测量； （2）测量环境； （3）测量方法； （4）测量单位； （5）测量资源； （6）数据处理与测量结果
例：曹冲称 象
方法：?
装置：船、石头、小秤； 检查、测量，从而得到：
• 随机误差 在同一测量条件下，多次测量同一被测 量时，误差的数值大小在一定范围内随机变化，符 号的变化也不可预见，这就称为随机误差。随机误 差也叫偶然误差。
随机误差是由于测量过程中许多独立的、微小的 偶然因素(如仪器仪表中传动部件的间隙和摩擦，振 动或冲击等干扰、温度或湿度变化干扰、交流电源 或电磁场变化等)所引起的综合结果，表现为具有随 机性，随机误差使得测量数据存在分散性。大多数 情况下，随机误差的统计特性服从正态分布，另外 还有三角分布、梯形分布、均匀分布
◇相对误差 有3种表示方法
（1）实际相对误差
（2）标称相对误差
（3）引用相对误差
实
x
100%
标
x x
100%
x 100 %
xFS
xFS xmax xmin
（4）最大引用误差：也称为测量系统的基本误差， 所有测量值中最大绝对误差的绝对值与量程之比 的百分数。 Nhomakorabeax
max
m ax 100% xFS
• 粗大误差 明显歪曲了测量结果的异常误差称为 粗大误差。含有粗大误差的测量值属于错误的测 量值，一般称为坏值，正常的测量结果中不应含 有坏值，应根据统计检验方法的某些准则判断哪 个测量值是坏值，然后从测量数据组中加以剔除。
粗大误差产生的原因可能是由于人为的操作失 误，包括观测者粗心大意导致操作不当或读数错 误等。另外，测量设备突然出现异常或测量条件 的突然变化引起仪器产生不易察觉的故障，以及 异常的或很大的外界干扰等因数都可能导致粗大 误差。
一般而言，对于测量结果的处理，首先是判断 并剔除粗大误差，接下来，研究的误差项通常只 有系统误差和随机误差两种，所以在评价测量结 果时就常采用系统误差与随机误差来衡量。
1.4.3 误差的表示方法
分为绝对误差和相对误差两种 ◇ 绝对误差
绝对误差只能反映误差的大小，不能反映 仪表的准确程度
x x
1.4.2 测量误差的分类
根据测量误差的性质及产生的原因，测量误差可以分为3大 类：
A 系统误差 B 随机误差 C 粗大误差
• 系统误差 在同一测量条件下，对同一被测参数进行多次重 复测量，误差的数值大小和符号都相同或按照某个确定规律 变化，此种误差称为系统误差。
一般可以通过实验的方法找到系统误差的变化规律及产生 的原因，并对测量结果加以修正，或者采取一定的措施，如 改善测量条件和改进测量方法等，使系统误差减小或消除， 从而得到更加准确的测量结果。
掌握：
测量的基本概念；误差分类；仪表的组成及其性能指标； 仪表的基本误差和允许误差；仪表的引用误差；仪表的精 度等级。
了解：
检测技术与仪表的作用及发展； 测量的不确定。
第1章 绪论
• 1.1 测量的基本知识 • 1.1.1测量的概念
借助专门工具、通过实验和对实验数据 的分析计算，求得被测的量。 比较：将被测量和标准量进行比较。
如测量某电阻的温度系数，其电阻值与温度的关系为：
Rt =Ro(l+At+Bt2)，
式中Rt是温度为toC时电阻的数值，可以直接测得；温度 t也可直接测得。要取得系数A和B，需要解一个二元一 次方程组。
• 1.3测量分类 1 静态测量和动态测量； 2 等精度测量和不等精度测量； 3 电量测量和非电量测量； 4 工程测量与精密测量
定性、定量的结果。
• 1.2 测量方法 直接测量法、间接测量法、组合测量法
测量方法的分类有许多种，按如何取 得测量结果进行分类有：
• (1）直接测量法，就是将被测量直接与所 选用的标准量进行比较，或者用预先标定 好的测量仪表进行测量，从而直接得出测 量值的方法。如用钢卷尺测长度，用玻璃 管水位计测水位等。
热工测量仪表 张华 赵文柱编著
主讲：丁燕鸿
课程要求
• 本课程应在掌握：热工仪表基础知识、掌 握测量中温度、压力、物位、流量等测量 知识及相关仪表（重点）；尤其温度、压 力测量原理与仪器装置的使用；熟悉热工 显示仪表及仪表装置的安装与故障维修知 识，并有一定的实际动手调试维护能力。
难点：
1. 测量误差的表示形式； 2. 误差产生的原因； 3. 误差的种类。
1.4 测量误差
1.4.1测量误差的基本概念：
• 测量所得的值与被测事物的真实值之间的 差异。
• 在实际测量时，无论什么样的测量仪表， 也不论其质量多高，它的测量结果与被 测量的实际值之间总会存在一定的差值， 这个差值就是误差。
◇误差的定义：测量结果与被测量真值之间的 偏差值。
x x
◇真值μ： 理论真值：有严格定义的理论值； 约定真值：常用多次测量的平均值； 相对真值：高精度仪表测得的结果。
1.4.4 测量误差的主要来源
• (1)设备误差——计量器具本身所具有的误差。 由仪器、 仪表本身及其附件所引入，出于仪器的电气或机械性能 不完善所产生的误差。例如，电桥中的标准电阻、示波 器的探极线等都含有误差。仪器、仪表的零位偏移，刻 度不准确，以及非线性等引起的误差均属于仪器误差。
• (2)方法误差——测量方法不完善引起的误差，又称为理 论误差。是指由于使用的测量方法不完善、理论依据不 严密所产生的误差，即凡是在测量结果的表达式中没有 得到反映的因素，而实际上这些因素又起作用时所引起 的误差。例如，用标准准孔板测量气体流量时没有加上 温压补偿，就会引起测量误差。
根据国际通用计量学基本名词的推荐 “测量是以确定量值为目的的一组操作”。 这里的量值均指物理量而言。
测量是按照某种规律，用数据来描 述观察到的现象，即对事物作出量化描 述。测量是对非量化实物的量化过程。
• 1.1.2测量与检测的联系与区别
• 1.1.3测量的意义
• 著名科学家门捷列夫 • 检测就是去认识——