核电站现场仪表概论

[摘 要]本文主要介绍了核电站仪表的主要类型、仪表结构示意图、工作原理等基础知识。

[关键词]核电站；仪表

中图分类号：TM933.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0098-02

1 前言

核电站仪表繁多，但是主要类型为温度仪表、压力仪表、流量仪表、液位仪表等。结合核电站实际情况，图文并茂地介绍下核电站仪表的分类、原理、结构等基础知识。

2 仪表分类

按测量参数分：温度、压力、流量、物位、成分分析、汽轮机振动、转子轴向位移、膨胀及胀差、转速、剂量（α、β、γ计）等。

按用途分：标准仪表、实验室仪表、工程用仪表。

按显示特点分：指示、记录、积算、数字、屏幕显示仪表。

按工作原理分：机械式、电气式、电子式、化学式、气动式、液动式。

按安装地点分：就地安装和盘上安装仪表。

按使用方式分：固定式和携带式仪表。

3.1 温度计分类

膨胀式温度计：①液体膨胀式：水银、酒精温度计；②固体膨胀式：双金属温度计。

压力表式温度计：如气体式温度计、液体式压力式温度计、蒸汽式压力式温度计等。

热电阻：利用导体或半导体受热电阻值变化的性质。如铂、铜、铟、锰、碳电阻等。

热电偶：利用物体的热电性质。如铂铑-铂，镍铬-镍硅、镍铬-铜镍等。

辐射式温度计：利用物体辐射能随温度变化的性质。如光学、比色、红外等。

3.2 热电偶

把两根不同导体或半导体线状材料的一端焊接或绞接好，放在被测温度处，这端称为热电偶的热端（也称工作端、测量端），另一端与仪表连接，称为冷端（也称自由端）。详见图1。

3.3 热电阻

导体和半导体的电阻值随温度变化而变化。

3.4 双金属温度计

利用两种热膨胀系数不同的金属片叠焊在一起，外加金属管。

3.5 温度取源部件安装

温度计安装的连接形式有螺纹连接或者法兰连接。

温度计安装方式：（1）垂直管道，用直形连接头；（2）斜向管道，用角形连接头；（3）弯头处；（4）带扩大管。

4.1 压力表分类

按测量参数的范围分：气压表（测大气压）、压力表（测量较大的正表压力）、真空表（测量负压力）、压力真空表（测量较小的正压力和真空）、微压计（测量250Pa以下的压力，负压或差压）等。

按仪表工作原理分：液柱式、活塞式、弹性式、电气式。

4.2 弹簧管压力表

根据弹性元件的弹性变形与所受压力成一定比例的关系。

4.3 压力开关

1151型压力变送器由测量室（敏感元件）和转换电路两部分组成。图3为变送器敏感元件结构示意图。

5 流量测量仪表

5.1 流量测量仪表种类

差压流量计：流体通过节流装置时，其流量与节流装置前后的差压有一定的关系。对差压变送器输出进行开方运算，使其输出和流量成线性比例关系。

速度式流量计：如叶轮式流量计（水表）、涡轮流量计。

体积式流量计：如椭圆齿轮流量计。

恒压降式流量计：如转子流量计、冲塞式流量计。原理是转子或冲塞上下压降一定，它们被流体冲起来的高度与流量大小成正比。

动压式流量计：如比托管（动压测定管）。原理是流体的动压力与它的流速平方成正比。

电磁流量计：原理是导电性液体在磁场中运动产生感应电电势，其值和流量成正比。

靶式流量计：原理是流体流动时，对靶产生微小的位移，反映流量的大小。

5.2 节流装置

常用节流装置有三种：孔板、喷嘴、文丘利管。

5.2.1 孔板

孔板是一个圆盘，中心开孔，厚度为E，不锈钢板加工开孔圆筒形部分厚度e，进口边缘G为直角，斜面角F为30°～40°。标准孔板的取压方式：角接取压与法兰取压。

5.2.2 喷嘴

标注喷嘴是由两个圆弧曲面入口收缩部分和筒形部分组成的。

5.2.3 弯管流量计

主回路冷却剂流量测量利用工艺管道的现有90°弯头，即弯管流量计。当冷却剂流量经弯头时，流体产生离心力。在弯管内外两侧产生压力差，这压差与流量有关，通过测量该压差，可以得到相应的流量。

5.2.4 主蒸汽流量测量

蒸汽发生器的蒸汽流量的测量主要利用这个限制器二端的蒸汽压力差，再加上蒸汽上升段及管路弯头压力降进行主蒸汽流量的测量。

6 液位仪表

H=P/γ，式中：H-液体高度，P-由静压头产生的压力，γ-液体的密度。

测量液位的变送器主要是差压变送器。通大气的水箱上，差压变送器的低压侧通大气；加压水箱，须有参考液柱，其顶部接入水箱的气空间，因此液位指示不受水箱压力变化的影响。为保证参考液柱的高度不变，在其顶部装有一个缓冲罐。此时用下式来确定液位高度：

H=（P+Hr*γr）/γ，式中：H：液位高度，P：变送器测得的差压，Hr：参考液柱的高度，γr参考液柱液体的密度，γ：液体的密度。由于Hr、γr为常数，故：H ∝P/γ

参考文献

[1] 《工业自动化仪表与系统手册》编辑委员会，工业自动化仪表与系统手册，北京：中国电力出版社，2008.

[2] 王树青，自动化与仪表工程师手册，北京：化学工业出版社，2010.

[3] 徐帮学，仪器仪表国内外最新标准及其工程应用技术全书，北京：银声音像出版社，2004.