1、第4章 核電廠過程參數檢測儀表4.1 核電廠過程參數測量的基本要求核電廠過程參數測量的基本要求4.2 溫度測量儀表溫度測量儀表4.3 壓力測量儀表壓力測量儀表4.4 流量測量儀表流量測量儀表4.5 液位測量儀表液位測量儀表4.6設備運行狀態監測儀表設備運行狀態監測儀表4.7 火災探測儀表火災探測儀表4.8 硼酸濃度測量儀表硼酸濃度測量儀表4.1 核電廠過程參數測量的基本要求核電廠過程參數測量的基本要求4.1.1 參數測量的基本概念 測量就是用實驗的方法，把被測量與所選定的測量單位進行比較，求其比值以獲得被測量數值的過程。 測量包括三個要素三個要素： 測量單位 測量工具（儀器儀表與設備） 測量方

2、法（實驗方法）（1）測量儀表的基本組成 敏感元件（傳感器） 變換元件（變換器） 傳送單元 數據處理、顯示記錄單元 4.1 核電廠過程參數測量的基本要求核電廠過程參數測量的基本要求4.1.1 參數測量的基本概念參數測量的基本概念敏感元件敏感元件：直接與被測介質發生關系，在被測介質作用下，敏感元件將產生一個與被測物理量有關的輸出信號。敏感元件的基本要求：敏感元件的基本要求：1) 不影響不影響工藝系統的運行工況和被測介質的狀態;2) 只對被測物理量敏感只對被測物理量敏感,而對其他非被測的物理及干擾信號不敏感;3)敏感元件的輸出與被測物理量的數值具有單值函數關系單值函數關系;4)敏感元件的測量范圍測量

3、范圍應能覆蓋被測物理量的變化范圍;5)在測量范圍內,敏感元件應有較高的靈敏度較高的靈敏度;6)敏感元件應能承受現場環境條件的影響承受現場環境條件的影響,而不喪失其測量功能;7)敏感元件如果直接安裝在工藝系統的設備上,安裝的方式不不得破壞工藝系統的完整性得破壞工藝系統的完整性。4.1.1 參數測量的基本概念參數測量的基本概念變換元件：變換元件：把敏感元件輸出的信號變換成能夠進行顯示或能實現遠距離傳送的信號。變換元件的功能應包括變換元件的功能應包括：1)對不同物理性質的信號進行變換不同物理性質的信號進行變換,例如,大多數把非電量信號變換成電量信號;2)對信號的數值進行變換對信號的數值進行變換,即按

4、一定規律對敏感元件所輸出的信號在數值上進行變換，而不改變信號的物理屬性;3)既實現不同物理性質信號的變換,又同時進行數值變換。 傳送單元：傳送單元：把現場的變換元件輸出的信號遠距遠距離傳送離傳送到使用被測信號的地方。要根據被傳送信號的來確定所用的傳送元件。4.1.1 參數測量的基本概念參數測量的基本概念（2）測量誤差 隨機誤差與系統誤差 隨機誤差隨機誤差是指在相同條件下對同一被測量進行多次測量時,由于隨機不確定因素的影響而使測量結果出現沒有規律且無法估計沒有規律且無法估計的誤差； 系統誤差系統誤差是指在相同條件下對同一被測量進行多次測量時出現的恒定的或按一定規恒定的或按一定規律變化的誤差律變化

5、的誤差。4.1.1 參數測量的基本概念參數測量的基本概念（2）測量誤差 絕對誤差和相對誤差 絕對誤差絕對誤差：測量結果減被測量真實值所得的最大偏差稱為測量的絕對誤差，簡稱誤差。 相對誤差：相對誤差：絕對誤差除以被測量的真值的百分數。max|0 xx%1000 x4.1.1 參數測量的基本概念參數測量的基本概念 有明確的單位，其數值大小與單位相關； 不能確切地反映出測量的精密度和準確度。 相對誤差是個比值，沒有單位常用表示； 能更確切地反映出測量的精確程度反映出測量的精確程度。4.1.1 參數測量的基本概念參數測量的基本概念（3）儀表的精度及測量的不確定性儀表的精度精度：用儀表在滿量程測量時的相

6、對誤差來表示。儀表的精度等級精度等級：相對誤差去掉百分號。測量的不確定性不確定性：用儀表的精度等級和所要求的測量量程來估算。 絕對不確定性和相對不確定性4.1.1 參數測量的基本概念參數測量的基本概念（3）儀表的精度及測量的不確定性 絕對不確定性 V=(a/100)*A相對不確定性 n= (V/V)*100%4.1.1 參數測量的基本概念參數測量的基本概念（4）測量儀表的基本性能要求 1）量程（=|測量上限-測量下限|） 2）靈敏度 儀表輸出信號的變化量與輸入信號的變化量之比。 3）分辨率不能引起儀表輸出發生變化的最大輸入信號與量程范圍的百分比。 4）線性度儀表輸出-輸入特性曲線偏離對比直線的

7、最大偏差與量程的百分比。 5）精度 6）動態特性（上升時間、響應時間、過沖量）4.1.1 參數測量的基本概念參數測量的基本概念（1）核電廠過程參數儀表的功能 信息功能信息功能：監測核電廠的有關參數，實時的提供給操縱員，對數據進行處理和存儲。 控制功能控制功能：包括現場控制、遠距離控制、自動控制反應堆控制包括硼的濃度、控制棒的驅動，過程控制包括熱傳輸的控制、汽機的控制等。保護功能保護功能：出現事故時，保護設備和人員安全，控制輻射對環境的影響。4.1.2 核電廠過程參數儀表的功能和特點核電廠過程參數儀表的功能和特點（2）核電廠過程參數儀表的特點 儀表的安全分級 儀表的量程 儀表的精度 儀表的響應時

8、間 儀表的可靠性 1E級儀表的耐環境能力（K1K2K3）4.1.2 核電廠過程參數儀表的功能和特點核電廠過程參數儀表的功能和特點（1）溫標：溫度的測量單位攝氏溫標：在標準大氣壓下，以水的冰點為0度，水的沸點為100度，兩固定點之間等分100份，每份為攝氏1度，記為1C。（1740年瑞典人攝爾塞斯Celsius）華氏溫標：標準大氣壓下，水的冰點為32度，水的沸點為212度，兩固定點中間等分180份，每份為華氏1度，記為1F。（1714年德國人華倫凱特Fahrenheit）熱力學溫標：以水的三相點作為273.16，再取1273.16定義為1K。4.2 溫度測量儀表4.2.1 溫標和溫度測量方法溫標

9、和溫度測量方法（2）溫度的測量方法 測量物體的溫度是基于物體的某些物理特性隨溫度變化的性質來測量。制作溫度計的原則要求 物質性質只與溫度有關，單值，線性，穩定易復現。 較高的溫度靈敏度 較寬的測量范圍。4.2.1 溫標和溫度測量方法溫標和溫度測量方法體積膨脹式壓力表式熱電偶熱電阻接觸式非接觸式輻射式光電式結構簡單，可靠性好，價格低。有測溫誤差，測溫上限受材料所承受的溫度限制。響應快，對被測對象的干擾小，可測高溫、運動的溫度，精度一般不高。4.2 溫度測量儀表4.2.2 溫度測量儀表溫度測量儀表4.2.2 溫度測量儀表溫度測量儀表4.2.2.1 熱電偶熱電偶 熱電偶是利用物理學中的熱電現象（塞貝

10、克效應1821年）制成的測溫傳感器。當兩種不同材料的導體（或半導體）A和B構成閉合回路時，如果兩個接觸端溫度不同時，回路中將產生電流，這種現象稱為熱電現象熱電現象。相應產生的電勢稱為熱電勢熱電勢，AB構成的閉合回路稱為熱電偶熱電偶.廣泛用于測量1001300溫度 其中T為測量端（熱端、工作端），T0稱為參比端（冷端、自由端）。ABTT04.2.2.1 熱電偶熱電偶 （1）工作原理熱電勢由接觸電勢和溫差電勢組成。1）接觸電勢）接觸電勢設材料中的自由電子密度NA NB。當A和B構成熱電偶時，在接點處A、B材料間電子擴散運動的示意圖如所示。 4.2.2.1 熱電偶熱電偶 接觸電勢的數值可用下式表示：

11、 式中： k波爾茲曼常數1.3810-23 JKT接點溫度e單位電荷數，4.80210-10絕對靜電單位NA、NB導體A、B在溫度T時的自由電子密度 BANNlnekTe)(2）溫差電勢（）溫差電勢（湯姆遜） 溫差電勢是指同種材料導體由于兩端溫度不同產生的熱電勢。假設TT0，溫度高的一側自由電子能量大，因此電子擴散時從高溫端移向低溫端的數量多，返回的數量少。導體回路產生溫差電勢。4.2.2.1 熱電偶熱電偶 溫差電勢的數值： 式中： 湯姆遜系數，表示溫差為1時所產生 的電動勢，它與材料的性質有關。 只與導體性質及溫度有關，與導體長 度、截面積及溫度分布無關。)T(eTe dt )T(e0AAT

12、 T 0）（，0e(T)4.2.2.1 熱電偶熱電偶 3）熱電偶回路的總電勢：）熱電偶回路的總電勢：熱電偶回路總電勢就是溫差電勢與接觸電勢的綜合效應。設TT0，NANB則： T T BABA00B0A0BA,BA,0B0BA,0ABA,BA,)dt-(NN)lnT-(Tek )T(T,e- )T(T,e-)(Te-(T)e )T(T,e)(Te- )T(T,e-(T)eTT,E00）（則回路總電勢：T T BABA00B0A0BA,BA,0B0BA,0ABA,BA,)dt-(NN)lnT-(Tek )T(T,e-)T(T,e-)(Te-(T)e )T(T,e)(Te-)T(T,e-(T)eTT

13、,E00）（ 00TfTf TfTf )(Te-)(Te)(Te-(T)e-(T)e(T)e )(Te-(T)e)(Te-)(Te(T)e-(T)e)T(T,EBAABABAB0A0B0BA,ABBA,0BB0BA,0AABA,0AB4.2.2.1 熱電偶熱電偶 （2）熱電偶的基本定律及其應用 均質導體定律 中間導體定律 中間溫度定律4.2.2.1 熱電偶熱電偶 1） 均質導體定律 均質導體：沿導體長度方向各部分化學成分均相同的 導體。定律：由一種均質導體所組成的閉合回路，不論導體 的截面積如何及導體各處溫度分布如何，都不 能產生熱電勢。作用：熱電偶必須采用兩種不同材質的導體構成（制 造）；若

14、一種導體組成的閉合回路產生熱電 勢，材料非均質（冶煉）； 若材料局部不均勻將產生附加熱電勢（及時檢修，防腐）；推論1：在熱電偶回路中接入中間均質導體，只要接入導體兩端溫度相等兩端溫度相等，則對回路總電勢沒有影響。2）中間導體定律）中間導體定律定律：由不同材料組成的閉合回路中，當各種材料接觸點的溫度都相同接觸點的溫度都相同時，則回路中熱電勢的總和等于零。證明：如圖所示，在電極為AB的熱電偶回路中接入第三種均質導體C，保持C兩端的溫度相等，則回路總電動勢不變，即： CBAT0T )(Tf)(Tf(T)f)T ,T(T,E0CA0BCAB00ABC 0)(Tf)(Tf)(Tf)T ,T ,(TE0C

15、A0BC0AB000ABC )(Tf)(Tf)(Tf)(Tf0BA0AB0CA0BC )T(T,E)(Tf(T)f)T ,T(T,E0AB0BAAB00ABC作用：用儀表測量熱電勢成為可能；且提出了測量接線及環境要求；推論2：如果A、B對C 材料的熱電勢已知，則A、B構成熱電偶的熱電勢為它們對C熱電勢的代數和。作用：只要通過實驗獲得某些電極與標準鉑電極的熱電勢，則其中任何兩個電極配成的熱電偶熱電勢即可通過計算獲得。標準電極定律 )T(T,E)T(T,E)T(T,E0AB0CB0ACACA+CBBTTTT0T0T02）中間導體定律3）中間溫度定律：熱電偶回路中如果熱電極A和B分別與導體A、B相接

16、，接點溫度分別為T、Tn、T0，則回路總電勢等于熱電偶熱電勢和連接導體熱電勢的代數和。 作用：若A，B材料熱電特性在Tn，T0（低溫區）與A、B的熱電特性相同，則可用AB材料代替AB延長熱電偶。ABBATTnT0)T,(TE)T(T,E)T,T,T(T,E0nBAnABn0nAABB兩種均質材料AB構成熱電偶，兩端溫度分別為T，T0，如果有一個中間溫度Tn，則熱電勢不受影響。)T(T,E )T ,(TE)T(T,E)T ,T ,T(T,E0AB0nABnABn0nABBAABTT0圖2.20 中間溫度ABTn,0)(TE-(T,0)E)T(T,E0ABAB0AB寫成特殊形式：作用：已知熱電偶在

17、某一冷端下的分度分度（溫度與熱電勢的對應數據），只要 引入適當的修正就可在另外的冷端下使用。例例K型熱電偶用于測溫，已知參比端溫度25，測得熱電勢20.54mV，問實際測量溫度是多少？解：由已知，E（T，25）20.54mV, 因 E（T，0）E（T，25）+E（25，0） 20.54+1.021.54mV查表，得T521（3）熱電偶的參比端溫度的補償）熱電偶的參比端溫度的補償 )(Tf(T)f)T(T,E0BAAB0AB影響：影響：由 知T0 恒定，EAB與T單值，故需修正。辦法：辦法：首先將冷端延長到一個溫度穩定的地方使用補償導線； 然后再考慮將冷端處理為0（與分度表對應），冷端處理和補償

18、方法：方法：補償導線法 參比端恒溫法 （冰點槽法冰點槽法）計算修正法 冷端補償器法 軟件修正法 補償導線法補償導線法補償導線補償導線：在在 100（或（或200）以下的常溫范圍內，）以下的常溫范圍內，具有與所匹配的熱電偶的熱電勢標稱值相同特性的廉具有與所匹配的熱電偶的熱電勢標稱值相同特性的廉價材料導線。用它連接熱電偶可起到延長熱電偶冷端價材料導線。用它連接熱電偶可起到延長熱電偶冷端的作用。的作用。 延長型補償導線：延長型補償導線：合金絲的化學成分及熱電勢標稱值與配用的熱電偶相同。合金絲的化學成分及熱電勢標稱值與配用的熱電偶相同。 補償型補償導線：補償型補償導線：合金絲的化學成分與配用的熱電偶不

19、同，但熱電勢值在合金絲的化學成分與配用的熱電偶不同，但熱電勢值在100以下以下與配用的熱電偶的熱電勢標稱值相同。與配用的熱電偶的熱電勢標稱值相同。 對補償導線的要求對補償導線的要求： 價格低價格低 與熱電偶配套與熱電偶配套 正負極性不能接錯正負極性不能接錯 與熱電偶的接點溫度相同與熱電偶的接點溫度相同參比端恒溫法參比端恒溫法冰點槽法重點在結構和連線。恒溫箱法：把冰點槽換成恒溫箱。恒溫數值T0 已知。適用于實驗室應用，或校驗精度時使用。冷端補償器法冷端補償器法思路：被測溫度一定時，若冷端溫度升高，則熱電勢下降，反之亦然。若想辦法在熱電偶回路中串聯上一個輸出電壓也跟隨冷端溫度變化，但與熱電勢變化方

20、向大小相等方向相反方向大小相等方向相反，那么總輸出電勢將再不受冷端溫度變化影響。 dcI1實現原理實現原理：直流不平衡電橋，其中固定三個橋臂電阻，另一個橋臂電阻隨溫度變化即可。圖中R1、R2、R3為1歐姆，用錳銅電阻（溫度系數0.00610-3），Rcu為銅電阻（溫度系數4.254.2810-3），設計平衡點1歐姆。補償電勢abU設計平衡點處 0； ab0U)TE(T, UEURcuI1UdaUba T0 上述過程中認為Ucd不變。當冷端溫度偏離設計平衡點時，熱電勢變化方向與Uab變化方向相反從而保證U基本不變（示值不變）。 不同分度號的熱電偶配用不同的冷端補償器（調整電源回路電阻）； 冷端補

21、償器中的銅電阻必須與冷端同溫； 補償范圍有限（一定精度內，一般050）； 極性不能接反； 作用上強制冷端處于平衡點溫度，若平衡點為0可直接用分度表。軟件修正法軟件修正法計算機監控系統中使用的方法。即采集實時的冷端溫度，利用軟件編程實現在線計算并自動查表修正。冷端溫度測量通常采用半導體測溫元件或數字溫度計。 要求：要求：0T)TE(T,0E(T,0)計算修正法：計算修正法：通常冷端溫度已知，并測出時，利用公式得出,0)E(T)TE(T,E(T,0)00中間溫度定律p 熱電偶的分類熱電偶的分類標準化熱電偶標準化熱電偶：工藝成熟，能批量生產、性能穩定、應用廣泛，具有統一分度表并已列入國際、國家標準性

22、文件的熱電偶。 分度號S，鉑銠10鉑，01300分度號R，鉑銠13鉑， 01300分度號B，鉑銠30-鉑銠601300 分度號K，鎳鉻-鎳硅， -2001200 分度號N，鎳鉻硅鎳硅， -2001200 分度號E，鎳鉻康銅， -200760 分度號T，銅康銅， -200350 分度號J，鐵康銅， -40600非標準化熱電偶非標準化熱電偶：對這一類熱電偶的研究還不夠成熟，雖然已有產品，也能夠使用，但還沒有統一的分度表。非標準化的熱電偶發展很快，主要目的是進一步擴展高溫和低溫的測量范圍。貴金屬熱電偶 ， 貴一廉金屬混合式熱電偶， 難熔金屬熱電偶 ，非金屬熱電偶 貴廉（4）常用熱電偶的類型）常用熱電

23、偶的類型p 熱電偶的結構形式熱電偶的結構形式保護套管 普通裝配式熱電偶結構兩電極間電氣絕緣絕緣子電極不受環境有害物質污染一定的剛度和強度測量端與被測對象有良好的接觸緊貼套管端部、插入深度等。要求要求鎧裝熱電偶結構4.2.2.2 熱電阻熱電阻（1）測溫原理）測溫原理 利用導體或半導體的阻值隨溫度變化這一現象測量溫度。（RT特性） 廣泛用于測量-200500溫度 4.2.2 溫度測量儀表溫度測量儀表標準熱電阻標準熱電阻鉑熱電阻（Pt10 ，Pt100 ）銅熱電阻（Cu50 ， Cu100 ）4.2.2.2 熱電阻熱電阻（2）熱電阻類型）熱電阻類型鉑熱電阻特點：特點：測溫范圍：-200850，精度高

24、、穩定性和復現性好，價格高、體積略大。在還原性氣氛中易被污染使鉑絲變脆，所以要加保護套管隔離有害氣體。種類：Pt10：0時10歐姆，用較粗鉑絲繞制，主要用于650以上溫區；Pt100：0時100歐姆，用較細鉑絲繞制，用于650以下溫區；厚膜鉑電阻：鉑漿料印刷在玻璃或陶瓷底板上，再經光刻而成，-70500；核電站用鉑電阻測反應堆冷卻劑環路的熱段、冷段溫度。（2）熱電阻類型）熱電阻類型銅熱電阻：特點：特點：測溫范圍：-50150，溫度特性接近線性，價格低、體積大；溫度稍高易氧化。種類：種類：Cu50和Cu100，0時分別50歐姆和100歐姆：標準熱電阻結構：標準熱電阻結構：（2）熱電阻類型）熱電阻

25、類型熱電阻的引線 電阻體與接線盒中接線端子之間的連接線稱為引線。嚴格要求： 鉑電阻的引線一般用銀線，高溫下用鎳線。引線要求比電阻絲粗，是為了減小引線的電阻。引線要套上絕緣套管。 國產熱阻的引線又二線制、三線制、四線制。 兩線制：存在引出線電阻變化時產生的附加誤差。 三線制：為了減小引線電阻變化引起的附加誤差。 四線制：不僅減小引線電阻的影響，而且減小各部分連接時的接觸電阻及其阻值變化的影響。實驗室精密測量使用。三線制接法：熱電阻與電橋配合使用時，可有效減小連線誤差。平衡電橋原理測電阻：cddabRJ電橋平衡時：r)(RRr)(RRt231r-rRRRRRRrR-r)(RRR212312231t

26、設計時滿足：21RR 上式變成：3tRR 即，溫度變化時調整R3即可使電橋平衡，用可變電阻R3即可刻度Rt同時不受連線電阻影響。 三線制作用明顯！ 所謂壓力就是垂直而均勻地作用在所謂壓力就是垂直而均勻地作用在單位面積單位面積上的力，即物理學中常稱的上的力，即物理學中常稱的壓強壓強。 工程上，習慣把壓強稱為壓力。而差壓是指工程上，習慣把壓強稱為壓力。而差壓是指兩個測量壓力之間的差值，也就是壓力差。兩個測量壓力之間的差值，也就是壓力差。 幾種不同表示方法幾種不同表示方法 絕對壓力：絕對壓力：被測介質作用于物體表面上的全部壓力稱被測介質作用于物體表面上的全部壓力稱為絕對壓力，真空為零點。為絕對壓力，

27、真空為零點。大氣壓力：大氣壓力：由地球表面空氣質量所形成的壓力，稱為由地球表面空氣質量所形成的壓力，稱為大氣壓力。它隨地理緯度、海拔高度及氣象條件而變大氣壓力。它隨地理緯度、海拔高度及氣象條件而變化；化；4.3 壓力壓力測量儀表 表壓力：表壓力：絕對壓力與當地大氣壓之差稱為表壓力，工絕對壓力與當地大氣壓之差稱為表壓力，工程上需要測量的往往是物體超出大氣壓以外的壓力大程上需要測量的往往是物體超出大氣壓以外的壓力大小，因此壓力計的指示值都是表壓力（即通入儀表的小，因此壓力計的指示值都是表壓力（即通入儀表的壓力是絕對壓力，顯示的是表壓力）；壓力是絕對壓力，顯示的是表壓力）； 真空度真空度( (負壓負

28、壓) )：當絕對壓力小于大氣壓力時，表壓力：當絕對壓力小于大氣壓力時，表壓力為負值為負值( (負壓力負壓力) )，其絕對值稱為真空度；，其絕對值稱為真空度； 差壓差壓：任意兩個壓力之差稱為差壓。：任意兩個壓力之差稱為差壓。各種壓力之間的關系各種壓力之間的關系絕對壓力絕對壓力=表壓力表壓力+大氣壓力大氣壓力各種壓力之間的關系此外，工程上按壓力隨時間的此外，工程上按壓力隨時間的變化關系有變化關系有靜態壓力靜態壓力和和動態壓動態壓力力之分之分4.3 壓力壓力測量儀表4.3 壓力壓力測量儀表4.3.1壓力儀表種類壓力儀表種類按壓力表測量壓力范圍測量壓力范圍分類：測量絕對壓力的壓力表、測量表壓力的壓力表

29、、測量真空度的真空壓力表、測量兩個壓力差的差壓表。按壓力表的壓力測量原理壓力測量原理分類：彈性元件壓力表、液柱式壓力表、活塞式壓力表、電氣壓力表。當被測壓力作用于彈性元件時，彈性元件便產生相應的彈性變當被測壓力作用于彈性元件時，彈性元件便產生相應的彈性變形形( (即機械位移即機械位移) )。根據變形量的大小，可以測得被測壓力的數。根據變形量的大小，可以測得被測壓力的數值值 彈性元件彈性元件(壓力壓力變形位移變形位移 ) 彈簧管彈簧管 （又稱波登管）（又稱波登管）薄膜式薄膜式 （膜盒）（膜盒）波紋管（筒）波紋管（筒） 壓壓力力減減小小各類彈性元件與位移變換器配合，可制成各種指示式和遠傳式各類彈性

30、元件與位移變換器配合，可制成各種指示式和遠傳式壓力表。壓力表。 注意彈簧管的截面形狀！注意彈簧管的截面形狀！4.3 壓力壓力測量儀表4.3.2 應變式壓力表應變式壓力表彈性元件位移的遠傳彈性元件位移的遠傳 彈性壓力表可以在現場指示，但是許多情況下要求將信號遠彈性壓力表可以在現場指示，但是許多情況下要求將信號遠傳至控制室。傳至控制室。 有兩種方法，一種用長管道傳遞壓力信號有兩種方法，一種用長管道傳遞壓力信號 ；另一種是彈；另一種是彈性元件就地把位移轉換成電量，用電氣表表示性元件就地把位移轉換成電量，用電氣表表示 。常見的轉換方式有電位計式、霍爾元件式、電感式、差動常見的轉換方式有電位計式、霍爾元

31、件式、電感式、差動變壓器式等。變壓器式等。 4.3 壓力壓力測量儀表4.3.2 應變式壓力表應變式壓力表 電感式壓力變送器是利用把的轉換成的或 的，再由轉換為或信號。它可把各種位移、壓力、流量等參數轉換成輸出。 即：要解決的問題： 1、如何設計傳感器（如何使得 ） 2、它們之間的關系是否線性MLd或者變化變化導致 Lx4.3.3 壓力變送器壓力變送器1 1）氣隙式）氣隙式 其電感量其電感量L L公式如下公式如下: :空氣隙的磁阻鐵芯、銜鐵的總磁阻；磁路中的總磁阻線圈匝數；。:,22RRRWRRRRWLFMFMM222111SdSdRFd1 : 鐵芯中的磁路長度鐵芯中的磁路長度d2 : 銜鐵中的

32、磁路長度銜鐵中的磁路長度1 : 鐵芯的磁導率鐵芯的磁導率2 : 銜鐵的磁導率銜鐵的磁導率S1 : 鐵芯的截面積鐵芯的截面積 S2 : 銜鐵的截面積銜鐵的截面積RRSSRF由于：氣隙面積?？諝獯艑?；氣隙寬度；00:,220 2WSL 改變 、 兩個參量中的任意一個量，均可使電感量 改變。 電感的基本理想公式：L1L20UACU0R0R顯然，若不考慮包括2次項以上的高次項，則L和成比例關系，因此高次項的存在是造成非線性的原因。螺線管式工作原理：當鐵芯在線圈中運動時，將改變磁阻，使線圈自感發生變化。結構簡單、制造容易，但靈敏度低，適用于較大位移(數毫米)測量。對于單個電感位移傳感器其存在非線性誤差

33、起始電流導致銜鐵產生附加誤差（電感電流不能突變）不適合用于精確測量螺管式電感壓力變送器電感測量電路電感測量電路 交流電橋有不同的組合，常用的有電容、電感電橋，其相鄰兩臂接入電阻，而另外兩臂接入相同性質的阻抗，例如都是。 如右圖，設Z1為待測的電容和電感，Z3=Z4,要使電橋平衡，UO=0,需要Z1/Z3=Z2/Z4，Z2為（電容）。交流電橋特點：交流電橋輸出為（），外界工頻干擾不易被引入電路；但要求供橋好。交流放大電路簡單，且的影響。4.3.3.2 電容式壓力傳感器電容式壓力傳感器絕緣介質分開的的平板電容器，如果不考慮邊緣效應，其電容量為 dAC電容量C隨參數A、 d或的變化而變化電容式傳感器

34、可分為變極距、 變面積和變介電常數型變極距變極距( (）型）型: (a): (a)、(e) (e) 變面積型變面積型(S)(S)型型: (b): (b)、(c)(c)、(d)(d)、(f)(f)、(g) (g) （h h） 變介電常數變介電常數( ( ) )型型: : （i i）(l) (l) u 變極距變極距型電容傳感器型電容傳感器Ard變極距型電容式傳感器 其初始電容量C0為 0000dAdACr 若電容器極板間距離由初始值d0縮小了d變為d1，電容量增大了C為C，則有 20000111100dddddAdddAddAdAC00000,11ddCCddCCdd時，當度較高相應會大一些，即靈

35、敏小一些，則所以初始極距Cd0K=C/d =C0/d0CC1C2Od1d2CC1C2Od1d2d圖6-3 電容量與極板間距離的關系電容傳感器的靈敏度簡化為 01Kd 靈敏度K與極距d0成反比； 負號表示當d減小時，電容增大； 極距愈小，靈敏度愈高；但d0過小，容易引起電容器擊穿或短路。據公式表明： 電容增量C與極距d0呈非線性關系，在小測量范圍內才有近似線性關系，既dd。 實際多取一階 近似公式0000*ddCdddCC00000011ddddCCddddCC實際近似實際非線性誤差當一個電容量增加時，另一個電容量則減小。差動式電容傳感器的靈敏度較單個電容傳感器提高一倍，而非線性誤差大大減小。

36、保證線性度，應限制； 增大起始間隙，又影響靈敏度。 為了提高靈敏度和改善非線性可以采用差動式結構，還可減小因受溫度影響引起的不穩定性。 001dddS非線性誤差靈敏度000202002020020220220000021020121112112112)()(11ddCCddddddCdddddAddddAddddddACddddACCCddACddAC時，當設初態d01=d02=d0, 則C01=C02=C0。動板極上移d：2d1d2C1C動板極動板極定板極定板極差動電容傳感器差動電容傳感器4.3.4 核電廠壓力儀表使用特點和注意事項核電廠壓力儀表使用特點和注意事項1）測量范圍寬）測量范圍寬2

37、）環境溫度較高）環境溫度較高3）耐輻照性能）耐輻照性能4）儀表安裝不能損壞冷卻劑壓力邊界的完整）儀表安裝不能損壞冷卻劑壓力邊界的完整5）抗震性）抗震性6）測量脈動壓力的儀表應安裝減震裝置）測量脈動壓力的儀表應安裝減震裝置7）測量腐蝕介質時應加裝保護裝置）測量腐蝕介質時應加裝保護裝置1 1）瞬時流量（流量）瞬時流量（流量）單位時間內流過某一截面的物質數量（質量或體積）。2 2）總流量（總量、累積流量）總流量（總量、累積流量）在某一時間內流過的物質數量。dtdQq tqdQ流量表示法流量表示法： 質量流量是反映流量的最好方法（不受溫度等環境參數質量流量是反映流量的最好方法（不受溫度等環境參數變化）

38、。凡是沒有特殊說明的流量，均指的是瞬時流量。變化）。凡是沒有特殊說明的流量，均指的是瞬時流量。 4.4 流量測量儀表流量測量儀表4.4 流量流量測量儀表4.4.1 流量測量儀表種類差壓式流量計差壓式流量計 節流裝置流量計、彎管流量計、轉子流量計流速式流量計流速式流量計 渦輪流量計、電磁流量計、超聲流量計等容積式流量計容積式流量計 橢圓齒輪流量計、腰輪流量計等 4.4.2 4.4.2 節流裝置流量計節流裝置流量計 節流式流量計是一種典型的差壓式流量計。是目節流式流量計是一種典型的差壓式流量計。是目前工業生產中用來測量前工業生產中用來測量的最常的最常用的一種流量儀表。在整個工業生產領域中，節流式用

39、的一種流量儀表。在整個工業生產領域中，節流式流量計約占流量儀表流量計約占流量儀表。 優點 結構簡單，安裝方便，工作可靠，成本低，又結構簡單，安裝方便，工作可靠，成本低，又具有一定準確度；具有一定準確度；有很長的使用歷史，有豐富的、可靠的實驗數有很長的使用歷史，有豐富的、可靠的實驗數據，設計加工已經標準化。據，設計加工已經標準化。節流式流量計組成示意圖1節流裝置；2引壓管路；3三組閥；4差壓計 測量出節流裝置兩端的差壓信號來間接測量流量。將流量轉換成差壓信號，也稱“一次裝置”，包括節流件、取壓裝置和前后直管段。 測量差壓、顯示流量也稱“二次裝置”，包括差壓信號管路和測量儀表（差壓變送器、開方器、

40、顯示儀表、積算器）。 4.4.2 4.4.2 節流裝置流量計節流裝置流量計p 節流裝置的組成和類型節流裝置的組成和類型 圖5-6節流裝置的組成示意圖p 標準節流標準節流裝置的結構裝置的結構 從節流件、取壓裝置、以及測量管段三方面標準化 通常節流件選用標準孔板或標準噴嘴，取壓方式常采用環室取壓、角接取壓、法蘭取壓以及D-D/2取壓等方式。 由節流件、取壓裝置、以及測量管段 好的節流件應當使得流量和差壓之間的關系較為穩定。常用的節流件有常用的節流件有 標準化的孔板標準化的孔板、圓缺孔板圓缺孔板標準化的噴嘴標準化的噴嘴、非標準化的非標準化的1/41/4圓噴嘴圓噴嘴長徑噴嘴、文丘里噴嘴長徑噴嘴、文丘里

41、噴嘴和文丘里管等和文丘里管等 p 節流裝置的取壓方式節流裝置的取壓方式 孔板孔板：結構簡單，易加工，省料，造價低；工業上應用多，：結構簡單，易加工，省料，造價低；工業上應用多，只能用于清潔的流體。只能用于清潔的流體。文丘里管文丘里管：結構復雜，難加工，費料，造價高；一般用于有：結構復雜，難加工，費料，造價高；一般用于有特殊要求的場合，如低壓損高精度。它的流通連續變化，所特殊要求的場合，如低壓損高精度。它的流通連續變化，所以可用于臟污流體的流量測量，并在大管徑流量測量方面應以可用于臟污流體的流量測量，并在大管徑流量測量方面應用較多。用較多。噴嘴噴嘴：居中。由于其堅固性，一般用于高速的蒸汽流量測量

42、。：居中。由于其堅固性，一般用于高速的蒸汽流量測量。流出系數的穩定性：孔板差，噴嘴好。流出系數的穩定性：孔板差，噴嘴好。壓力損失：孔板大，噴嘴小，文丘里管更小。壓力損失：孔板大，噴嘴小，文丘里管更小。p 節流裝置的性能比較節流裝置的性能比較流體流經節流件時壓力和流速變化情況4.4.2.3 4.4.2.3 工作原理工作原理 4.4.2 4.4.2 節流裝置流量計節流裝置流量計 另外，如果測量對象為，那么它在節流過程中將發生變化，需要引入流束修正采用節流件前的流體密度，最后，可壓縮流體公式表示為： pdqv242pdqm242 4.4.2 4.4.2 節流裝置流量計節流裝置流量計標準節流裝置的壓力

43、損失pp2211壓力損失與節流件形式有關，隨直徑比的減小而增大，隨壓差的增加而增加。設計節流件是應對壓力損失有所限制，不能超出允許范圍。 4.4.2 4.4.2 節流裝置流量計節流裝置流量計qp2pKq pq節流裝置的輸入為，輸出為 ，由流量公式可知：即：差壓變送器內增添開方運算功能，將標準電流信號進行開方。q很小時，靈敏度顯著降低，使得差壓計相對誤差急劇增大，測量范圍通常為1/3上限上限。 、為非線性關系；截面積或者直徑，為實際溫度下的數值211, ,/fk PPP P或流束膨脹系數與節流件形式有關，p流出系數是在一定的和下，實測的流量值與理論計算的流量值之比。由于實測時總有損失情況，所以1

44、； ,DCfR與節流件形式有關。 流體密度為節流裝置上游取壓口處的流體實測密度?？蓧嚎s流體的 ，所以當溫度、壓力或成分有變化，則就有變化，應進行密度修正。成分1，Tpfp流體必須充滿管道和節流裝置，并連續地流經管道；流體必須是牛頓流體，即在物理上和熱力學上是均勻的、單 相的或者可以認為是單相的；流體流經節流件時不發生相變；流體流量不隨時間變化或變化非常緩慢；流體在流經節流件以前，流束是平行于管道軸線的無旋流標準節流裝置不適用于脈動流和臨界流的流量測量。對管道來說，圓管的圓度有要求，管徑有限制，節流件前后應有一定長度的直管段，管內上游10D，下游5D內要求光滑，沒有凹坑、毛刺以及沉積物。使用標準

45、節流裝置時，必須滿足下列條件：4.4.3 4.4.3 彎管流量計彎管流量計 原理及流量公式原理及流量公式 穩定流動的流體經過彎管時，由于離心力的作用在彎穩定流動的流體經過彎管時，由于離心力的作用在彎管內、外側壁上產生壓力差。在彎曲中心最遠與最近位管內、外側壁上產生壓力差。在彎曲中心最遠與最近位置上測得的壓力差的平方根正比于流速，即正比于流量。置上測得的壓力差的平方根正比于流速，即正比于流量。)(224212PPDRDqmDRCPDCPDRDqm22422422 應用：廣泛用于反應堆流量測量。 注意：測堆冷卻劑流量時，先用實際工作流體進行標定。如不進行標定，但精度要求達到3%-5%時，須測定彎管

46、的曲率半徑和彎頭內徑。 上下游有足夠的直管段。 取壓口在中央管徑上彎曲的最外側和最內側，取壓口直徑大于 ，兩個取壓口對準。8D4.4.3 彎管流量計彎管流量計 特點： 彎管流量計在彎管內流動無障礙，所以沒有壓力損失，且安裝方便，價格低廉。對介質條件要求低。 缺點是產生的壓差小，是一種尚未標準化的儀表。由于許多裝置上有不少的彎頭，所以它是一種便宜的流量計。 彎頭之間的差異限制了測量精度的提高，其精度約在5 10 ，重復性可達1 4.4.3 彎管流量計彎管流量計 結構：屬于恒壓降變截面積流量計 4.4.4 轉子流量計轉子流量計（浮子流量計）（浮子流量計）金屬轉子流量計玻璃轉子流量計玻璃轉子流量計

47、4.4.4 轉子流量計轉子流量計（浮子流量計）（浮子流量計） 原理：在測量過程中保持節流件（轉子）的前后壓差不變，而節流件的流通截面積隨流量改變，通過測量流通截面積來達到測量流量的目的。 浮子平衡條件：流體對轉子的浮力（定值）+節流P產生的力=轉子重力（定值）所以，流量上升，P上升，力上升，浮子位置隨流量不同而不同。 常用轉子的形式：旋轉式、圓盤式、板式 4.4.4 轉子流量計轉子流量計（浮子流量計）（浮子流量計）Avqv體積流量平均流速流通面積 4.4.5 渦輪流量計渦輪流量計基于基于速度速度面積面積法的流量測量法的流量測量 4.4.5 渦輪流量計渦輪流量計 組成：組成： 變送器：渦輪、導流

48、器、磁電轉換器、指示積算器變送器：渦輪、導流器、磁電轉換器、指示積算器 殼體和導流器由不導磁材料制成。導流器的作用是支撐葉輪殼體和導流器由不導磁材料制成。導流器的作用是支撐葉輪并導直流體的流動，以及減少流體自旋及渦旋干擾。并導直流體的流動，以及減少流體自旋及渦旋干擾。 特點：特點：準確度高；動態性能好（時間常數為準確度高；動態性能好（時間常數為ms級）；頻率輸出，級）；頻率輸出，線性好；線性好；對流速分布和粘度變化敏感，不易測量高粘以及臟污流體；對流速分布和粘度變化敏感，不易測量高粘以及臟污流體；適于水、輕質油、具有腐蝕性的溶液及空氣、氧氣等介質的適于水、輕質油、具有腐蝕性的溶液及空氣、氧氣等

49、介質的流量測量。流量測量。有可動部件，有磨損問題，壽命不長。有可動部件，有磨損問題，壽命不長。 4.4.5 渦輪流量計渦輪流量計 原理：原理：渦輪機原理。渦輪機原理。 當變送器被安裝在管道上時，渦輪就置于被測流體當變送器被安裝在管道上時，渦輪就置于被測流體中，流體流動時沖擊渦輪葉片使之轉動，中，流體流動時沖擊渦輪葉片使之轉動，其轉速代其轉速代表了流體的流量表了流體的流量。葉輪由導磁材料制成，當葉輪轉。葉輪由導磁材料制成，當葉輪轉動經過磁電轉換器中的永久磁鋼時，轉換器中的磁動經過磁電轉換器中的永久磁鋼時，轉換器中的磁路路磁阻發生變化磁阻發生變化，在磁電轉換器的，在磁電轉換器的線圈上感應出電線圈上

50、感應出電勢勢，其，其頻率與轉速成正比頻率與轉速成正比。 4.4.5 渦輪流量計渦輪流量計 流量流量轉速的轉換原理：轉速的轉換原理：前提：不計葉輪轉動時的摩擦阻力的影響，不計流體粘前提：不計葉輪轉動時的摩擦阻力的影響，不計流體粘性阻力的影響，不計磁電感應器產生的感應電流所引起性阻力的影響，不計磁電感應器產生的感應電流所引起的電磁反作用力矩的影響。的電磁反作用力矩的影響。fqqqrFZtgfFvqZnZfrtgvvvvv12200 4.4.5 渦輪流量計渦輪流量計轉動角速度V0 流體速度n 渦輪轉速f感應線圈輸出的電流脈沖頻率 注意事項：被測流體必須潔凈，防止葉片被卡和減少軸與軸承的摩擦。（過濾器

51、） 被測流體的粘度和密度必須與儀表刻度標定時的流體粘度和密度相同，否則重新標定。 安裝方式要求與校驗情況相同。進出口不能接反，水平安裝，前后直管段。（整流器） 4.4.5 渦輪流量計渦輪流量計依據：依據：法拉第電磁感應定律，測量管道內的流動的導電液體（等效于許多連續的導電薄圓盤）做垂直于磁場的運動，產生感應電動勢，電勢大小與流量相關。磁場磁場： 恒定磁場恒定磁場：適于測量時不易產生極化現象的非電解液； 交變磁場交變磁場：工業用的大部分形式（可減小極化現象）。 4.4.6 電磁流量計電磁流量計電磁流量計測量原理及結構示意圖電磁流量計測量原理及結構示意圖 4.4.6 電磁流量計電磁流量計電磁流量計

52、測量原理電磁流量計測量原理CEqKqqDBEvDqBDvEvvvv4424.4.6 電磁流量計電磁流量計優點優點：壓損極小；可測流量范圍大；適用管徑范圍寬（最大可達3m）；測量精度高，線性度好。不足不足：只能測量導電液體（電導 ），不能測氣體、蒸汽及純凈水、石油制品。s/cm14.4.6 電磁流量計電磁流量計在核電廠的應用：液態金屬作冷卻劑的反應堆中（快堆）在核電廠的應用：液態金屬作冷卻劑的反應堆中（快堆）1、優點：、優點：沒有阻力件放在流道，壓降小。沒有阻力件放在流道，壓降小。無需運動部件無需運動部件壓力、溫度或流量發生瞬變時不易損壞。壓力、溫度或流量發生瞬變時不易損壞。時間響應快，易得動態

53、數據。時間響應快，易得動態數據。流體密度或溫度的適當變化不會引起顯著的誤差。流體密度或溫度的適當變化不會引起顯著的誤差。用于液態金屬場合，抗干擾能力強，減少了由于電纜的絕緣用于液態金屬場合，抗干擾能力強，減少了由于電纜的絕緣電阻低所造成的測量誤差。電阻低所造成的測量誤差。4.4.6 電磁流量計電磁流量計在核電廠的應用：液態金屬作冷卻劑的反應堆中（快堆）在核電廠的應用：液態金屬作冷卻劑的反應堆中（快堆）2、缺點：、缺點：對于高電阻率的冷卻劑情況，高的輸出阻抗使流量計對輻射對于高電阻率的冷卻劑情況，高的輸出阻抗使流量計對輻射感生電流、電纜的低絕緣電阻、管道材料較低的絕緣電阻所感生電流、電纜的低絕緣

54、電阻、管道材料較低的絕緣電阻所造成的誤差敏感。造成的誤差敏感。在高溫和強輻射場中使用，磁鐵性能難于穩定。在高溫和強輻射場中使用，磁鐵性能難于穩定。流量計的刻度與溫度有關，被測介質溫度不能超出襯里材料流量計的刻度與溫度有關，被測介質溫度不能超出襯里材料的容許使用溫度，一般小于等于的容許使用溫度，一般小于等于200度。度。磁路的有效空間將限制磁場強度和輸出電壓。磁路的有效空間將限制磁場強度和輸出電壓。4.4.6 電磁流量計電磁流量計安裝使用注意事項安裝使用注意事項被測液體具有被測液體具有導電性導電性。不能測氣體、蒸汽、純凈水、。不能測氣體、蒸汽、純凈水、甘油、酒甘油、酒精精和石油制品。和石油制品。

55、量程的選擇：常用流量最好超過滿量程的量程的選擇：常用流量最好超過滿量程的50。常用流速為。常用流速為25m/s最合適；最合適；壓力的選擇：使用壓力必須低于電磁流量計額定工作壓力，一壓力的選擇：使用壓力必須低于電磁流量計額定工作壓力，一般不超過般不超過 16 105Pa；安裝要遠離強磁場和振動源，大的用電設備。安裝要遠離強磁場和振動源，大的用電設備。外殼、屏蔽線、測量導管有外殼、屏蔽線、測量導管有良好的接地良好的接地。要單獨設置接地點，。要單獨設置接地點，不要接在電機或上下管道上。不要接在電機或上下管道上。4.4.6 電磁流量計電磁流量計 垂直安裝垂直安裝，且被測流體是自下而上流動。也可水平安裝

56、，也可水平安裝，但要保證測量導管充滿液體。但要保證測量導管充滿液體。 直管段。旁路管。信號線要單獨穿入，用屏蔽線。直管段。旁路管。信號線要單獨穿入，用屏蔽線。 測量導管應由非導磁的高阻材料制成。不銹鋼、玻璃鋼、測量導管應由非導磁的高阻材料制成。不銹鋼、玻璃鋼、具有高電阻率的鋁合金。具有高電阻率的鋁合金。 用不銹鋼等導電材料做導管時，測量導管內壁及內壁與用不銹鋼等導電材料做導管時，測量導管內壁及內壁與電極之間必須有絕緣襯里，以防感應電勢被短路。電極之間必須有絕緣襯里，以防感應電勢被短路。4.4.6 電磁流量計電磁流量計 當超聲波由一種介質入射到另一種介質時，當超聲波由一種介質入射到另一種介質時，

57、由于在兩種介質中的傳播速度不同，在介質由于在兩種介質中的傳播速度不同，在介質界面上會產生反射、折射和波形轉換等現象。界面上會產生反射、折射和波形轉換等現象。近三十年來，超聲波檢測技術在工業領域中近三十年來，超聲波檢測技術在工業領域中的應用于其他無損檢測的手段相比，發展很的應用于其他無損檢測的手段相比，發展很快。主要用于物位檢測、厚度檢測、金屬探快。主要用于物位檢測、厚度檢測、金屬探傷等，醫學上的超聲檢查、超聲清洗。傷等，醫學上的超聲檢查、超聲清洗。4.4.7 超聲波流量計超聲波流量計 原理：超聲波入射到管道流體中，原理：超聲波入射到管道流體中，順流順流傳播速度與傳播速度與逆逆流流傳播速度之差與

58、流體的流速有確定的對應關系。傳播速度之差與流體的流速有確定的對應關系。 傳播速度測量方法：時間差法、相位差法、頻率差法傳播速度測量方法：時間差法、相位差法、頻率差法 超聲測速原理4.4.7 超聲波流量計超聲波流量計對流體而言：smvsmc86150010002212cLvtttLKtFcFvqv22K：流動中速度分布系數。超聲波流量計測得的 是流道上的平均流速，不是 中的管道截面上的平均流速 ，因此流量須加以修正，DvvqvDvv43LKtcDKvFvFqDv24224.4.7 超聲波流量計超聲波流量計 非接觸式儀表，適于測量不易接觸和觀察的流體。（高溫、高壓、防爆、強腐蝕等） 測量大管徑流量

59、 不用在流體中安裝測量元件，故不會改變流體的流動狀態，不產生附加阻力。 儀表的安裝檢修不影響生產運行。 被測流體中的汽泡、未充滿的空氣層、泵及其它聲源所混入的超聲雜音會干擾測量。特點特點4.4.7 超聲波流量計超聲波流量計管道式時差超聲波流量計外夾式時差超聲波流量計便攜式超聲波流量計4.4.7 超聲波流量計超聲波流量計4.5 液位測量儀表液位測量儀表 液位檢測總體上可分為直接檢測和間接檢測兩種方法，由于測量狀況及條件復雜多樣，因而往往采用間接測量，即將液位信號轉化為其它相關信號進行測量，如壓力法、浮力法、電學法、熱學法等。 液位測量儀表作為核電站反應堆保護系統的一部分，要具有很高的可靠性。 反

60、應堆容器中主冷卻劑的液位、穩壓器的液位、蒸汽發生器的液位。4.5.1 差壓式液位計差壓式液位計4.5 液位液位測量儀表 壓力法依據液體重量所產生的壓力進行測量。由于液體對容器底面產生的靜壓力與液位高度成正比，因此通過測容器中液體的壓力即可測算出液位高度。 原理：液面下某原理：液面下某一固定點的靜壓一固定點的靜壓力與液面高度成力與液面高度成正比。對于正比。對于的液位測量的液位測量又稱作又稱作“單法蘭單法蘭”液位計液位計u靜壓式液位測量靜壓式液位測量gPH4.5.1 差壓式液位計差壓式液位計 與敞口容器液位測與敞口容器液位測量不同，量不同，容器常容器常用用“”結構；結構；此外應考慮上部汽此外應考慮