焦炉热工测量仪表及热工自动调节文档格式.docx
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（1）普朗克定律：
黑体单色辐射力随温度及波长而变化，其关系为
式中λ——波长，m；
T——黑体温度，K；
e——自然对数的底；
C1——普朗克第一辐射常数；
C2——普朗克第二辐射常数；
EoA——黑体波长为λ的单色辐射力，W／m3。
当温度T<
3000K时，式2—14可近似为
由式2—15可知，在一定温度下，不同波长的单色辐射力不同，温度上升时单色辐射力增
大，但不同波长其增大的幅度不同。
（2）全辐射定律（斯蒂芬一玻耳兹曼定律）：
该定律描述了在任意给定温度下，全波长范
围内总的辐射能量与给定温度之间的定量关系，即
式中σ。
——玻耳兹曼常数，也称为黑体辐射常数。
该定律指出，黑体全辐射力与其绝对温度的四次方成正比。
这一结论不仅对黑体是正确
的一，而且对任何实际物体（即非黑体或灰体）也是成立的。
所不同的是，实际物体的全辐射
力要低于相同温度的黑体全辐射力。
实际物体的全辐射力为：
（2．17）
式中ε——实际物体的总发射率。
2．6．2辐射高温计
辐射高温计是根据全辐射定律实现测温的仪表。
它以热电堆作检测元件，由于热电堆对不同波长辐射能的响应率是均匀的，因此该仪表曾被称为全辐射高温计。
图2-34为辐射高温计的原理结构。
图2-34辐射高温计的原理结构
l一物镜；
2一光阑；
3—玻璃泡；
4一热电堆；
5一灰漶光片；
6一目镜；
7—铂箔；
8一云母片；
9一显示仪表
当通过目镜及物镜用眼瞄准被测对象后，对象的辐射能通过物镜1聚焦，再经光阑2投射到玻璃泡内的热电堆4上。
热电堆是由多支热电偶顺序串联，并将热端集中在一起但相互间绝缘的感温件。
由于热电势串联，其输出灵敏度较高。
辐射高温计中的热电堆由四支热电偶串联构成，其热端集中夹在玻璃泡中心十字形的铂箔上。
铂箔涂以黑色，以增大黑度，加强对辐射的吸收能力。
投射到热电堆上的辐射能，经铂箔吸收后转化为热能，使之温度升高，通过热电堆又转变为热电势输出，送至显示仪表指示出被测物体的温度值。
目镜前的灰色滤光片可以在瞄准被测对象聚焦时，减弱辐射以保护人眼。
由于被测对象全辐射力不仅与温度有关，还与其黑度有关，故辐射高温计只能规定被测对象为黑体时的辐射一温度关系刻度。
因而在使用时，如果被测对象不是黑体，则因其辐射力低于同温度下的黑体辐射力，仪表指示将偏低。
若被测对象黑度已知，则可根据黑度修正仪表指示的温度。
2．6．3光学高温计
物体温度变化时，某些单色辐射力的变化比全辐射力的变化更为显著，因此利用单色辐射力与温度的关系实现测温时，仪表灵敏度较高。
光学高温计是利用λ=O．65μm单色辐射力与温度的关系实现测温的，但由于单色辐射力测量很困难，实际上在光学高温计中，是采用了单色亮度的比较法。
根据物理学理论，绝对黑体的单色亮度与单色辐射力成正比，即
BOA=KEOA
式中BOA—_黑体单色亮度；
K：
比例常数。
．
光学高温计的特点是结构简单，使用方便、量程比较宽、可以做到较高的精摩，广泛用来测量700——3200℃温度范围内的温度。
但这种温度计只能测量亮度温度而不能直接测量真实温度；
此外，它是通过人眼的瞄准和对亮度进行比较实现测温的，测量结果带有人为的主观误差，且不能自动记录和控制温度。
光学高温计的原理结构如图2-36所示。
图2-36光学高温计的原理结构
3一滤光玻璃；
4一目镜；
5一钨丝灯；
6一滑线电阻；
7一指示仪表；
8一吸收玻璃
测温时，用眼通过目镜4和物镜1瞄准被测对象。
调节目镜使眼睛清晰地看到仪表中的钨丝灯灯丝后，再调节物镜，使对象成像于灯丝平面上，以便与灯丝亮度进行比较，由于红色滤光玻璃的吸收作用，眼睛只能看到对象与灯丝的红色光
（λ=0．65μm）。
可以用手调节滑线电阻6改变灯丝电流，使得灯丝亮度与被测对象亮度相
等，聚焦图象清晰后，即可由电流表7上的温度刻度读出被测温度值。
使用光学高温计时应注意以下问题
（1）物体为非黑体时的测量误差：
与辐射高温计一样，因为不同黑度的物体，在同温度下的单色辐射力或单色亮度是不同的，光学高温计只能以对象为黑体的条件进行温度刻度。
所以被测对象为灰体时，指示温度必然低于被测对象的实际温度。
若已知被测物体的单色黑度，则可根据单色黑度修正仪表指示的温度。
也可采用窥视管人为造成黑体辐射条件，以减小测量误差。
红外线温度计
波长在0．8——100μm范围的辐射称为红外辐射。
红外辐射能被物体吸收并转换成热能。
因此，它也是热辐射，并且在一定波长下，红外辐射强度与温度t（K）及波长λm）之间的关系，仍然可由普朗克定律来描述。
这样可通过一定波长下的红外辐射强度来确定物体的温度，
这就是红外线温度计的测温原理。
现以国产WDL-31型红外线温度计为例介绍。
国产WDL-31型光电红外线温度计的组成原理如图2-38所示。
图2-38红外线温度计组戚原理
卜物镜；
2一滤光片；
3一调制盘；
4—微电机；
5一反射镜；
6一聚光镜；
7一参比灯；
8—探测元件
它由感温器和显示仪表两大部分组成。
被测物体的表面辐射能量由物镜会聚，经调盘（又称切光片）反射到滤光片，一定波长的红外线透过滤光片到达探测元件上而被接收。
仪器中用作参考辐射源——参比灯的辐射能量通过另一路聚光镜6，经反射镜5反射到调制盘被调制后，也到达探测元件上被接收。
被测物体辐射能量和参比灯辐射能量是交替地被红外探测元件接收的，从而产生两个相位相差180。
的电信号。
从探测元件输出的脉冲信号是这两个信号的差值。
此信号经放大，相敏检波成直流信号，再经直流放大处理，以调节参比灯工作电流，使其辐射能量与被测能量相平衡。
参比灯的辐射能量始终精确跟踪被测辐射能量，保持平衡状态，再将参比灯的电参数经过电子线路进一步处理，输出4___20MADC统一信号送显示仪表，指示、记录被测的温度值。
为了适应辐射能量变化的特点，电路设有自动增益控制环节，在量程范围内，保证仪器电路有适当的灵敏度．保持正常工作。
仪表的测量范围分为150_300℃200—400℃、300—600℃、400—800℃、600～1000℃
二、压力测量仪表
1、液柱式压力计
液柱式压力计是利用液柱高度产生的压力和被测压力相平衡的原理制成的测压仪表
①、液柱式压力计的结构形式
液柱式压力计的结构形式有三种：
U形管压力计、
单管压力计（又称杯形压力计）和斜管压力计。
U形管压力计
图3-IU形管压力计l—u形玻璃管2一封液；
3一刻度尺
U形管液柱压力计由U形玻璃管、封液及刻度尺组
成，如图3-1所示。
其内部封液可以用水、汞、四氯化
碳或其他液体。
一般使用时，U形管一端用胶管与被测对象接通，另一端通大气。
如果另端不通大气而是用胶管与另一对象接通，就可以测量两对象的压差。
由静压力平衡方程可以列出图3-1所示压力计压差
与封液垂直液柱高差的关系：
（3-1）
式中
、
——分别为两肘管内传压介质密度及封液密度；
H一压力计接口至刻度标尺零点处的高度；
g——重力加速度。
2．斜管压力计
将单管压力计的玻璃管做成倾斜的形式，就是斜管压力计。
如图3-3所示。
测量压力时，被测介质接杯形容器，斜管一端通大气。
由于玻璃管的倾斜，使液面的位移距离加长，也就是使按压力单位刻度的标尺刻度实际长度加大。
即h：
=sina。
标尺刻度的增大，不仅可用来测量微小压力，而且提高了仪表的读数精度。
由图可知：
（3—6）
——斜管上的液柱长度（读数）；
——斜管倾斜角；
：
——分别为宽口容器及测量管的横截面积。
斜管倾斜角a越小，读数放大倍数越大。
但a过
小，则因倾斜内液面拉长，且易冲散，反而影响读数。
准确性，因此，a角一般不小于150。
』
斜管压力计一般用来测量2000Pa以下的各种气j
体的微小压力、负压或差压，所以斜管压力计也称斜i
管微压计。
I
图3-3斜管压力计原理结构
3．3弹性式压力表
弹性式压力表是利用各种形式的弹性元件，在被测介质压力的作用下，使弹性元件受压后产生弹性变形的原理而制成的测压仪表。
这种仪表具有结构简单、使用可靠、读数清晰、牢固
可靠、价格低廉、测量范围广以及有足够的精度等优点。
若增加附加装置，如记录机构、电气
变换装置、控制元件等，则可以实现压力的记录、远传、信号报警、自动控制等。
弹性式压力
表可以用来测量几百帕到数千兆帕范围内的压力，因此在工业上是应用最为广泛的一种测压仪
表。
弹性式压力表根据压力显示和传递方式的不同分为两类，一类是把弹性元件的应变转换成
电的或气压的变化，即有两次变换的压力表；
另一类是把压力引起的弹性元件的位移，直接用
机械机构放大并指示被测压力的压力表。
3．3．1弹性元件
弹性元件是一种简易可靠的测压敏感元件。
它是弹性式压力表的测压元件。
当测压范围不
同时，所用的弹性元件也不一样，常用的几种弹性元件的结构如图3-5所示。
uVU
图3-5弹性元件示意图
a一单匾弹簧管；
b多圈螺旋弹簧管；
c—膜片；
d一膜盒；
e一波纹篱
3．3．1．1弹簧管式弹性元件
弹簧管式弹性元件的测压范围较宽，可测量高达1000MPa的压力。
单圈弹簧管是弯成圆
弧形的金属管子，它的截面做成扁圆形或椭圆形，如图3-5a所示。
当通入压力P后，它的自
由端就会产生位移。
这种单圈弹簧管自由端位移较小，因此能测量较高的压力。
为了增加自由
端的位移，可以制成多圈螺旋弹簧管，
。
图3—7弹簧管压力计结构图
一面板；
2一游丝；
3～弹簧管；
4一中心齿轮；
5～指针；
6～扇形齿轮；
7一拉杆；
8～调节螺钉；
9一接头
3．3．1．2薄膜式弹性元件
薄膜式弹性元件根据其结构不同还可以分为膜片与膜盒等。
它的测压范围较弹簧管式的为
低。
图3-5c为膜片式弹性元件，它是由金属或非金属材料做成的具有弹性的一张膜片（有平
膜片与波纹膜片两种形式），在压力作用下能产生变形。
有时也可以由两张金属膜片沿周I=1对
焊起来，成一薄壁盒子，称为膜盒，如图3-5d所示。
3．3．1．3波纹管式弹性元件
t波纹管式弹性元件是一个周围为波纹状的薄壁金属筒体，如图3-5e所示。
这种弹性元件
易于变形，而且位移很大，常用于微压与低压的测量（一般不超过1MPa）。
3．3．2弹簧管压力表
按弹簧管型式不同，有多圈及单圈弹簧管压力表，多圈弹簧管压力表（又称螺旋管压力
表）灵敏度高。
单圈弹簧管压力表（简称弹簧管压力表）可用于高达109Pa的高压测量，也可
用于真空度测量，它是工业生产中应用最广泛的一种测压仪表，精度等级为1．0至4．0级，标
准表可达0．25级。
下面以单圈弹簧管压力表为例进行介绍。
3．3．2．1弹簧管压力表的结构和工作原理
弹簧管压力表主要由弹簧管、齿轮传动放大机构，指针、刻度盘和外壳等几部分组成，如
图3-6所示。
弹簧管1是一根弯成圆弧形的空心金属管子，其截面做成扁圆或椭圆形，它的一
端封闭（称自由端，即弹簧管受压变形后的变形位移的输
出端），另一端（称固定端，即被测压力P的输入端）焊
接在固定支柱上，并与管接头9相通。
当被测压力的介质
通过管接头9进入弹簧管的内腔中，呈椭圆形的弹簧管截
面在介质压力的作用下有变圆的趋势，弯成圆弧形的弹簧
管随之产生向外挺直的扩张变形，从而使弹簧管的自由端
产生位移。
此位移牵动拉杆2带动扇形齿轮3作逆时针偏
转，指针5通过同轴中心齿轮4的带动作顺时针方向转
动，从而在面板6的刻度标尺上指示出被测压力（表压
力）的数值。
指针旋转角的大小与弹簧管自由端的位移量
成正比，也就是与所测介质压力的大小成正比。
T
图3-6单圈弹簧管压力表被测压力被弹簧管自身的变形所产生的应力相平衡。
卜弹簧管；
2—拉杆；
3一扇形齿轮；
游丝7的作用是用来克服扇形齿轮和中心齿轮的传动间隙
5—指针；
6一面板．所引起的仪表变差。
调整螺钉8可以改变拉杆和扇形齿轮
7_游丝；
8_调整螺钉；
9_接头的连接位置，即可改变传动机构的传动比（放大系数），
以调整仪表的量程。
3．3．2．2电接点压力表
在生产过程中，常常需要把压力控制在某一范围内，即当压力高于或低于给定的范围时，
就会破坏工艺条件，甚至会发生事故。
利用电接点压力表，就可简便地在压力超出规定范围时
发出报警信号，提醒操作人员注意或者通过自控装置使压力保持在给定的范围内。
如图3-7所示是电接点压力表的结构和工作原理示意图。
电接点压力表由测压部分（即弹
簧管压力表）和电接点装置所组成。
压力表指示指针上有动触点2，表盘上另有两个可调节的
指针，一根称下限给定指针，另一根称上限给定指针，在它们上面有静触点1和4。
压力上限
给定值由上限给定指针上的静触点的位置确定，当压力超出上限给定值时，动触点2和静触点
4接触，红灯5的电路接通而发红光。
压力下限值由下限给定指针上的静触点位置确定，当压
力低于下限规定值时，动触点2与静触点1接触，使绿灯3的电路接通而发出绿色信号。
静触
点1、4的位置可根据需要灵活调节。
3．3．3膜片压力表
膜片压力表是利用金属膜片作为感压弹性元件，如图3名所示，金属膜片3固定在两块金
属盖中间，上盖4与仪表表壳7相接，下盖2则与螺纹接头1连成一个整体。
图3-7电接点压力表5—球铰链；
6一顶秆l7一表壳；
8—扇形齿轮；
1、4—静触点；
2一动触点；
3—绿灯；
5一红灯9一中心齿轮；
10—指针
当被测介质从接头传人膜室后，膜片下部承受被测压力，上部为大气压，因此膜片产生向
上的位移。
此位移借固定予膜片中心的球铰链5及顶杆6传至扇形齿轮8，从而使齿轮9及固
定在它轴上的指针10转动。
这样，在刻度盘上就可以读出相应的压力数值。
膜片压力表的最大优点是可用来测量黏度较大的介质压力。
如果膜片和下盖是用不锈钢制
造或膜片和下盖内侧涂以适当的保护层（如F-3氟塑料），还可以用来测量某些腐蚀介质的压
力。
图3-8膜片压力表
l一接头；
2一膜片下益；
3—膜片；
4一膜片上盖；
5一球铰链；
8一扇形齿轮；
9一中心齿轮；
3．3．4膜盒压力表
用两个同心波纹膜片焊接在一起，构成空心的膜盒作为膜盒压力表的感压弹性元件。
如图
3-9所示，当被测介质从管接头16引入波纹膜盒时，波纹膜盒受压扩张产生位移。
此位移通过
弧形连杆8，带动杠杆架11使固定在调零板6上的转轴10转动，通过连杆12和杠杆14驱使
指针轴13转动。
固定在转轴上的指
针5在刻度板3上指示出压力值。
指针轴上装有游丝15用以消除
传动机构之间的间隙。
在调零板6
的背面固有限位螺钉7，以避免膜盒
过度膨胀而损坏。
为了补偿金属膜
盒受温度的影响，在杠杆架上连接
着双金属片9。
在机座下面装有调零
螺杆，旋转螺杆1可将指针调至初
3．3．5波纹管压力表
波纹管压力表是以金属波纹管（又称皱纹箱）作为感压弹性元件。
如图3-10所示，波纹
管3和弹簧4组成测压室2。
当被测介质从仪表接头引
入，通过细铜管1到测压室2，在介质压力的作用下，
波纹管收缩向上产生位移。
与此同时，将弹簧压缩顶
动传动导杆5，使角形杠杆9绕支点转动，并通过拉
杆11带动固定在轴上的桥形记录笔10移动，从而指
示或记录出被测压力。
调节导杆5的长度或松动记录笔在转轴上的固定
螺丝和转动记录笔架上△型小孔可调节零位。
旋转滑
块6上的调整螺丝7和移动拉杆与角形杠杆的连接点，
能增长或缩短角形杠杆9的长度，可改变传动比的大
小。
波纹管压力表由于波纹管在压力的作用下位移较
大，除指示型外，一般都做成自动记录仪表。
记录纸
由钟表机构或同步电机驱动。
还有的波纹管压力表带
电接点装置和调节装置。
波纹管压力表常用来测量对黄铜和碳素钢无腐蚀
作用、低黏度、洁净、不结晶和不凝固介质（0—4）
×
105Pa（0～4kg／cm2）的压力。
图3-10波纹管压力表
1一细铜管；
2一测压室；
3一波纹管；
4、8一弹
簧；
5一传动导杆；
6一滑块；
7一调整螺丝；
9一角形杠杆；
10一记录笔；
11—拉杆
警及远程传送。
‘
三、流量测量仪表
测量流体（液体或气体）流量采用节流式流量计。
（一）节流装置
节流装置是造成流体压力降的地方。
充满管道的流体，当流经管道内的节流装置
时，流束将在节流装置处形成局部收缩，从而使流速增加，静压力降低，于是在节流
装置的前后便产生了压力降（压差）。
在同样节流装置，同样流体介质的条件下，流量
越大，在节流装置前后产生的压差也越大，所以通过测量压差来衡量流体流量的大小。
用来造成流体局部收缩的节流装置型式很多，最多的是孔板、喷嘴，文丘利喷嘴
和文丘利管，焦炉加热用高炉煤气、焦炉煤气的总管流量、支管流量、分管流量计量
一般使用孔板，JN43型焦炉横排立火道支管流量控制调节采用喷嘴式节流装置，侧喷
式焦炉调节立火道煤气流量所用的火嘴，实际上是用耐火泥料烧成的节流装置。
（二）差压流量计
节流装置所产生的压力降（压差）需要通过专门仪表的转换才能显示出流量数值。
测量压差并显示、记录流量的仪表主要有环天平式流量计与浮子式流量计等。
在气动和电动组合仪表中，压差的检测和传送是通过差压变送器进行的。
差压变
送器接受压差信号后，根据力平衡原理动作、并将动作量转换成电流（或电压）信号
发出，经放大后，由接受仪表自动平衡记录仪显示并记录流量值。
四、废气分析仪
焦炉加热调节中，测定燃烧废气中c02、02、CO含量的测定，计算煤气燃烧时的
空气过剩系数，是指导热工操作的重要检测手段。
（一）奥氏分析仪
仪器用途：
用化学方法分析燃烧废气组成的仪器。
测量原理：
使定量的气体依次与各种能吸收气体中某一成分的药剂（吸收剂）相接
触，则CQ、02、CO等依次被吸收，根据其体积减少的量，计算各成分的体积百分数。
吸收瓶中分别装有吸收液，第一瓶中装氢氧化钾或氢氧化钠溶液，用以吸收C02、
第二瓶内装焦性没食子酸[C6H3（OH）3]和氢氧化钾的混合溶液，用以吸收02；
第三
瓶内装氯化亚铜的盐酸溶液，用以吸收CO。
因为焦性没食子酸和氢氧化钾混合溶液除能吸收02外，还能吸收C02，氯化亚铜
溶液除能吸收c0外，还能吸收02，所以分析时应逐个吸收，并且顺序不能颠倒，三种
气体（C02、02、CO）吸收完毕后，所剩余的废气体积、可视为氮气（N2）的体积。
上述分析方法，由多种吸收瓶组成的气体分析装置，并与燃烧法并用时，可进行
煤气组成的全分析。
奥氏废气分析仪构造简单、使用方便，但为人工操作，误差较大。
（二）气体色谱仪
在吸附柱中装满吸附剂，若使混合气体从中通过，气体中对吸附剂亲
和力越强的物质，其通过速度就慢，从而将气体各组分进行分离并进行定量。
气体色谱仪不但可以对气体进行定性分析且能进行定量分析，操作简单、精确度
高、并适用于各种气体，但若要完全分离，对于不同的试样应选择适当的吸附剂。
（三）红外线气体分析仪
红外线气体分析仪是利用混合气体中某些气体，有选择地吸收红外线辐射能这一
特性，来连续分析和测定被测气体中某一待测组分的百分含量的，如CO、c02、NH3，
N02，S02，C2H2等气体的百分含量（对称的双原子气体：
02，N2，H2，c12等气体及单
原子隋性气体如：
Ne，Hr等，红外线气体分析仪对它们不能测量。
）
不同分子的混合物，每种分子只能吸收某一波长范围的红外线辐射能，即每种分
子或化合物有一个特定的吸收频率或特征频率（或特征波长）。
物质吸收辐射能的多少与物质本身的含量有什么关系呢?
当红外线通过物质层时，
物质吸收与其体身特征频率相应的一定波长的红外辐射能。
因此，透过物质的光能量
要减弱，这种能量的减少与物质层的厚度成正比。
式中：
卜一通过厚度为Z吸收层后的辐射光强度；
，n——A射光强度；
K——当波长为A时，某物质的吸收系数，对每种物质都有固定值；
C——气样中能吸收红外线的介质波度；
Z——气样的厚度。
红外线气体分析仪的工作原理是：
由于某些气体对不同的波长的红外线辐射能，
具有选择性吸收的特性，红外线通过混合气体时，气体中的被测组分则吸收红外线的
辐射能，因而使整个混合气体受热而引起温度和压力增加，这种温度和压力变化与被
测组分的浓度有关，而将这种变化转化成其他形式的能量变化，就可以
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