1、第一章 溫度測量在反應堆的運行控制中，溫度是一個非常普遍而且非常重要的熱工參數(shù)。它遍布在反應堆各個系統(tǒng)的角角落落，為反應堆的控制起著一個基礎(chǔ)但重要的作用。溫度測量儀表根據(jù)其測量原理的不同，可以分為：利用固體、液體受熱膨脹的性質(zhì)的膨脹式溫度計（又分為液體膨脹式和固體膨脹式溫度計)，利用封閉在固定容積內(nèi)的氣體、液體或低沸點液體的飽和蒸汽受熱膨脹或壓力變化的性質(zhì)的壓力表式溫度計(分為氣體式、液體式和蒸汽式溫度計)，利用導體或半導體受熱時電阻式變化的性質(zhì)的電阻溫度計，利用物質(zhì)的熱電性質(zhì)的熱電高溫計，以及利用物體熱輻射的性質(zhì)的輻射高溫計（分為光學式、輻射式和比色式溫度計）。不同種類的溫度計不僅利用測量介

2、質(zhì)的性質(zhì)不同而且測量范圍也有所區(qū)別，比如輻射式溫度計要求測量物體溫度較高。在反應堆中常用的溫度計只有兩種，分別是熱電偶式溫度計和熱電阻式溫度。第一節(jié) 熱電偶的工作原理及應用當兩種不同性質(zhì)的導體相接觸構(gòu)成一個閉合回路，由于兩接觸點溫度不同，在回路中就會有熱電動勢存在，這種現(xiàn)象稱為熱電效應，這兩種導體就被稱為熱電偶。在實際測量中，兩金屬往往只有一端接觸，相接觸的這一端稱為測溫接點或者熱接點，而不接觸的另一端稱為冷接點。熱電偶回路熱電勢只與組成熱電偶的材料及兩端溫度有關(guān)；與熱電偶的長度、粗細無關(guān)。圖1.1 熱電偶由于熱電偶測量是以冷接點的溫度作為基準的，因此冷接點溫度的變化會給熱電偶溫度的測量帶來誤

3、差。為了消除上述誤差，在實際應用中常采取補償?shù)姆椒ǎ缋浣狱c溫度校正法、冷接點恒溫法、補償導線法和補償電橋法。（一）冷接點溫度校正法 如果冷接點溫度不是零度，而是一個不變或者變化很小的數(shù)值可以采用冷接點溫度校正法。熱電偶刻度數(shù)值表是在冷接點溫度為0的時候刻度的，而當工作溫度為某值t0時，測得的電動勢會和冷接點溫度為0時有所差別。這時我們可以利用熱電偶的中間溫度法則進行校正。即當熱電偶熱接點溫度為t，冷接點溫度為t1，某一中間溫度為t0，則有：E(t,t1)=E(t,t0)+E(t0,t1)，這時我們可以先測得工作溫度t0的值， 然后由熱電偶刻度數(shù)值表查出E(t0,0)的值，然后測得在工作溫度為

4、t0時的熱電動勢的值E(t,t0)，把而這兩項相加再查表就可得到熱接點的溫度，其中E(t,t0)就被稱為冷接點溫度校正值。（二）冷接點恒溫法 冷接點恒溫法是利用冷接點溫度保持恒定或者波動不大來進行溫度補償?shù)?。冷接點保持恒溫的常用方法有：冷接點放在盛油容器里，利用油的熱惰性來維持近似恒溫或者放在冰水混合物中來取得冷接點的0，或者放在電加熱恒溫器內(nèi)。這種方法多利用在實驗室里，而在生產(chǎn)現(xiàn)場使用很少。圖1.2 冷端放在冰水混合物中的熱電偶溫度測量（三）補償導線法 測量儀表往往會將導線引至溫度恒定或變化不大的地方，這樣我們可以想到將熱電偶的冷接點通過導線延長到溫度較為恒定的地方，再進行校正。考慮到成本，

5、我們要找到價格比較低廉的金屬作為補償導線，同時又要保證在測量范圍（0-100）內(nèi)，補償導線組成的熱電偶的熱電性質(zhì)要與主熱電偶完全相同，如采用銅康銅絲作為鎳鉻鎳硅合金的補償導線。補償導線使用時需注意：各種補償導線只能與相應型號的熱電偶匹配使用；補償導線與熱電偶連接點的溫度，不得超過規(guī)定的使用溫度范圍；（四）補償電橋法補償電橋由普通電阻R1,R2,R3和熱敏電阻Rt組成。在正常工作溫度下，如20時，電橋處于平衡狀態(tài)，電橋頂點a,b兩點電勢相等。當周圍溫度變化時，電橋頂點a,b將出現(xiàn)電位差E1，此電勢差是由冷接點溫度變化所引起的。同時又由于熱敏電阻的電阻值Rt的變化，使得電橋不再平衡a,b將出現(xiàn)電位

6、差E2。電位差E1和E2大小相等方向相反而相互抵消，所以加上補償電橋后就能補償熱電偶冷接點溫度變化的影響。圖1.2 補償電橋電路在四種補償方法中，補償導線和補償電橋法是工業(yè)中使用最廣的，而且在應用中往往是一起使用的。第二節(jié) 測溫電阻熱電阻是利用導體或半導體的電阻值隨溫度的變化而改變的原理來測溫的。熱電阻溫度計具有測量精度高，電阻變化與溫度線性關(guān)系好的特點。反應堆中常用的熱電阻有鉑電阻、銅電阻等。一般金屬的電阻值會隨著溫度升高而增大，在某個溫度范圍內(nèi)，阻值Rt與溫度之間的關(guān)系是：Rt=Rr×1+a（t-tr) ，其中Rr是在溫度tr下的電阻值，即R=t。熱電阻的測溫電路有兩線制、三線制

7、及四線制三種形式，如圖1.3所示。圖1.3 熱電阻溫度計的三種接法第二章 壓力測量在反應堆中，壓力參數(shù)關(guān)系到反應堆的運行控制與安全，同時流量液位等參數(shù)的測量有時也轉(zhuǎn)化為壓力測量，因此壓力也是反應堆儀表測量的一個重要參數(shù)。壓力分為絕對壓力和表壓力，其中絕對壓力是以絕對真空（壓力為0）為基準測量的，而表壓是以大氣壓作為基準測量的。絕對壓力值Pabs與表壓壓力值Pg之間的關(guān)系是：Pabs=Pg+Pat，這里Pat是指大氣壓力。常用的壓力測量儀表按照其工作原理可以分為液柱式、機械式、活塞式和電氣式等。第一節(jié) 液柱壓力計液柱壓力計是通過測量被測壓力與大氣壓力不同所導致的液位高度之差，來測定壓力或差壓的。

8、液柱壓力計中最常用的是U形管壓力計。其原理如圖2.1所示。U形管的一端與大氣連通，另一端與需要測量壓力的容器相連。在U形玻璃管中加入液體后，如果被測壓力和大氣壓力不同，U形管左右兩側(cè)便會有液面差出現(xiàn)，設(shè)液體的比重為cm3,壓力P可由下式給出：P=P1P2 =g(h1+h2)， 圖2.1 U形管壓力計h為液柱高度差。常使用的工作體有水、酒精、苯和水銀。將U形管壓力計的一根管子做成容積的形式，它的截面積比另外一根管子大得多，這就是單管壓力計。單管壓力計由于容積內(nèi)工作液體高度變化很小，故可以舍去不計，因此只需讀得細管段液柱高度的變化就可以計算出表差。因此與傳統(tǒng)U形管壓力計相比，只需讀一次數(shù)，減小了讀

9、數(shù)誤差。圖2.2 單管型壓力計1測量管；2寬口容器；3刻度尺第二節(jié) 彈性式壓力計彈性式壓力計的工作原理是壓力會使彈性元件產(chǎn)生形變，這樣便可通過測量形變來得到壓力值。機械形變可以通過傳動機構(gòu)直接帶動指針指示壓力（或壓差），也可以通過某種電氣元件組成變送器，實現(xiàn)壓力（或壓差）信號的遠傳。常用的彈性壓力計有布爾登管式壓力計、波紋管式壓力計和式壓力計特點是結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜、測壓范圍寬，測量精度也比較高，在生產(chǎn)過程中獲得了最廣泛的應用。圖2.3 各種彈性壓力計原理圖彈簧管 又稱波登管(法國人波登發(fā)明)壓力表在彈性式壓力表中歷史悠久，應用廣泛。 彈簧管壓力表中壓力敏感元件是彈簧管。彈簧管的橫截面呈非圓形

10、（橢圓形或扁形），彎成圓弧形的空心管子，如圖2.4所示。 管子的一端為封閉，作為位移輸出端，另一端為開口，為被測壓力輸入端。當開口端通入被測壓力后，非圓橫截面在壓力p作用下將趨向圓形，并使彈簧管有伸直的趨勢而產(chǎn)生力矩，圖2.3 彈簧管壓力計結(jié)構(gòu) 圖2.4 彈簧管壓力計工作原理第三節(jié) 活塞式壓力計活塞式壓力計是通過受壓部位的活塞移動和砝碼重量平衡來測定壓力。它的測量精度很高，允許誤差可小到0.05%0.02%。但結(jié)構(gòu)較復雜,價格較貴。一般作為標準型壓力測量儀器，在彈簧壓力表的校正和刻度中，而在工業(yè)實用中應用較少。第四節(jié) 電氣式壓力計電氣式壓力計是利用某些電學元件在受力情況下某種電物理性能的改變來

11、測量壓力的，例如：利用導體在外界壓力影響下電阻發(fā)生變化的性質(zhì)的電阻式壓力計（如金屬應變式壓力計）；利用某些晶體在一定方向有變形時會產(chǎn)生靜電荷（即壓電效應)的壓電式壓力計；利用電容在受力情況下彈性膜片的變形改變了兩膜片之間的距離，進而改變電容值的性質(zhì)的電容式壓力計；利用鐵磁物體收到機械力后其磁效應會發(fā)生改變的現(xiàn)象（壓磁效應）的壓磁式壓力計。差動電容差壓變送器包括差動電容（測量部分）和轉(zhuǎn)換放大電路兩部分組成，差動電容的作用是將壓力轉(zhuǎn)換成電容比，轉(zhuǎn)換放大電路的作用就是將電容比提取出來，并轉(zhuǎn)變成DC 420mA輸出。1151型電容式差壓變送器是該類變送器的典型產(chǎn)品。第三章 流量測量流量測量方法大致可以

12、歸納為以下幾類：(1)利用伯努利方程原理，通過測量流體差壓信號來反映流量的差壓式流量測量法；(2)通過直接測量流體流速來得出流量的速度式流量測量法；(3)利用標準小容積來連續(xù)測量流量的容積式測量；(4)以測量流體質(zhì)量流量為目的的質(zhì)量流量測量法。第一節(jié) 差壓式流量計差壓式流量計基于在流通管道上設(shè)置流動阻力件，流體通過阻力件時將產(chǎn)生壓力差，此壓力差與流體流量之間有確定的數(shù)值關(guān)系，通過測量差壓值可以求得流體流量。最常用的差壓式流量計是由產(chǎn)生差壓的裝置和差壓計組合而成。產(chǎn)生差壓的裝置有多種型式，包括節(jié)流裝置：如孔板、噴嘴、文丘利管等，以及動壓管、均速管、彎管等。其他型式的差壓式流量計還有靶式流量計、浮

13、子流量計等。1. 節(jié)流式流量計(1) 節(jié)流式流量計測量原理根據(jù)流體力學的伯努利定理，有:1-節(jié)流元件；2-引壓管路；3-三閥組；4-差壓計 圖3.1 節(jié)流式流量計結(jié)構(gòu)圖P1+2ru12=P2+ru222 由流量連續(xù)性原理，有：u1×A1=u2×A2 令m=A2A1,聯(lián)立方程，可解得，P1、P2截面1和2上流體的靜壓力；u2=1-m2×2P1-P2r圖3.2 流體在節(jié)流元件前后參數(shù)的變化 P1、P2截面1和2上流體的靜壓力；u1、u2截面1和2上流體的流速；A1、A2截面1和2的面積；所以體積流量QV=u2×A2=A2-m2×2P1-P2r 同時

14、引入流量系數(shù)C和流體通過節(jié)流裝置時密度變化的修正系數(shù)對上式進行修正，得： QV=CeA2-m2×2P1-P2r=aeA2×2P1-P2r、(a)標準孔板 (b)噴嘴圖3.3 常用的節(jié)流裝置 (c) 文丘里管節(jié)流式流量計的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，無可動部件；可靠性較高；復現(xiàn)性能好；適應性較廣，它適用于各種工況下的單相流體，適用的管道直徑范圍寬，可以配用通用差壓計；裝置已標準化。缺點是安裝要求嚴格；流量計前后要求較長直管段；測量范圍窄，一般范圍度為3:1；壓力損失較大（文丘里管壓力損失最小，而孔板壓力損失最大）；對于較小直徑的管道測量比較困難 ；精確度不夠高(±1% 

15、7;2%)。2. 轉(zhuǎn)子流量計轉(zhuǎn)子流量計也是利用節(jié)流原理測量流體的流量，但它的差壓值基本保持不變，是通過節(jié)流面積的變化反映流量的大小，故又稱恒壓降變截面流量計，也有稱作浮子流量計。轉(zhuǎn)子流量計可以測量多種介質(zhì)的流量，更適用于中小管徑、中小流量和較低雷諾數(shù)的流量測量。浮子流量計具有結(jié)構(gòu)簡單，使用維護方便，對儀表前后直管段長度要求不高，壓力損失小且恒定，測量范圍比較寬，工作可靠且線性刻度，可測氣體、蒸汽(電、氣遠傳金屬浮子流量計)和液體的流量，適用性廣等特點。浮子流量計的測量本體由一根自下向上擴大的垂直錐管和一只可以沿著錐管的軸向自由移動的浮子組成。 圖3.4浮子流量計原理 如圖3.4所示。當被測流體

16、自錐管下端流入流量 1錐管；2浮子；3環(huán)隙 計時，由于流體的作用，浮子上下端面產(chǎn)生一差壓，該差壓即為浮的上升力。當差壓值大于浸在流體中浮子的重量時，浮子開始上升。隨著浮子的上升浮子最大外徑與錐管之間的環(huán)形面積逐漸增大，流體的流速則相應下降，作用在浮子上的上升力逐漸減小，直至上升力等于浸在流體中的浮子的重量時，浮子便穩(wěn)定在某一高度上。這時浮子在錐管中的高度與所通過的流量有對應的關(guān)系。 轉(zhuǎn)子流量計按結(jié)構(gòu)分為玻璃管轉(zhuǎn)子流量計和金屬管轉(zhuǎn)子流量計。玻璃管轉(zhuǎn)子流量計主要由玻璃錐形管、轉(zhuǎn)子和支撐結(jié)構(gòu)組成，流量示值刻在錐形管上 。金屬管轉(zhuǎn)子流量計的錐形管采用金屬材料制成，其流量檢測原理與玻璃 管轉(zhuǎn)子流量計相同

17、。金屬管轉(zhuǎn)子流量計有就地指示型和電氣信號遠傳型兩種 。圖3.5 遠傳式浮子流量計 1浮子；2錐管；3支桿； 4鐵芯；5線圈3.彎管流量計彎管流量計是一種可用于任何工藝管道流量測量的裝置。設(shè)彎管直徑為D，彎管中心線半徑為R，流體密度為，根據(jù)彎管流速面積分布定律和流體能量守恒定律可推導出體積流量QV與流體差壓p的理論關(guān)系式：D2R-Dp QV=2p.rRD22æD2çR-R-ç4èö÷ ÷ø圖3.6 彎管流量計第二節(jié) 速度式流量計速度式流量計的測量原理均基于與流體流速有關(guān)的各種物理現(xiàn)象，儀表的輸出與流速有確定的關(guān)系，即

18、可知流體的體積流量。典型的速度式流量計有渦輪流量計，渦街流量計，電磁流量計和超聲流量計。這里介紹渦街流量計和電磁流量計。1.渦街流量計渦街流量計屬旋渦流量計類型，它是利用流體振蕩的原理進行流量測量。 在均勻流動的流體中，放置一根其軸線與流向垂直的非流線性柱形體(加三角柱、圓柱等)，稱為漩渦發(fā)生體。當流體沿漩渦發(fā)生體繞流時，會在其兩側(cè)會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向相反、交替出現(xiàn)的漩渦，當每兩個旋渦之間的縱向距離 h 和渦列間橫向距離 L 滿足一定的關(guān)系，即 h / L = 0 . 281 時，這兩個旋渦列將是穩(wěn)定的，稱之為“卡門渦街”。圖3.7 卡門渦街示意圖漩渦體產(chǎn)生頻率f與流速u的關(guān)系：f=StQV=uA=u,則體積流量dpD2fdæ4Stdöç1-1.25÷Dø，其中為漩渦產(chǎn)生的頻率，u為流體流速； d為漩è渦發(fā)生體的特征尺寸，St為斯特羅哈爾數(shù)，D為管道內(nèi)徑，A為在漩渦發(fā)生體處的流通截面積 。下面以三角柱渦街檢測器為例說明其測頻率原理，在三角柱