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如何准确可靠地测量压力——压力测量部件探析

时间:2023-06-20 理论教育 版权反馈
【摘要】:压力是表征热力生产过程中工质状态的主要参数之一,保证压力测量的准确、可靠,对于机组的安全、经济运行有着重要的意义。当被测压力输入压力表后,仪表的敏感元件发生变形或变位。如石英、压电晶体材料受力后会在其表面上产生电荷,其数量正比于压力。基于这种压电效应工作的压力计称为压电式压力计。这类仪表为压力变送器。在电厂中常用来替代玻璃管压力计,以测量送风、烟气及制粉等系统的微压和微负压。

如何准确可靠地测量压力——压力测量部件探析

压力是表征热力生产过程中工质状态的主要参数之一,保证压力测量的准确、可靠,对于机组的安全、经济运行有着重要的意义。

所谓压力,就是物体单位面积上所承受的垂直作用力。在国际单位制中,压力的单位是“帕斯卡”,简称“帕(Pa)”。

压力是火力发电厂热力生产过程中的重要参数。在锅炉压力容器等承压部件上,如200MW机组的压力测点有上百个,直接影响主设备安全、经济运行的参数有十几个,如主蒸汽压力、再热蒸汽压力、汽包压力、炉膛压力、炉膛负压、给水压力以及凝汽器真空等。

工程中应用的压力计所测的压力是被测压力(实际压力)与当时当地大气压力之差,通称为表压力。被测实际压力称为绝对压力。工程上习惯将正表压力称为压力或正压,负表压力称为负压或真空。

火力发电厂中,待测压力的范围较宽,例如凝汽器真空、炉膛负压、主蒸汽压力、给水压力、再热蒸汽压力等等,并且液位、流量等测量中还要对压差进行测量,所以压力表的型式较多,以适应不同压力范围、准确度及环境条件等使用要求。

一、压力表分类

1.按工作原理分

(1)机械式压力表。当被测压力输入压力表后,仪表的敏感元件发生变形或变位。当变形或变位的位能或作用于敏感元件的已知外力等所形成的恢复力与被测压力产生的作用力相平衡时,可由变形、变位或已知外力的大小来显示压力。如液柱式压力计、弹簧式压力计、活塞式压力计等。

(2)电气式压力计。某些物体受力后,它的某些电气特性会发生改变,则当该物体受压力作用的面积一定时,即可通过测量这种电气特性参数的变化来反映被测压力。例:

1)压电式压力计。如石英、压电晶体材料受力后会在其表面上产生电荷,其数量正比于压力。基于这种压电效应工作的压力计称为压电式压力计。

2)压阻式压力计。某些物质在压力作用下电阻率会发生改变,如单晶硅、锰铜合金等。基于这种压阻效应工作的压力计称为压阻式压力计。

3)压磁式压力计。它是利用压磁效应原理工作的压力表,即利用铁磁物质受到压力作用时,内部产生应力变化而引起铁磁物质的磁导率发生相应的变化。

2.按输出信号的性质分

分为远传式压力表、压力开关。

(1)远传式压力表。将敏感元件的输出信号转变为统一形式的模拟量电信号,通过电缆实现信号的远传供远方显示。这类仪表为压力变送器

(2)压力开关。这类仪表用来提供被测压力是否越限的开关量信号,以供自动报警、自动保护等系统进行声光报警、事故处理。

二、常用压力表

1.液柱式压力计(www.xing528.com)

液柱式压力计是测量微压和微负压的常用仪表。以一定高度液柱的重力与被测压力对液柱所形成的作用力相平衡后形成的高度差表示压力(差压)的数值。其特点是准确度高、结构简单、使用方便。

2.弹性压力表

弹性压力表是根据弹性元件受压后产生的变形与压力大小有确定关系的原理工作的。结构简单、牢固,测压范围宽,因此获得广泛应用。电厂常用的弹性压力表有弹簧管式压力表及膜盒式风压表。

(1)弹簧管式压力表主要由弹簧管和传动放大机构两部分组成。弹簧管是一根弯成270℃的圆弧、截面成椭圆形和圆形的空心金属管,其固定端与传压管相连,自由端(末端)封闭,并与放大机构相连。当内部受压时,截面有变圆及圆弧被拉直的趋势,使自由端产生位移。经杠杆齿轮等放大传动后,由指针在圆形刻度盘上指出压力值。当压力减小时,作用相反,可指示真空度。它的测定(取压)点之间需要用管道连接。

(2)膜盒式风压表(微压表)。在电厂中常用来替代玻璃管压力计,以测量送风、烟气及制粉等系统的微压和微负压。主要由膜盒和传动放大机构两部分组成,膜盒是一种合金制成的圆盒状感压元件,当承受压力变化后,它会膨胀或收缩,发生位移,经传送和放大杠杆系统,使指针在槽形刻度盒上指示出被测微压或微负压的数值。

3.远传压力表(即压力变送器)

随着机组容量越来越大,就地指示仪表不能满足要求,需要将参数值送至几十米或百米以外的集中控制室,以供运行人员监视。这就需要一些设备将压力的机械信号转换到电气信号,然后用电缆传送到集中控制室,由二次仪表显示出来。这种设备以前称远传压力表(因就地还有压力指示表),现在通称压力变送器(压力信号变送器)。类型有:电阻式、霍尔式、差动变压器式及电感式等。

(1)电阻式压力变送器。它由一个旋转式滑线电阻器附接在压力表的指针轴上,当压力变化时指针轴旋转,带动滑臂改变电阻值。由于它是二次仪表(XCZ-104)内不平衡电桥的一个桥臂,故产生不平衡电压,即可得到被测的压力值。其型号为YCD-150(Y—压力,C—远传,D—电阻,150是盘面直径,以mm表示),或为YTZ-150(Y—压力,T—变送,Z—电阻),该表的缺点是电阻易磨损,影响精度。

(2)霍尔压力变送器。它是利用霍尔效应原理制成的,即在弹簧管的自由端上附着的霍尔片,处于非均匀磁场中,当压力变化时霍尔片在磁场中发生位移,使其所产生的毫伏电势也发生变化,用XCZ-103动圈指示仪或WXD型等记录仪指示出压力来。其型号为YSH-1(Y—压力,S—变送,H—霍尔,1—序号)。但霍尔片对温度变化很敏感,整个仪表的零点飘移问题也比较严重,影响准确度,故测量重要压力参数时,一般不采用它。

(3)差动变压器式变送器。它是利用一个铁芯在差动变压器的两个线圈中移动(或铁片与感应线圈的距离变化),产生交流电压差,送到二次电子差动指示记录仪,与表内相同的差动变压器的信号相平衡,以得到压力值。

(4)电磁式压力变送器。其工作原理与差动变送器相似,当弹簧管自由端产生位移时,带动电感线圈内的可动铁芯,使电感线圈上下两部分(即二次仪表中电感电桥的两个电感桥臂)的电感量发生变化(ΔL),产生不平衡电压。再经集成运算放大器转换成标准统一直流电流信号,将它输出供远距离二次表计指示或记录用。其型号为YSG-2(Y—压力,S—变送,G—电感,2—电源为220VAC,输出0~10mADC或YSG-3(3—电源24VDC,输出4~20mADC)。

(5)1151系列电容式压力(差压)变送器。1151系列电容式压力(差压)变送器是我国引进美国罗斯蒙特公司技术,并自己开发生产的一类新型压力(差压)变送器。由于它具有精确度高,性能稳定,单向过截保护性能好,调整方便,体积小,重量轻等一系列优点,已经广泛地应用在电力领域

1151变送器由两部分组成:差动式压力(差压)—电容转换和测量电路。差动式压力(差压)—电容转换是将被测压力(差压)转换成差动变化的电容。测量部分将压力(差压)由弹性元件变为位移量,这种位移是可动板与固定极板的变化,引起电容量的变化。在测量电路中,通过解调器、振荡器、振荡控制放大器的作用,转换成测量电路,经放大后输出4~20mA信号。只要保证膜片中心位移与压力是线性关系,转换电路即可保证电流与压力成线性关系。

1151变送器的膜盒结构特性好,具有较好的过载保护特性,当容室受到过载压力作用时,测量膜片紧紧地贴在球型面上,从面受到可靠地保护。过载作用过后,测量膜片恢复到原来状态,其弹性性能不受影响。

(6)智能型变送器。目前,罗斯蒙古特公司的3051系列智能型变送器已广泛用于新建机组上,已全面取代1151型变送器。3051智能型变送器具有重量更轻,调整更方便,测量更精确等优点,是1151变送器所不能比拟的。

3051变送器是随着DCS系统的广泛应用而应运而生的。它以微处理器作为主要处理工具,全部变成数字化处理,使测量精度更高;它可以和DCS系统相连,不必输出4~20mA模拟信号,直接以通信的方式送给DCS系统,从而使系统提高抗干扰能力;它不必使用传统的校验调整方式,可以用计算机或专用的组态器对变送器进行量程、零点等参数进行在线更改和调整;它的测量范围更宽,减少了变送器的分类,更有利于选型和订货;它的体积更小,只有1151变送器的一半甚至只有三分之一。

目前,世界上各大仪表公司都已推出了智能型变送器,工作原理和结构也大致相同。而且都采用国际通用通信协议

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