仪器仪表总结
仪表和控制系统概述
3.1电厂自动化的主要内容:自动控制、自动调节、自动保护、顺序控制、自动化管理。
3.2. 检测仪表的组成:传感器、变送器、显示装置、传输通道。
3.3核电厂I&C系统及其供电设备分级:安全级设备1E 、安全有关的设备SR 、非安全重要设备NS 。
3.4传感器的分类原则:是否属于保护系统、是否属于安全级、有无抗震要求。
3.5核电站保护系统要求保证核电站三道安全屏障完整性、自动控制、遵循单一故障原则考虑冗余。
3.6对IE 级设备基本要求:
1)功能保证要求:制定技术规格书,在设计、制造、安装、运行全过程中根据技术规格书检查仪表及供电设备。
2)可靠性保证要求:满足单一故障准则,必须采用冗余、实体分离、电气隔离和定期实验。
3)性能保证要求。
4)耐环境能力保证要求。
5)质量保证和质量控制要求。
3.7源量程、中间量程、功率量程探测器、堆芯出口温度监测系统属于IE 级。
3.8测量基本知识:
1)三要素:测量方法、测量单位、测量工具。
2)分类:直接、间接、接触、非接触测量。
3)误差表示:绝对误差:有单位、可正可负、不能反映测量准确度。相对误差:用百分数表示。
4)误差分类,特点,处理办法。
系统误差:在相同条件下对同一被测量进行多次测量时,误差的大小和符号或者保持恒定或者按一定规律变化。特点:误差大小和符号保持恒定或按一定规律变化,产生的原因往往可知或是可以掌握;处理办法:在技术上完全通过实验的方法予以消除或通过引入修正值方法加以更正。
随机误差:在相同条件下对同一被测量进行多次测量时,由于受到大量且微小的随机因素的因素而产生大小和符号没有一定规律且无法估计的测量误差。特点:大小和符号无一定规律且无法估计,通过实验方法无法消除;处理办法:通过等精度测量,利用概率论统计的方法,从理论上来估计随机误差对测量结果的影响。
粗大误差:由于测量者的粗心造成的误差。特点:数值往往超出在同等条件下所得的其他数值,严重歪曲测量结果;处理办法:一旦发现、予以剔除。
5)测量精度:精密度,准确度,精确度
6)误差计算:示值误差、基本误差、允许误差、精度等级。
3.9测量仪表的性能:
1)测量范围
2)灵敏度:输出信号的增量与对应输入信号的增量之比。
3)分辨率:表明仪表响应输入量微小变化的能力指标。
4)线性度:表明仪表输入-输出特性曲线对相应直线的偏移程度。
5)仪表的基本误差
6)仪表的允许误差
7)仪表的精度等级
8)仪表可靠性
9)仪表的动态特性
10)仪表的稳定性
3.10核电厂过程参数的特殊性:
1)能在严酷环境下长期工作的1E 级仪表:大亚湾分为K1、K2、K3级。K1是通过鉴定试验证明,能在地震以及反应对事故和事故后条件下正确执行其监测任务的安全壳内仪表;K2是经鉴定试验证明,能在地震情况下正确执行其监测任务的安全壳内仪表;K3是经鉴定试验证明,能在地震情况下正确执行其监测任务的安全壳外仪表。
2)高精度仪表
3)快速响应仪表
4)高可靠性和可用性仪表系统。
第四章 温度测量仪表
4.1热电偶:
1)组成:两种不同性质的导体或半导体组成闭合回路。
2)测温原理:在接触点两端处由于温度不同形成电势差,回路中有电流存在,通过测量电流的大小、反应温度的大小。
3)基本定律利用:
均质导体定律:有一种均质导体组成的闭合回路不论导体的截面积如何以及各处的温度分布如何,都不能产生热电势
中间导体定律:由不同材料组成的闭合回路中,当各种材料接触点的温度都相同时,则回路中热电势的总和等于零。
中间温度定律:热电偶在接点温度t,to 时的热电势等于该热点偶在接点温度为t,tn 和tn,to 时相应的热电势的代数和。
4.2. 冷端温度补偿的原因和方法:
原因:热电势的大小不仅与热端温度有关,与冷端温度也有关,只有在冷端温度恒定的额情况下,热电势才能正确反映热端温度大小,在实际应用中,热电偶冷端温度受设备和环境温度波动的影响较大,不可能恒定,为了消除冷端温度变化对测量的影响,必须对冷端温度加以处理。
方法:补偿导线法、计算法、仪表零点调整法、参比端恒温法、参比端温度补偿器。
4.3常用测量仪表可分为:接触式和非接触式两大类。镍铬-镍硅常用于堆内温度测量。铂电阻温度计用于管道上冷却剂温度测量。
4.4热电阻
1)原理:导体或半导体的电阻值随温度变化而变化的性质。
2)种类:铂电阻温度计、铜、铟、锰、炭温度计、半导体热敏电阻温度计。
)热电阻引线方法:工业常用三线制,目的是减小引线带入误差。精密仪表采用四线制。
4.5铂热电阻特点:精度高、稳定性好,在高温下容易被还原性气体污染,使铂丝变脆。
4.6铜电阻特点:价格便宜。缺点:容易氧化,使用温度上限180度。
第五章压力测量仪表
5.1弹性元件:弹簧管、膜片、膜盒、波纹管。膜片测量范围最大。
5.2压力表的分类:液注式压力表、弹性压力表、电气压力表、活塞式压力表。 液注式压力表:U 型管压力计,必须读两次。
5.3压力分类:绝对压力、表压力、大气压力
5.4原理:当压力作用于弹性元件上时产生弹性变形,压力的大小与弹性变形量成正比,通过测量弹性变形量反应压力大小。
5.5弹簧管:是非圆截面。原理:长短轴受力不同,短轴比长轴受力大,通过压力,短轴有拉伸趋势,非圆截面变圆趋势,自由端产生弹性位移,当导入正压时自由端向外移动,当导入负压时内移动。
5.6电感式压力变送器工作原理:以电磁感应原理为基础,利用线圈内磁通介质导磁率变化,将弹性元件的位移量转换成电路中的电感量或互感量的变化,再通过测量线路转换成相应的电压或电流信号
5.7差动电感变送器:线性度提高,灵敏度提高。
5.8电容式压力变送器工作原理:把压力转换成敏感元件的变形,进而转换成电容器的变化,通过测量电容器电容量的变化,从而测量出压力的大小。
5.9电感式压力变送器原理,优缺点及误差因素:
优点:结构简单,工作可靠,寿命长;灵敏度和分辨率高,传送器的输出信号强;重复性和线性度好,在一定范围内输出信号稳定;输出受温度变化影响小。
缺点:频率响应低,不适应快速动态;分辨能力与测量范围成反比。误差因素:电源电压及频率波动、温度变化的影响、线圈的电气及几何参数的不对称以及导磁材料的不对称及不均匀。
5.10核电厂压力测量仪表所处环境特点:
1)压力范围宽;
2)被测介质温度和一次变送器环境温度较高;
3)被测介质与周围介质多样化(液体、气体、蒸汽等);
4)由于射线的影响,一次变送器电路电气绝缘电阻下降,从而在电路中产生感应;一次变送器接到管道和设备上的可能性受严重影响;
5)被测介质柱在管中共振及其他动态现象,使脉动管传递测量信息时产生误差
5.11核电厂压力测量仪表使用注意事项:
1)安装不能靠近强发热表面,装在测量蒸汽压力或热的气体、液体等地方时,在连接管界面做一个环形或U 型弯路,形成由液体变冷而成的液封,避免仪表过热;
2)在运行的工艺设备上出测量脉动压力时,在压力管接头上安装专门的减震装置,其形式为小校正孔;
3)在测量腐蚀介质和粘稠介质的压力时,采用精选的带膜片分离器或专用分离器的装置,
从而预防有害能形成结晶、腐蚀或污染的介质流入敏感元件,被测压力作用在膜片上并通过隔离液体传给仪表敏感元件。
第六章流量测量仪表
6.1流量测量仪表分类:
差压式:标准节流装置,转子流量计,弯管流量计。
速度式:涡轮流量计、超声波电磁流量计。
容积式:椭圆齿轮流量计、腰轮流量计。
6.2节流装置的组成:节流件、测量管段、取压部件
6.3节流件:喷嘴、孔板、文丘里管。其中孔板压差最大
6.4取压方式:理论取压、法兰取压、径距取压、角接取压、损失取压。
6.5孔板常用角接,法兰。喷嘴只能用角接取压。
6.6标准节流件的使用条件:
1)仅仅适用于测量圆形截面管道中的单相、均质流体的流量;
2)要求流体充满管道,在节流件前后一定距离内不发生相变或析出杂质;
3)流体流速不大于音速;
4)流体的流动属于非脉动流,流体在流过节流件前的流速应与管轴线平行,不得有旋转流的存在。
6.7弯管流量计:
原理:稳定流动的流体通过弯管时,由于离心力的作用在弯管内、外壁上产生压力差。曲率半径一定的90°弯管,在离开其弯曲中心最远位置和最近位置所测得压力差的平方根正比于流体的流速,即正比于流体流量。
特点:对给定流量所产生的压差有良好的复现性,无压力损失,安装方便,价格低廉。
6.8转子流量计:
结构:锥管和浮子组成。
原理:当液体自下而上流动时,在浮子前后的压差作用下会产生使浮子上升的力,当浮子的上升力大于浮子自身重力时,浮子上升,随着浮子的上升作用在浮子上的上升力减小,直到上升力等于浮子重力时,浮子就稳定在某一高度H 的位置上,该高度H 就代表流过流量计的流量值。
要求:测气体时取压口在工艺管道上,垂直安装。
特点:恒压降、变截面。灵敏度高,压损不明显,结构与运行简单,可用于有害液体和气体的测量
6.9涡流流量计:
结构:由涡轮、轴承、导流器组成。
原理:当被测流体通过流量计时,冲击涡轮叶片,使涡轮旋转在一定流量范围内,一定粘度下,涡轮的流速与流体流量成正比。当涡轮转动时,涡轮上由导磁不锈钢制成的螺旋叶片轮流接近于管壁上的检测线圈,周期性的改变检测线圈磁电回路的磁阻,使通过线圈磁通量发生周期性的变化,这时检测线圈产生与流量成正比的脉冲信号,单位时间内的脉冲数反映了流量大小。
特点:测量精度高,测量范围宽;动态响应好;压损小,耐高温高压,可远传信号;但最适宜测的比较洁净的低粘度液体。不能测高粘度,混有固体颗粒的液体,强腐蚀性介质,气液两相介质和蒸汽等
6.10超声波流量计:
原理:根据超声波在流体中顺流传播速度与逆流传播速度之差来测流体流速,进而测得流体流量。
特点:非接触式流量计,仪表可装在管外,不用破坏管道,其价格不随管道口增大而增大,特别适合与大口径管道的液体流量测量;仪表动作快,传感器可靠,可以测量任何液体和气体流量。
注意事项:容积流量要加以修正;仪表前后必须要有足够的直管道;注意流体中可能会有气泡,未充满的空气层等对声波的干扰,以及泵和其它声源所混入的超声杂音的干扰。
6.11电磁流量计使用注意事项:
1)应安装在没有强磁场的环境,附近没有大的用电设备。
2)流量计要有良好的接地。
3)流量计垂直安装,被测流体自下而上流动,以避免沉积物或汽泡的积存。
4)流量计应有一段直管段。
5)变送器应加旁路管,以便维修和零点调正。
6)信号线要单独穿入,并用屏蔽线。
7)被测液体的流动方向应为变送器规定方向。
8)被测液体应具有导电性。
第七章液位测量仪表
7.1差压式液位计的工作原理:把液位高度的变化转化成差压的变化。详细:依据液体重量所产生的压力进行测量,液体对容器底面产生的静压力与液位高度成正比,通过测量压力即可算出液位。
7.2差压式液位计测液位时零点迁移是什么含义:测量时压力表及压力变送器的安装与容器底部位于不同高度时,容易引入静压,为了清除这个静差将原来仪表输入的高度向正或向负移动这就是零点迁移。
7.3浮子液位计原理:利用液位计量装置敏感元件浸入液体产生的浮力,利用力的平衡来测量液位。
7.4电阻式液位计原理:是把容器中液位的变化转变成测量电路上电阻的变化。
7.5电感式液位计原理:将液位的变化转变成套管加液体电路的阻抗变化,从而引起测量线圈电流的变化,电流反应出容器中的液位。
第八章特种传感器
8.1压电效应:对于某些电介质物体,在沿一定方向对其施加压力或拉力而使之变形时,其内部会产生极化现象,使物体的两个表面产生符号相反的电荷,当外力去掉之后,它又会恢复到不带电状态。物体产生的电荷量与外力大小成正比,电荷的极性随外力方向改变而改变,这种现象成为压电效应。
8.2涡流效应:当通过金属导体的磁通发生变化时,就会在金属力产生感应电动势,该电动
势在金属导体中将产生电流,电流的流线会形成闭合回路,通常成为电涡流,此现象成为电涡流效应。
8.3振动测量的内容
振动基本参数的测量,即振动物体上某点的位移、速度、加速度、频率、相位;机构或部件的动态特征的测量,即以某种激振力作用在被测物体上,使它产生受迫振动。测量输入和输出从而确定被测件的固有频率、阻尼、刚度和振型等参数。
8.4振动测量的方法电测法、机械法、光学法。
8.5测量系统组成:拾振器、放大器、测量信号分析单元、数据及信息处理单元。
8.6差动变压器位移测量仪表的工作原理:利用可测压力位移转化为原边对副边绕组互感系数的变化,从而使位移量转换为相应的电信号输出。
8.7差动变压器在核电站中的应用:燃料元件轴向膨胀或收缩测量,燃料元件弯曲度的测量,控制棒或燃料元件振动的测量,控制棒棒位测量。
8.8. 电涡流仪表测量位移的原理:被测导体的位移使线圈与被测体中间距离变化,从而引起线圈电气参数的变化,因此通过测量线圈电气参数的改变即可知道距离变化,从而测出被测物体的位移。
8.9. 电涡流仪表测量转速的原理:在转动轴上开一个键槽,靠近轴表面安装电涡流传感器,轴转时便能检测出传感器与轴表面的间隙变化,从而得到与转速成正比的脉冲频率信号
8.10电感式位移测量仪表的原理:把部件的位移量转变成电感器的系安全回路的磁阻的变化,从而导致电感器的电感量的变化,通过测量电感的变化量来反应出被测物体的位移量。
8.11转速测量方法:频率计数法、模拟法、比较法。