作者：刘艳萍,闫文文
出版社：石油工业出版社
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热工测量仪表应用技术试读：
前言
热工测量仪表应用技术是热能动力设备与应用专业必修的一门专业课。辽河石油职业技术学院热能动力设备与应用专业为国家“高等职业学校提升专业服务产业发展能力”重点扶持专业。本书是根据此专业的教学要求编写而成。在内容的选择上，突出高职高专教育的职业性、技术性、应用性原则，力求理论够用、应用为主、注重实践。
书中重点介绍了目前电厂中最先进、最成熟的各种热工参数（压力、温度、流量、液位）的检测原理和方法，还介绍了仪表安装使用和故障的处理方法，融入了新知识、新技术，力求与电厂生产实际紧密结合，注重实际能力的培养。为了便于学习，每个任务后附有复习思考题，以帮助读者学习时练习与思考。
本书由辽河石油职业技术学院刘艳萍、闫文文编写；刘艳萍编写项目一、项目二、项目三，闫文文编写项目四、项目五、项目六。
由于编者水平、能力有限，书中难免存在不足甚至错误之处，敬请读者批评指正。项目一 热工仪表基本认识项目介绍
在热力锅炉运行中，通过热工仪表进行热工参数测量可以及时地反映热力设备及热力系统的运行工况，为工作人员提供操作依据，并为热工自动控制提供准确、及时的测量信号。因此，热工测量是保证热力设备安全、经济运行及实现自动控制的必要手段。
热工参数需要通过相关参数的测量仪表完成测量。因测量手段、测量方法、测量仪表本身精度等因素的影响，测量结果会偏离真实的参数，但可通过仪表选择、安装、使用、维护等诸多方法，降低偏离的程度，从而保障热力锅炉正常运行。
本项目的任务是使学员掌握热工仪表的基本知识，培养学员规范参数测量和分析的职业习惯。任务一 测量数据读值与分析任务目标（1）能说明常用物理量的含义和单位。（2）能说明常用测量方法及应用场合。（3）能够正确读取热工仪表的测量数据，能够简要分析测量数据是否正常。任务要求
测量数据读值与分析的任务是通过测量方法的学习，使学员规范读取、记录仪表示数。相关知识学习一、测量的概念
测量是以确定量值为目的的一组操作，也就是利用测量工具，通过实验的方法将被测量与同性质的标准量（即测量单位）进行比较，求出两者的比值，从而得到被测量数值大小的过程。所得到的比值就是被测量的值：式中 x——被测量； b——标准量（测量单位）； L——被测量与标准量的比值，即测量结果。
例如用温度计对室内温度进行测量，就是用测量工具（温度计）将被测对象（室内温度）与测量单位（℃）相比较，若其比值为31.5，准确度为±0.1℃，测量结果可表达为（31.5± 0.1）℃。
测量是对非量化实物的量化过程。测量结果包括被测量的大小、符号、单位，三者缺一不可。测量的目的是正确反映被测参数的真实值。二、热工测量常用物理量和国际单位
热工仪表的测量是在一定计量标准下进行的，努力实现对热力过程中各类参数的准确测量。因此必须在《中华人民共和国计量法》的框架下，保证测量的准确性、可重复性、连续性、合法性、严肃性和统一性，做好量值的传递和可追溯性。
对于不同使用者，只有采用统一的单位或单位服从一定的换算关系，才能进行测量数据的通信及处理。
1.基本热工物理量和国际单位
国际单位制是由国际计量大会（CGPM）采纳和推荐的，国际单位制的国际通用符号是SI，基本热工物理量和国际单位如表1-1所示。表1-1 基本热工物理量和国际单位
2.常用物理量的换算关系3（1）大部分单位服从千进位单位（10）的换算关系，即1k[单36位]=10[单位]=10m[单位]，长度、质量、电流、电压、电阻、压力、电容、电感、功率等也服从千进位的换算关系。3636
例如：1km=10m=10mm，1kg=10g=10mg。n（2）部分单位服从10的换算关系：33
密度：1kg/m=0.001g/cm；262122
面积：1km=10m=10mm。（3）其他单位关系：
时间：1h=60min=3600s。任务实施
热工仪表的显示方式主要有数字量数据和模拟量数据两种。一、数字量数据的读取
数字显示仪表广泛应用于热工参数测量，主要因为它具有以下特点：（1）直观明了，读数方便，无视差；（2）外部线路简单，可靠性好，耐振性强，电路稳定，寿命长，耗电少，使用维修方便；（3）仪表品种繁多，配接灵活，可输出多种控制动作和报警信号；（4）与热电偶配套或与热电阻温度计配套的仪表均具有线性化电路；（5）可用作变送器，输出统一标准的电流信号（0～10mADC或4～20mADC）。
数字量仪表数据采用直接读取的方法，如图1-1所示。图1-1 数字显示仪表示值
图1-1（a）所示的单数字显示调节仪表示值直接读取为2.15MPa即可，图1-1（b）所示的多数字显示调节仪表示值根据所要检测的热工参量，直接填写在表1-2即可，注意测量结果应有大小、符号和单位。表1-2 数字量测量数值
需要注意的是：数字显示仪表的显示数值为采样期间的测量数据平均值，因此无法读出瞬时准确值，也无法从仪表示数观测数据变化趋势，因此需要定时记录数据，根据数据情况判断变化趋势。二、模拟量数据的读取
与数字量仪表相比，模拟量仪表具有读数直观明了的特点，如图1-2所示，通过仪表指针位置可直接显示数值，也可直接显示数据变化的趋势，因此应用广泛。但模拟量仪表的数据读取相对复杂，且由于读取位置不同，会产生示值误差，因此在读取模拟量仪表的数据时应更加认真。
1.准确位读取
如图1-2所示的表盘，准确位分成数字大格和小格，可以读出大格间距为0.1MPa，每个大格之间分成10小格，因此每个小格为0.1MPa/10=0.01MPa。
2.估读位读取
对于模拟量仪表，不可能所有的测量结果都准确落在格上，如果在两个小格之间，应根据所在位置进行一位数的估读。
根据仪表示数将测量数据填入表1-3中。图1-2 模拟量仪表示值表1-3 模拟量测量数值教师验收
按读取数据要求，正确填写表1-2和表1-3，项目成绩按表1-4进行考核。表1-4 测量数据读值项目评分表知识拓展一、测量方法
测量是一种实验工作，为了及时获得准确可靠的数据，必须根据行业的要求及被测量对象的特点，选择合理的测量方法。（1）根据获得结果的程序不同，测量可分为以下几种。
①直接测量，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。例如用尺测长度、用玻璃管液位计测液位等。
②间接测量，通过直接测量与被测量有确定函数关系的其他各个变量，然后通过计算确定被测量的方法，如通过测量导线的电阻、长度及截面求电阻率等。
显然，直接测量比较直观，间接测量比较繁琐。一般当被测量或用直接测量达不到精度要求时，采用间接测量的方法。（2）根据测量仪表是否与被测对象接触，测量可分为以下两种。
①接触测量，测量仪表的一部分与被测对象直接接触，受到被测对象的作用才能得出测量结果的测量方法，如用千分尺测量零件。
②非接触测量，测量仪表的任何部分都不必与被测对象直接接触。非接触测量可避免测量力对测量结果的影响。如利用光学高温计测温，是通过被测量对象所产生的热辐射对仪表的作用而实现测温的。（3）按被测量在测量过程中所处的状态，测量可分为以下两种。
①静态测量，被测量相对静止，不随时间变化或变化较小，如千分尺测量直径。
②动态测量，被测量随时间实时变化，要求测量动态过程量。动态测量对热工仪表的反应速度要求较高，如物体运动过程中的实时速度测量。二、量筒液位测量的正确方法
在热工测量仪表中，温度、压力、液位等测量，也可采用观察液位所在刻度的方法进行，与量筒的测量方法一致，因此在应用其他液柱式仪表测量温度或压力等热工参数时，与量筒的测量方法及注意事项一致。
量筒量液时，量筒必须放平，如图1-3（a）所示，如果不平，则读数不能正确反映量筒内液体的体积数。视线要跟量筒内液体的凹液面的最低处保持水平，如果视线偏低（俯视），如图1-3（b）所示，则读数比真实值偏大；如果视线偏高（仰视），如图1-3（c）所示，则读数比真实值偏小。图1-3 量筒数据读取巩固练习（1）熟练指针式仪表和液柱式仪表的示值读取。（2）说明接触测量与非接触测量的含义及特点。任务二 测量仪表品质指标分析任务目标（1）能够简要说明测量误差的来源，能够说明测量误差的消除方法。能够计算测量的绝对误差和相对误差。（2）了解误差的分类、产生原因和消除方法。（3）能根据仪表实际测量数据，分析最大误差，并判断仪表精度；能根据仪表的精度，计算热工仪表误差。（4）能根据热工参数测量需求，选用合适精度的仪表。（5）能计算仪表灵敏度，并说明灵敏度对热工参数的影响。（6）能说明模拟和数字仪表的分辨率，并正确读取仪表示值。（7）能说明仪表的基本校验方法。任务要求
测量仪表品质指标分析的任务是通过分析仪表指标的学习，使学员能够计算测量结果的绝对误差和相对误差、仪表最大绝对误差和精度、分辨率和灵敏度等，使学员能够根据相关计算结果，熟练分析仪表各项性能是否满足生产工艺的要求。相关知识学习一、误差的计算
任何一个被测量，在任一时刻它都具有一客观存在的量值，这一量值称为真值，测量的任务就是要测出被测量的真值。但是，由于测量仪表、测量方法、测量环境、人的观察能力以及测量程序等都不能做到完美无缺，所以真值是无法测得的，因此用约定真值代替真值。常用某量的多次测量结果来确定约定真值，或用精度高的仪器示值代替约定真值。
测量误差有两种表示方法，即绝对误差和相对误差。
1.绝对误差
绝对误差是指测量值与真实值之差：Δx=x-x0式中 Δx——绝对误差； x——测量值； x——真值。0
绝对误差是有正负及量纲的。
2.相对误差
除了绝对误差表示形式之外，测量误差还可以用相对误差及引用误差形式表示。实际相对误差为绝对误差与实际值之比，常用百分数表示：式中 γ——实际相对误差，一般用百分数给出； Δx——绝对误差； x——测量值； x——真值。0
由于被测量的真值x无法知道，实际测量时用测量值x代替真值0x进行计算，这个相对误差称为标称相对误差。0
3.引用误差
引用误差是仪表中通用的一种误差表示方法，又称满量程相对误差。引用误差为绝对误差与所用测量仪表的量程之比，也以百分数表示。同一台仪表在整个测量范围内，一般相对误差不是一个定值，它随被测量x的大小而改变，因此不便于比较。引用误差一般用于比较测量仪表的优劣。引用误差也称折合误差，公式表示为：式中 E——引用误差，一般用百分数给出；r Δx——绝对误差； S——仪表的量程；p X——仪表测量上限值；max X——仪表测量下限值。min二、仪表品质指标
仪表的品质指标是评估仪表质量优劣的标准，它与仪表的设计和制造质量有关，是正确选择和使用仪表的重要依据，也是仪表工校验仪表、判断仪表是否合格的重要依据。仪表的可靠性是对仪表特别是过程测量仪表的基本要求。
1.仪表测量精度及允许最大绝对误差（1）仪表测量精度。
仪表测量精度是反映正常使用条件下，仪表测量结果准确程度的一项指标。其形式用最大引用误差去掉百分号表示：式中 A——仪表测量精度；c S——仪表的量程；p Δx——允许最大绝对误差。max
根据仪表及系统准确度高低所划分的级别，通常称为“精度等级”。精度等级标志随仪表及系统产品给出，合格的产品应附有合格证。仪表最大引用误差表示的允许误差去掉百分号后余下的数字值为该仪表的精度等级。工业仪表精度等级的国家标准系列有0.005，0.01，0.02，0.04，0.05，0.1，0.2，0.4，0.5，1.0，1.5，2.5，4.0，5.0等级。仪表刻度盘上应标明该仪表的精度等级，数字越小，精度等级越高。
仪表的精度等级只说明该仪表标尺上各点可能的最大绝对误差，不能说明在标尺各点上的实际读数误差，实际读数误差需通过逐点校验得到。（2）允许最大绝对误差。
允许最大绝对误差是在规定的工作条件下，仪表测量范围内各点绝对误差的允许最大值，为仪表的“基本误差”。如果已知仪表的测量精度，各测量点的误差都不能超过允许最大绝对误差，因此可以通过以下的公式计算出仪表的最大绝对误差：【例1-1】 某压力测量仪表的测量范围为0～1000kPa，校验该表时得到的最大绝对误差为±8kPa，试确定该仪表的精度等级。
解：该仪表的精度为：
由于国家规定的精度等级中没有0.8级仪表，而该仪表的精度又超过0.5级仪表的允许误差，所以这台仪表的精度等级定为1.0级。【例1-2】 某压力测量仪表的测量范围为0～1000kPa，根据工艺要求，指示误差不允许超过±7kPa，试问应如何选择仪表的精度等级才能满足工艺要求。
解：根据工艺要求，仪表精度应满足：
此值介于0.5级和1.0级之间，若选择1.0级的仪表，其允许最大绝对误差为±10kPa，这就超过了工艺要求的允许误差，故应选择0.5级的精度才能满足工艺要求。
由以上两个例子可以看出，根据仪表校验数据来确定仪表精度等级和根据工艺要求来选择仪表精度等级，要求是不同的。根据仪表校验数据来确定仪表精度等级时，应用A≥×100公式确定精度c值；根据工艺要求来选择仪表精度等级时，应用A≤×100公式c确定精度值。
2.灵敏度
灵敏度反映了仪表示值变化相对于被测量变化的灵敏程度，一般用于模拟量仪表。它是指仪表输出增量与输入增量之比，常用仪表的输出变化量与引起变化的被测量变化量之比来表示：式中 S——仪表的灵敏度； ΔX——仪表输入的变化量； ΔY——仪表输出的变化量。
测量仪表的灵敏度可以用增大仪表转换环节放大倍数的方法来提高。仪表灵敏度高，仪表示值读数精度可以提高，但是仪表的性能指标主要取决于仪表的基本误差，如果单纯地通过提高灵敏度来达到更准确的测量是不合理的。因此，通常规定仪表标尺刻度上的最小分格值不能小于仪表允许最大绝对误差。
3.分辨率
分辨率是指仪表能检出被测信号的最小变化量，是有量纲的数。当被测量的变化小于分辨率时，仪表对输入量的变化无任何反应。
数字式仪表的分辨率是指仪表在最低量程上最末一位数字改变一个字所代表的物理量。例如位数字式电流表，若在最低量程时满刻度值为1A，则该数字式电流表的分辨率为1mA。数字仪表能稳定显示的位数越多，则分辨率越高。
4.变差
变差又称回差，是指仪表在上行程和下行程的测量过程中，同一被测变量所指示的两个结果之间的偏差。如图1-4所示，变差计算公式为：变差=|上行程示值-下行程示值|图4-1 仪表变差
5.重复性和重复性误差
同一工作条件下，多次按同一方向输入信号做全量程变化时，对应于同一输入信号值，仪表输出值的一致程度称为重复性。对于全范围行程，在同一工作条件下从同方向对同一输入值进行多次连续测量所获得的输出两极限值之间的代数差或均方根误差称为重复性误差，它通常用量程的百分数表示，其值应不大于仪表及系统允许误差的绝对值。
6.漂移
在保持工作条件和输入信号不变的条件下，经过规定的较长一段时间后输出的变化，称为漂移，它以仪表量程各点上输出的最大变化量与量程之比的百分数来表示。漂移通常由于电子元件老化、弹性元件失效、节流件磨损、热电偶或热电阻污染变质等原因引起。此外，在被测量快速变化时，常因仪表的输出信号跟不上被测量的变化而产生动态误差，动态误差的大小与仪表的动态特性及被测量的变化规律有关。常用感受元件的时间常数与仪表的全行程时间来表征仪表的动态特性。三、仪表校验
在工业生产中，为了确保测量结果的真实性和可靠性，对使用一段时间以及检修过的仪表，都应进行校验。仪表的校验步骤一般包括外观检查、内部机件性能检查、绝缘性能检查及示值校验等。示值校验一般是判断仪表的基本误差、变差等是否合格。
示值校验方法通常有两种。一般可分为定点法和示值比较法两类。工业上常用的是示值比较法。
1.示值比较法
用标准仪表与被校仪表同时测量同一参数，以确定被校仪表各刻度点的误差。校验点一般选取被校表上的整数刻度点，包括零点及满刻度点不得少于5点（校验精密仪表时校验点不得少于7点），校验点应基本均匀分布于被校仪表的整个量程范围。各校验点的误差不超过该仪表准确度等级规定的允许误差则认为合格。
校验仪表时所用的标准仪表，其允许误差应不大于被校表允许误差的1/3（绝对误差值），量程应等于或略大于被校仪表的量程。
2.定点法
利用某些物质的标准状态来校验仪表。例如，利用一些物质（如水、各种纯金属）的状态转变点温度来校验温度计，利用空气中含氧量一定的特性来校验工程用氧量计等。任务实施
已知一测量范围为0～10MPa、精度为1.0的压力仪表，真实值和测量值如表1-5所示，请计算绝对误差并填表，并根据仪表测量值计算分析仪表是否满足精度为1.0。表1-5 压力仪表真实值与测量值数据表教师验收
按读取数据要求，正确填写表1-5，项目成绩按表1-6进行考核。表1-6 测量仪表品质分析和校验项目评分表知识拓展一、测量误差来源和分类
1.误差来源
测量工作是在一定条件下进行的，外界环境、观测者的技术水平和仪器本身构造的不完善等原因，都可能导致测量误差的产生。通常把测量仪器、观测者的技术水平和外界环境三个方面综合起来，称为观测条件。观测条件不理想和不断变化，是产生测量误差的根本原因。通常把观测条件相同的各次观测称为等精度观测，观测条件不同的各次观测称为不等精度观测。
具体来说，测量误差主要来自以下四个方面：（1）外界条件。
外界条件主要指观测环境中气温、气压、空气湿度和清晰度、风力以及大气折光等因素的不断变化，导致测量结果中带有误差。（2）仪器条件。
仪器在加工和装配等工艺过程中，不能保证仪器的结构能满足各种几何关系，这样的仪器必然会给测量带来误差。（3）方法。
理论公式的近似限制或测量方法的不完善。（4）观测者的自身条件。
由于观测者感官鉴别能力所限以及技术熟练程度不同，也会在仪器对中、整平和瞄准等方面产生误差。
2.误差分类和消除
由于测量过程中所用仪表准确度的限制，环境条件的变化，测量方法的不够完善，以及测量人员生理、心理上的原因，测量结果不可避免地存在与被测真值之间的差异，这称为测量误差。因此，只有在得到测量结果的同时，指出测量误差的范围，所得的测量结果才是有意义的。
测量误差分析的目的是根据测量误差的规律性，找出消除或减少误差的方法，科学地表达测量结果，合理地设计测量系统。
根据测量数据中的误差所呈现的规律及产生的原因，可将其分为随机误差、系统误差和粗大误差（疏失误差）。（1）随机误差。
在同一测量条件下，多次测量被测量时，其绝对值和符号以不可预定方式变化着的误差称为随机误差。这类误差对于单个测量值来说，误差的大小和正、负都是不确定的，但对于一系列重复测量值来说，误差的分布服从统计规律。对于单个测量值，其随机误差的大小和方向都是不确定的，但多次重复测量结果的随机误差却有统计规律性。实践与理论证明，只要重复测量次数足够多，测定值的随机误差的概率密度服从正态分布。
随机误差的消除方法：消除随机误差可采用在同一条件下，对被测量进行足够多次的重复测量，取其平均值作为测量结果的方法。根据统计学原理可知，在足够多次的重复测量中，正误差和负误差出现的可能性几乎相同，因此随机误差的平均值几乎为零。所以，在测量仪器仪表选定以后，测量次数是保证测量精密度的前提。（2）系统误差。
在同一测量条件下，多次测量被测量时，绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，按常数或一定规律（如线性、多项式、周期性等函数规律）变化的误差称为系统误差。前者为定值系统误差，后者为变值系统误差。
①定值系统误差。定值系统误差是指误差的大小和符号都不变的误差，如仪表的零点偏高使全部测量值偏大，形成一定数值的系统误差。一般通过校验来确定定值系统误差及其修正值。
②变值系统误差。变值系统误差按一定规律变化，根据变化规律的不同，它可分为累积系统误差和周期性系统误差。随时间的增长逐渐增大或逐渐减小的误差为累积系统误差。例如，检测元件老化，沿线电阻的磨损等均可引起累积误差。对累积误差只能在某瞬时引入校正，且不能只做一次性校正。测量误差的大小和符号均按一定周期变化的系统误差为周期性系统误差。
消除系统误差的一般方法：
①消除系统误差的来源。在测量工作投入之前，仔细检查测量系统中各环节的安装及连接线路，使其达到规定要求，尽量消除误差的来源。
②在测量结果中加修正值。对不能消除的系统误差，在测量之前，对测量系统中的各仪表进行检定，确定出修正值。对各种影响量如温度、气压、湿度等要求确定出修正公式、修正曲线或修正表格以便对测量结果进行修正。
③采取补偿措施。在测量系统中加装补偿装置（或自动补偿环节），以便在测量中自动消除系统误差。例如，在热电偶测温回路中加装参比端温度补偿器，自动消除由于热电偶参比端温度变化产生的系统误差。又如，采用平衡容器对汽包水位的测量，要进行汽包压力的补偿，也是由于减小汽包压力变化对其水位产生的系统误差。
④改善测量方法。测量方法不完善将导致测量结果不正确。在实际测量中，应尽可能采用较完善的测量方法，消除或减少系统误差对测量结果的影响。（3）粗大误差。
粗大误差是测量过程中操作、读数、记录和计算等方面的错误所引起的误差。显然，凡是含有粗大误差的测量结果都是应该被摒弃的。巩固练习（1）用测量范围为0～200kPa的压力传感器测量160kPa压力时，传感器测得的压力为164kPa，计算系统的绝对误差和相对误差分别是多少？（2）简述真值、约定真值、测量值的含义及关系。（3）简述仪表测量精度的含义及表示方法，说明我国规定常用的精度等级有哪些。（4）简述灵敏度和分辨率的含义及表示方法。（5）某线性位移测量仪，当被测位移由4.5mm变到5.0mm时，位移测量仪的输出电压由3.5V减至2.5V，求该仪器的灵敏度。（6）某检测系统根据工艺设计要求，需要选择一个量程为0～33100m/h的流量计，流量测量误差要求小于±0.95m/h，试问选择何种精度等级的流量计才能满足要求？（7）有一个测量范围为20～100kPa，精度等级为0.5级的差压变送器，在定期核验时发现仪表在整个量程范围内的绝对误差在-0.5kPa到+0.4kPa内变化，试问该变送器能否继续使用？如果降级使用时，应定为精度多少级？（8）校验0～1.6MPa、1.5级的工业压力表时，应使用下列标准压力表中的哪一块？
①0～1.6MPa，0.5级；
②0～2.5MPa，0.35级；
③0～4.0MPa，0.25级。（9）简述误差分类和各自消除方法。任务三 热工测量仪表的分类和防护任务目标（1）能够说明热工测量系统中测量仪表的类型和在热力设备运行系统中的作用。（2）能够说明仪表的基本组成及各部分作用。（3）能够说明仪表的防护类型和措施。任务要求
热工测量仪表的分类和防护工作任务是使学员掌握热工仪表的基本组成和作用，理解热工仪表的分类及应用场合，掌握热工仪表的基本防护措施，能够帮助学员更加准确地使用和维护热工测量仪表，既要求提高测量精度，也要求延长仪表的使用寿命。相关知识学习一、热工仪表基本组成及各部分作用
为了实现一定的测量目的，将测量设备按一定方式进行组合的系统称为测量系统，也称检测系统。由于测量原理不同、测量准确度的要求不同、测量系统的构成会有很大的差别。它可能是仅有一只测量仪表的简单测量系统，如水银温度计；也可能是一套价格昂贵、高度自动化的复杂测量系统，如用计算机进行数据采集和数据处理的自动测量系统。火电厂中的热工参数，多数是不能直接测量的，一般总要借助一些物质的物理、化学性质变化的关联性把测量参数转变成其他便于测量的相关量，以间接得出被测量的数值。因此，各种测量仪表尽管工作原理、结构外形等有所不同，但从其各部分结构功能和作用上看，总不外乎由三部分组成，即感受元件、传输变换部件及显示部件。
1.感受元件
感受元件（传感器）也称敏感元件或一次元件。感受元件是测量系统中直接与被测对象相接触的部分，它接受来自被测介质的信号（能量），产生一个以某种形式与被测量有关的输出信号。例如，压力测量系统中的弹性元件，它把被测介质的压力信号转换为弹性元件的形变，再通过机械传动成为仪表指示。
对感受元件的要求是：（1）输出信号必须随被测参数的变化而变化，即要求感受元件的输出信号与输入的被测信号之间有稳定的单值函数关系，最好是线性关系，而且可复现。（2）非被测量对感受元件输出的影响应小得可以忽略。若不能忽略，将造成测量误差。在这种情况下，一般要附加补偿装置进行补偿或修正。（3）感受元件需尽量少地消耗被测对象的能量，并且不干扰被测对象的状态或者干扰极小。
2.传输变换部件
传送变换部件的作用是将感受元件输出的信号，根据显示部件的要求，传输给显示部件。（1）单纯起传输作用。当感受元件输出的信号只输送给显示部件时，传输变换部件只起传输作用，如信号导管、电缆、光导纤维、无线电电波，都可以起传送信息的作用。流量测量系统中，标准孔板产生的差压信号通过导压管传送到差压流量变送器，而差压流量变送器输出的电流信号通过导线传送到显示仪表，此处的导压管和导线都是该测量系统的传输变换部件。传输变换部件选择不当或安排不合理，会造成信息能量损失，引入干扰，使信号失真，严重时根本无法测量。例如，导压管过细、过长使传输信号受阻，产生传输延迟，影响动态压力测量准确度；导线电阻不匹配，将使电压、电流信号失真，甚至信号不能送进仪表或使仪表给出错误的测量结果。（2）将感受元件输出的信号放大，以满足远距离传输以及驱动显示、记录装置的需要。（3）为了使各种感受元件的输出信号便于与显示仪表和调节装置配接，要通过传输变换部件把信号转换成标准化的统一信号，各种感受元件的输出信号都被转换成统一数值范围的电气信号，这时的传输变换部件常称为变送器。这样，同一种类型的显示仪表常可用来显示不同类型的被测量。
3.显示部件
显示部件的作用是向观测者显示被测参数的量值。显示部件是人和仪表联系的主要环节，因此，要求它的结构能使观测者便于读出数据，并能防止读数者的主观误差。显示部件的显示方式有模拟式显示、数字式显示和屏幕画面显示三种。（1）模拟式显示。最常见的显示方式是仪表指针在标尺上定位，可连续指示被测参数的数值。读数的最低位由读数者估计。模拟显示设备结构简单，价格低廉，是一种常见的显示形式。模拟式显示有时伴有记录，即以曲线形式给出测量数据。（2）数字式显示。直接以数字给出被测量值，不会有视差，但有量化误差。量化误差的大小取决于模/数转换器的位数。记录时可打印数据。此种显示的直观形象性较差。（3）屏幕画面显示。该方式是目前电厂比较常见的显示方式，既能按模拟式显示给出曲线，又能给出数值，或者同时按两种方式显示；还可以给出数据表格、曲线和工艺流程图及工艺流程各处的工质参数。对于屏幕画面显示方式，生产操作人员观察十分方便，他们可以根据机组运行状态的需要任意选择监视内容，从而提高监控水平。这类显示器可配合打印或内存、外存作记录，还可以增加在事故发生时跟踪事故过程的记录（称为事故追忆）。屏幕画面显示具有形象性和易于读数的优点。二、热工仪表分类（1）按被测参数不同，热工仪表可以分为温度、压力、流量、物位、机械量（转速、振动、位移）等测量仪表和成分分析仪表。
对于被测参数而言，可以分为基本被测量和派生被测量，基本被测量是物量学中的基本参量，而派生被测量是在各学科中的具体作用名称，派生被测量的测量即为基本被测量的测量。具体基本被测量和派生被测量的关系如表1-7所示。表1-7 基本被测量和派生被测量的关系_（2）按仪表用途不同，热工仪表可分为标准表、实验用仪表和工程用仪表。（3）按显示特点不同，热工仪表可分为指示式、记录式、积算式、数字式及屏幕式仪表。（4）按工作原理不同，热工仪表可分为机械式、电气式、电子式、化学式及气动式仪表。（5）按安装地点不同，热工仪表可分为就地安装及远程仪表。（6）按使用方式不同，热工仪表可分为固定式及便携式仪表。三、仪表及设备防护
仪器仪表的维护保养是仪表应用的重点问题，仪表的防护包括防爆、防腐蚀、防冻及防热、防尘及防振等。
1.防爆
仪器仪表设备防爆一般包括：设计防爆、安装防爆和检修防爆三个方面。
1）设计防爆
依据爆炸性危险场所的区域等级，设计相应的防爆仪表和电气设备。（1）爆炸性危险场所的划分。
我国对爆炸性危险场所的划分采用与IEC标准等效的方法。国家标准GB50058—2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》中规定，爆炸性气体危险场所按其危险程度大小，划分为0区、1区、2区三个级别，爆炸性粉尘危险场所划分为10区、11区两个级别，详见表1-8。表1-8 爆炸性危险场所等级划分（2）爆炸性危险场所运用的电气设备。
爆炸性危险场所运用的电气设备，在运转过程中必须具备不引爆四周爆炸性混合物的性能。
防爆电气设备分为两大类：Ⅰ类为煤矿井下用电设备；Ⅱ类为除煤矿外的其他爆炸性气体环境。电气设备的防爆形式可分为以下几类：
①隔爆型电气设备（d）。
具有隔爆外壳的电气设备。隔爆外壳能承受已进入外壳内部的可燃性混合物内部爆炸而不损坏，并且通过外壳上的任何接合面或结构孔不会引燃一种或多种气体或蒸气所形成的外部爆炸性环境的电气设备外壳。
②增安型电气设备（e）。
在正常运行条件下不会产生电弧、火花的电气设备，采取一些附加措施以提高其安全程度，防止其内部和外部部件可能出现危险温度、电弧或火花的电气设备。
③本质安全型（本安型）电气设备（i）。
本质安全通常指某个系统，而不是指某个设备。人们通常说一个变送器或传感器是本质安全时，是一种简化说法，实际上本质安全指变送器或传感器经电缆与关联设备（安全栅等）组成的本质安全系统。
2）安装防爆
在爆炸性危险场所装置仪表必须符合下列要求：（1）爆炸性危险场所运用的仪表、电气设备和安装资料如接线盒、分线盒、端子箱等，必须具有经国家授权机构签发的防爆合格证，安装前要检查其规格、型号能否符合设计请求，其外观应无损伤、裂纹。（2）在爆炸性危险场所也可设置正压防爆的仪表箱，内装非防爆型仪表及其他电气设备。仪表箱的通风管必须保持畅通，在送电前，应通入箱体积5倍以上的气体进行置换。
3）检修防爆
在检修、维护、拆装以及运转中，若该场所已有爆炸性物质或与空气混合构成爆炸性混合物，工作时应采取防爆措施。（1）应经常检查维护，定期查看仪表外观、环境（温度、湿度、粉尘、腐蚀）、温升、振动、安装是否牢固等。（2）对隔爆型仪表，在通电时停止维修，切不可翻开接线盒和观察窗，需开盖维修时必须先切断电源，绝不允许带电开盖维修。（3）维修工具要适宜，不得产生冲出火花，所运用的测试仪表应为经过审定的隔爆型或本质安全型仪表，以避免测试仪表引起诱发性火花或把过高的电压引向不恰当部位。
2.防腐蚀和防热防冻
在实际工作环境中，许多仪表设备均露天布置，如压力表、温度表等。在安装时，应采取必要的防腐防冻措施，以保证仪表设备安全、长久地运行。
1）防腐蚀措施
在实际工作环境中，许多仪表设备均露天布置，如就地仪表、变送器、执行器以及仪表管路等，应采取必要的防腐措施，以保证仪表设备安全、长久地运行。
腐蚀是环境作用下引起的破坏和变质。金属或合金的腐蚀，主要是化学作用或电化学作用引起的破坏，有时还同时包含机械、物理或冲刷的破坏作用。仪表设备的防腐主要有以下几种措施：（1）直接接触介质的部分采用相应的耐腐材料，如节流装置、测温元件的保护套管，压力、差压变送器的测量机构，调节阀的流通部分。（2）在接触腐蚀介质的仪表零部件表面、内壁（包括喷涂、电镀、堆焊、衬里）涂覆耐腐材料，如调节阀阀体、阀芯、测温元件的保护套管、分析器的采样器室、孔板、喷嘴等。
一般现场施工防腐的主要方法是涂漆。对碳钢导管、管路支架、电缆桥架、电缆槽盒、电缆保护管、固定卡、设备支架等需要防腐的结构，在外壁无防腐层时，均应进行涂漆处理。
2）仪表及设备的防冻
随着气温的逐渐下降，尤其北方的冬天，当被测介质通过测量管线传送到变送器时，常出现环境温度过低发生冻结、凝固、析出结晶等现象，因环境温度过低而超出使用仪表的正常工作温度区间，直接影响仪表测量显示的准确性。
仪表的防冻主要有以下几种措施：（1）做好室外仪表管道的表面保温工作，即用保温材料将仪器仪表易冻或怕冻的部位包起来，可用棉布、锡纸或铁丝进行包裹。（2）采用蒸汽伴热措施，使用蒸汽暖气保温。铜管导热性较好，利用铜管将极少部分的蒸汽由蒸汽母管引出，与仪表测量管道进行捆绑，伴热管好比保护箱内的“暖气”一样，利用散发出来的热量来给仪表“取暖”，对仪表进行防寒、防冻。这也是避免仪表防冻最为主要的方法。（3）做好现有保温层的维护工作。随着气温的下降，通过日常点检做好管道外部保温层检查工作，及时发现问题并进行修复，防止包装的保温材料破损影响设备运行。
3）防热措施
当环境温度过高时，被测介质通过测量管线传送到变送器，测量管线内的被测介质在较高温度下会发生汽化，为此，必须对仪表保温箱和仪表测量管线进行防热处理。这时应用仪表保温箱和其他相应设备及措施采取防热式绝热保温。
3.防振及防水
1）防振措施
安装仪表的管道或地面不应有强烈的振动，特别是一体型仪表，如果有强烈的振动，容易损坏仪器。
可以通过增设缓冲器或节流器、安装橡皮软垫吸收振动、加入阻尼装置、选用耐振的仪表等措施对仪表进行防振保护。
2）防水措施
室外安装的仪表经常因为进水而损坏，因此室外仪表接线时需做防水处理，仪表应安装在干燥通风的地方，避免潮湿、容易积水受淹的场所，还应尽量避免阳光直射和雨水直接淋湿。任务实施
根据给定仪表及环境，分析仪表的使用环境，并根据环境说明仪表的基本防护措施。
在工作现场有一电气压力仪表，用来测量水蒸气的压力，工作温度是-20～30℃，仪表周边有大型电动机，电动机工作时振动较大，分析仪表的使用环境，分析仪表应采用的基本防护措施及原因。教师验收
项目成绩按表1-9进行考核。表1-9 热工测量仪表的分类和防护项目评分表巩固练习（1）简述热工仪表基本组成及各部分作用。（2）仪表防护措施有哪些？简述防护措施的具体方法。（3）评价仪表质量优劣的标准有哪些？怎样才算是合格的仪表？（4）测量误差的种类有哪些？它们是如何产生的？项目二 压力测量仪表使用及检修项目介绍
压力或压差是火电厂生产过程的重要参数之一，压力测量对电力生产正常进行至关重要，生产中监视和控制压力，对保证工艺过程的安全和经济有重要意义。例如，要使锅炉、汽轮机以及辅机设备等安全、经济地运行，就必须对生产过程中的水、汽、油、空气等工质的压力进行测量，以便对火电生产过程进行监视和控制。如果压力测量不准，控制不好，就有可能出现产量不高，甚至锅炉爆炸的严重后果。
在火电生产过程中，被测压力值的范围也比较宽，约1kPa～30MPa，如凝汽器内的真空、炉膛负压、主蒸汽压力、给水压力、油压和风烟压力等。测量压力的仪表称为压力表、压力计或压力传感器、压力变送器。
本项目的任务是培养学员对压力测量系统的整体构成的了解，并使学员具备压力测量仪表使用、检修及校验的能力，养成依据规程开展压力测量仪表使用及检修工作的职业习惯。
教学环境
教学场地是热工仪表一体化教室。学员在多媒体教室进行相关知识的学习，小组工作计划的制订，实施方案的讨论；在热工仪表一体化教室依据规程进行压力仪表的使用、检修及校验。任务一 压力测量仪表基本认识任务目标（1）能掌握压力的概念、单位及表示方法。（2）能理解压力测量仪表的分类和特点。（3）能进行压力测量仪表的基本型号识别。（4）初步理解压力测量仪表的选择方法。任务要求
压力测量仪表认识的工作任务，是使学员掌握压力的各种表示方法及相互计算，能够进行各种压力单位的换算，理解压力测量仪表的型号，初步掌握压力仪表的选择方法。相关知识学习一、压力测量概述
1.压力的概念、单位及换算
工程上说的压力是指介质（液体或气体）垂直而均匀地作用在单位面积上的力，即物理学中的压强。可由下式表示：式中 p——工程上的压力； F——垂直作用力； S——受力面积。
国际单位制（代号为SI）规定压力的单位为帕斯卡，简称为帕，2符号为Pa。当F的单位取牛顿（N），S的单位取平方米（m）时，21Pa=1N/m。压力单位的换算关系为：361MPa=10kPa=10Pa
目前，工程技术中仍常用的单位还有工程大气压、物理大气压、巴、毫米水柱、毫米汞柱等，它们的换算关系如表2-1所示。表2-1 压力单位换算表
2.压力的表示方法
在工程上，被测压力通常有绝对压力、表压力和负压（真空度）之分。三者关系见图2-1。（1）绝对压力：是指作用在单位面积上的全部压力，用来测量绝对压力的仪表称为绝对压力表。绝对压力用p表示。（2）大气压力：指地球表面的空气因自重所产生的压力。大气压力用p表示。a
标准大气压，在标准大气条件下海平面的气压，其值为101.325kPa，记作atm。（3）表压力：表压力是指用一般压力检测仪表所测得的压力，用p表示，它是以大气压力为参考零点的压力：ep=p-pea
当被测压力低于大气压时，常用负压力代替表压力，用p表示，d它是大气压力和绝对压力之差：图2-1 绝对压力与表压力的关系示意p=p-pda
由于各种工艺设备和测量仪表通常是处于大气之中，本身就承受着大气压力，所以工程上经常用表压或负压力表示压力的大小，如无特殊说明，以后提到的压力均指表压力或负压力。二、压力测量仪表的分类
目前工业上常用的压力检测方法和压力检测仪表很多，根据敏感元件和转换原理的不同，一般分为四类。
1.液柱式压力检测
液压式压力测量仪表常称为液柱式压力计，它是以一定高度的液柱所产生的压力，与被测压力相平衡的原理测量压力的。大多是一根直的或弯成U形玻璃管，其中充以工作液体（图2-2）。图2-2 U形管压力测量原理
常用的工作液体为蒸馏水、水银和酒精。因玻璃管强度不高，并受读数限制，因此所测压力一般不超过0.3MPa。此构造的液柱压力计结构简单，使用方便，测量精度高，但不便于读数和远传，测量量程也受到一定的限制，一般在实验室或工程实验上使用。
2.弹性式压力检测
弹性式压力检测是根据弹性元件受力变形的原理，将被测压力转换成位移进行测量的。常用的弹性元件有弹簧管、膜片和波纹管等。
3.电气式压力检测
电气式压力检测是利用敏感元件将被测压力直接转换成各种电量进行测量的仪表。代表性产品有压电式、压阻式、振频式、电容式和应变式等压力传感器所构成的电测式压力测量仪表。精确度可达0.02级，测量范围从数十帕至700MPa不等。
4.活塞式压力检测
活塞式压力检测是根据液压机液体传送压力的原理，将被测压力转换成活塞面积上所加平衡砝码的质量来进行测量。活塞式压力计的测量精度较高，允许误差可以小到0.05％～0.02％，普遍被用作标准仪器对压力检测仪表进行检定。本项目主要介绍弹性式压力仪表和电气式压力仪表。
现将各类压力计（表）的主要技术性能列于表2-2中。表2-2 常用压力计（表）主要技术性能
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]