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1、2021年 1月 25日 第七章 壓力與壓差檢測儀表 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 章節(jié)內(nèi)容 7.1 壓力測量的基本知識 7.2 彈性式壓力計 7.3 壓力（壓差）變送器 7.4 壓力儀表在核電站的 應(yīng)用情況 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 7.1 壓力測量的基本知識 一、壓力的概念和表示方法 工程技術(shù)中的 壓力 是物理學(xué)中的 壓強 ，即垂直作用在物 體單位面積上的力的大小。 壓力的表示方法以其參考零點壓力的不同而不同，可以 分為絕對壓力和表壓力。 (1)絕對壓力 以參考零點所表示的壓力。 (2)表壓力 以大氣壓力為參考零點所表示壓力。 由
2、管道或容器中直接取出的兩個絕對壓力值的差值，通 常稱為差壓。 0PPP e 0PPPe 其中， P為絕對壓力； P0為大氣壓力； Pe為表壓力。 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 二、壓力的單位 壓力的單位是一個導(dǎo)出單位。由壓力的定 義可知壓力的單位會有多種。 1.帕斯卡（ Pa） 1Pa=1N/m2 2.工程大氣壓（ kgf/cm2） 3.巴（ bar） 4.毫米水柱（ mmh2o) 5.毫米汞柱（ mmHg) 6.磅力每平方英寸（ ibf/in2） 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 壓力單位的換算簡表 帕 (Pa) (N/m2) 工程大氣壓
3、(kgf/cm2) 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 (atm) 巴 (bar) 毫米汞柱 (mmHg) 毫米水柱 (mmH2O) 磅力每平 方英寸 (ibf/in2) 1 1.01972 10-5 9.85923 10-6 1 10-5 7.50062 10-3 1.01972 10-1 1.45038 10-4 9.8066 104 1 9.67841 10 -1 9.8066 10-1 7.35559 102 1 104 1.42233 101 1.01325 105 1.03323 1 1.01325 7.60 102 1.03323 104 1.46959 101 1 105 1.01927 9.8692
4、3 10-1 1 7.50062 102 1.01972 104 1.45038 101 1.33323 102 1.35951 10-3 1.31579 10-3 1.33322 10-3 1 1.35951 101 1.93368 10-2 9.80665 1 10-4 9.67841 10-5 9.8066 10-5 7.3556 10-2 1 1.42234 10-3 6.89467 103 7.0307 10-2 6.8046 10-2 6.89476 10-2 5.17149 101 7.0307 102 1 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 三、壓力測量儀
5、表 在生產(chǎn)過程中和實驗室里使用的壓力儀表種類很多。 對壓力儀表可以從不同的角度進(jìn)行分類。 按 被測壓力 可分為：壓力表、真空表、絕對壓力表、 真空壓力表等。 按 壓力表使用的條件 可分為：普通型、耐震型、耐熱 型、耐酸型、禁油型、防爆型等壓力表。 按 壓力表的功能 可分為指示式壓力表、壓力變送器。 按 壓力表的工作原理 可分為：液柱式壓力計、彈性式 壓力計、物性式壓力計、活塞式壓力計等。 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 7.2 彈性式壓力計 彈性式壓力計是生產(chǎn)過程中使用最為廣泛的一類壓力計。 彈性式壓力和壓差檢測儀表是根據(jù)彈性元件受壓后產(chǎn)生的 變形與壓力（壓差）大小有
6、確定關(guān)系的原理制成的。 就地顯示法（彈性壓力計）：感受壓力和壓差變化得 到的是機(jī)械位移量直接或簡單轉(zhuǎn)換后進(jìn)行顯示（不便 于遠(yuǎn)距離傳輸）。 電變送方法：利用電氣位移變換器將壓力和壓差產(chǎn)生 的彈性元件的機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換成某種電氣量，然后加 以傳輸。 電容式、電感式、力平衡式、波紋管式、膜片式、 壓阻式、霍爾式。 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 一、彈性元件 1、彈性元件 常見的測壓用彈性元件有 薄膜式 （含膜盒式）、 波 紋管式 、 彈簧管式 3類。每種彈性元件在結(jié)構(gòu)上又有不同 的形式，如膜片分為平面膜片、波紋膜片和撓性膜片等。 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科
7、學(xué)與工程學(xué)院 各種彈性元件的性質(zhì) 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 2.彈性元件的特性 (1)蠕變和疲勞形變 (2)彈性遲滯 (3)彈性后效 (4)輸出 - 輸入特性 (5)溫度的影響 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 二、膜盒壓力表 適用于測量微小壓力和真空。測量范圍一般在 -2000 4000Pa，精確度等級一般為 2.5級。 膜盒壓力表的結(jié)構(gòu)主要由膜盒、傳動機(jī)構(gòu)、調(diào)整機(jī) 構(gòu)、游絲指針、表盤等構(gòu)成 。 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 三、雙波紋管差壓計 雙波紋管差壓計在火力發(fā)電廠中主要用于流量和水 位測量指示記錄的二
8、次儀表。如果用于流量測量，差壓 計往往還帶有積算裝置。各種功能的雙波紋管差壓計測 量部分的作用原理都是相同的。測量的差壓值上限可達(dá) 0.4MPa，耐工作壓力上限可達(dá) 40MPa，精確度可達(dá) 1.0 1.5級。 雙波紋管差壓計主要由測量機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、記錄 機(jī)構(gòu)以及機(jī)械積算裝置等部分組成。 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 四、彈簧管壓力表 它可以測量壓力，也可以測量真空。按照使用的彈 簧管的種類可分為單圈和多圈彈簧管壓力表。按照適用 的條件可分為耐振型、耐熱型、耐腐蝕型、抗沖擊防爆 型以及專用壓力表等。它們的工作
9、原理是相同的。 種類： 1.單圈彈簧管壓力表 2. 多圈 (螺旋形 )彈簧管壓力表 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 7.3 壓力（壓差）變送器 壓力（壓差）變送器的種類主要包括： 電容式 電感式 雙波紋管式差壓計 力平衡式 霍爾式 膜片式 應(yīng)變式 壓阻式 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 一、電容式變送器 電容式壓力 (壓差 )變送器原理圖 1-固定極板； 2-感應(yīng)極板； 3-彈簧膜片 SC / / 1C SSC CC 時當(dāng) 1 / 式中， 極板間的介電系數(shù)； S 極板間的有效面積； 極
10、板間的距離。 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 電容式差動壓力（壓差）變送器 靈敏度提高 非線性大大降低 I I 3 電容式差動壓力變送器原理圖 1-感應(yīng)極板； 2、 3-固定極板； 4-絕緣墊片 元件結(jié)構(gòu)圖 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 電容式壓力和差壓變送器的測量電路 電容測量電路 (a)交流電橋法； (b)雙 T網(wǎng)絡(luò)法 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 二、力平衡式變送器 力平衡變送器 1-量程調(diào)整； 2-參考臂； 3-力桿； 4-密封撓曲件（支點）； 5-壓力外殼； 6-膜片； 7-壓力接頭； 8-力反饋線圈；
11、 9-環(huán)路電流； 10-放大器； 11-誤差檢出器。 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 三、雙波紋管式差壓計 雙波紋管式差壓計示意圖 1-連接軸； 2-單向受壓保護(hù)閥； 3-擋板； 4-擺桿； 5-扭力管； 6-芯軸； 7-量程彈簧； 8-中心基座； 9-阻尼閥； 10-阻尼旁路； 11-阻尼環(huán)； 12-填充液； 13-滾針軸承； 14-瑪瑙軸承。 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 SA KKPPP 121 2 其中， K 波紋管的剛度； A 波紋管的有效面積； K1 量程彈簧總剛度； S 連接軸的位移。 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)
12、核科學(xué)與工程學(xué)院 四、膜片式壓力變送器 膜片式發(fā)送器 差動變壓器 整流輸出電路 整流穩(wěn)壓電路 多頻諧蕩器 電源變壓器 二極管橋 式整流器 阻容濾波 穩(wěn)壓管 穩(wěn)壓 RP1 RP2 膜片式壓力（差壓）變送器原理圖 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 五、壓阻式壓力（差壓）變送器 組成：壓阻式壓力（差壓）傳感器、測量線路 工作原理：壓力（差壓）作用于壓阻式壓力（差壓）傳 感器，使其電阻值發(fā)生變化，再經(jīng)過測量線路將其電阻 值的變化量轉(zhuǎn)化為電壓或電流信號，從而測得被測壓力 （壓差）。 金屬： E很小， K= (1+2) 1.52 半導(dǎo)體： E比 (1+2)大的多 , K= E 50
13、100 ALR / )( L dLd R dR 21 d 21 EK KE L dL R dR )( )( 21 21 其中： 壓阻系數(shù)； 應(yīng)力。 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 測量線路的組成：惠斯頓電橋、供電電源和放大線路 惠斯頓電橋 R1， R3隨壓力增加而減小， R2， R4隨壓力增加而增加 。 其中， R為壓力（差壓）變化引起的電阻變化量； RT為溫度變化引起的電阻變化量。 電橋輸出與由于壓力引起的 電阻變化和電源電流成正比，與溫度無關(guān)。 D RI RRRIRRRIU TTSC 0 00 2 1 2 1 )()( )( TA D CA B C RRRR 2
14、恒流源供電 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 恒流源 源極跟隨電路 放大電路 傳感器 壓阻式壓力（差壓）變送器測量線路 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 7.4 壓力儀表在核電站的 應(yīng)用情況 一回路壓力測量的目的在于防止壓力過高使 設(shè)備受損，或防止壓力過低引起冷卻劑沸騰。此 外，反應(yīng)堆冷卻劑泵吸入口的壓力過低，可能引 起汽蝕，這是必須避免的。 反應(yīng)堆冷卻劑回路壓力同樣是反應(yīng)堆控制與 安全運行的重要參數(shù)之一，壓力傳感器一般是利 用液柱高度的改變或彈性元件位移的原理制成的 ，由于儀表液體與冷卻劑可能存在偶然相混的緣 故，液柱元件從未廣泛地應(yīng)用于堆芯或
15、殼體內(nèi)部 壓力的測量。通常是使用彈性敏感元件，如廣東 核電站使用的壓力和差壓變送器中的彈性元件為 波紋膜、波紋管及單晶硅等彈性元件。 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 冷卻劑壓力可用安裝在殼體內(nèi)部的敏感元件 來測量，也可以用延伸到殼體外部的引壓管接頭 相連接的敏感元件來測量。 壓水堆冷卻劑回路的壓力測量，通常是在穩(wěn) 壓器上安裝一個支管段，再從支管段上引出幾個 引壓管送至壓力變送器來測量冷卻計回路的壓力 。穩(wěn)壓器有七路壓力測量通道：兩路用于壓力調(diào) 節(jié)，三路向反應(yīng)堆保護(hù)系統(tǒng)提供壓力保護(hù)信息； 兩路用于校正壓力測量通道。 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 壓力測量按其量程可分為兩種：一種為啟動 和停堆過程中的寬量程測量；另一種是功率運行 期間的高起點窄量程測量。 寬量程變送器，量程為 020MPa, 在一回路 啟動和停堆階段，用它們來指導(dǎo)運行人員對反應(yīng) 堆冷卻劑壓力進(jìn)行控制。 窄量程測量，穩(wěn)壓器建立汽腔之后， RCP的 壓力測量由穩(wěn)壓器的壓力測量傳感器給出，它們 的量程為 11.018.0MPa,作為調(diào)節(jié)和保護(hù)信號。 第七章 壓力與壓差檢測儀表 華北電力大學(xué)核科學(xué)與工程學(xué)院 本章小結(jié) 重點 三種常見測壓彈性元件的特性； 電容式差壓變送器工作原理； 核反應(yīng)堆常用壓力儀表的種類以及工作原理。
壓力與壓差檢測儀表
