熱工測(cè)量課件

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熱工測(cè)量及儀表2010年9月熱控：鄒包產(chǎn)課程內(nèi)容

溫度測(cè)量原理及方法測(cè)量及儀表簡(jiǎn)介4.壓力測(cè)量原理及方法5、

汽包水位測(cè)量與計(jì)算5、

流量測(cè)量與計(jì)算

1.1測(cè)量簡(jiǎn)介

熱工測(cè)量技術(shù)包括熱工參數(shù)的測(cè)量方法和實(shí)現(xiàn)測(cè)量的儀表。熱工測(cè)量參數(shù)包括溫度、壓力、流量、水位、成分等，此外也包括與熱力生產(chǎn)密切相關(guān)的其他參數(shù)，如爐膛燃料量、火焰信號(hào)等等。在熱力發(fā)電廠中，通過(guò)熱工參數(shù)的測(cè)量，可以及時(shí)反映熱力設(shè)備的運(yùn)行工況，為運(yùn)行人員提供操作依據(jù)；為電廠控制系統(tǒng)準(zhǔn)確及時(shí)地提供信號(hào)。因此，熱工測(cè)量是保證熱力設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)條件。

1.測(cè)量及儀表簡(jiǎn)介1.2測(cè)量誤差如果用表示測(cè)量值，表示被測(cè)參數(shù)的實(shí)際值，也稱(chēng)真值。

稱(chēng)為測(cè)量的絕對(duì)誤差；稱(chēng)為測(cè)量的相對(duì)誤差；相對(duì)誤差又分為：實(shí)際相對(duì)誤差、標(biāo)稱(chēng)相對(duì)誤差、引用相對(duì)誤差等?？蓞⒖迹篟GS098火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)檢修運(yùn)行維護(hù)規(guī)程P175附錄B21.

2測(cè)量誤差1.3熱工儀表組成測(cè)量介質(zhì)-

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-觀測(cè)者1.4熱工儀表的質(zhì)量指標(biāo)：基本誤差允許誤差：根據(jù)各類(lèi)儀表的設(shè)計(jì)、制造質(zhì)量不同，國(guó)家對(duì)每種儀表規(guī)定了基本誤差的最大允許值。準(zhǔn)確度等級(jí)：在數(shù)值上等于允許誤差去掉百分號(hào)后的絕對(duì)值。1.測(cè)量及儀表簡(jiǎn)介感受件中間件顯示件溫度是表征物體冷熱程度的物理量。從微觀看，溫度是描述系統(tǒng)不同自由度之間能量分布狀況的基本物理量，它標(biāo)志著物體內(nèi)部分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度，是大量分子熱運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)。

熱工測(cè)溫元件主要包括：熱電阻、熱電偶、雙金屬溫度計(jì)等。在工業(yè)應(yīng)用中，熱電偶一般適用于測(cè)量200℃以上的較高溫度。對(duì)于200℃以下的中、低溫度，熱電偶的輸出的熱電勢(shì)很小，這對(duì)二次儀表的放大器、抗干擾措施等的要求就很高，否則難以實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量；而且，在較低溫區(qū)域，冷端溫度的變化所引起的相對(duì)誤差也非常突出。所以測(cè)量中、低溫度一般使用熱電阻溫度測(cè)量?jī)x表較為合適。2.溫度測(cè)量原理及方法2.1熱電阻

熱電阻是基于電阻的熱效應(yīng)進(jìn)行溫度測(cè)量的，即電阻體的阻值隨溫度的變化而變化的特性。因此，只要測(cè)量出感溫?zé)犭娮璧淖柚底兓?，就可以測(cè)量出溫度。目前主要有金屬熱電阻和半導(dǎo)體熱敏電阻兩類(lèi)。

熱電阻型號(hào)：WZ□□-□□□測(cè)溫儀表1/2單/雙只外保護(hù)管直徑熱電阻接線盒形式（防水、防爆燈）類(lèi)型：P鉑，C銅安裝固定裝置（螺紋、法蘭等）

2.1熱電阻

目前應(yīng)用最廣泛的熱電阻材料是鉑和銅：鉑電阻精度高，適用于中性和氧化性介質(zhì)，穩(wěn)定性好，具有一定的非線性，溫度越高電阻變化率越??；銅電阻在測(cè)溫范圍內(nèi)電阻值和溫度呈線性關(guān)系，溫度線數(shù)大，適用于無(wú)腐蝕介質(zhì)，超過(guò)150℃易被氧化。

中國(guó)最常用的有R0=10Ω、R0=100Ω和R0=1000Ω等幾種，它們的分度號(hào)分別為Pt10、Pt100、Pt1000；銅電阻有R0=50Ω和R0=100Ω兩種，它們的分度號(hào)為Cu50和Cu100。其中Pt100和Cu50的應(yīng)用最為廣泛。2.1熱電阻目前熱電阻的引線主要有三種方式：

二線制：在熱電阻的兩端各連接一根導(dǎo)線來(lái)引出電阻信號(hào)。這種引線方法很簡(jiǎn)單，但由于連接導(dǎo)線必然存在引線電阻r，r大小與導(dǎo)線的材質(zhì)和長(zhǎng)度的因素有關(guān)。

三線制：在熱電阻的一端連接一根引線，另一端連接兩根引線的方式，這種方式通常與電橋配套使用，可以較好的消除引線電阻的影響，是工業(yè)過(guò)程控制中的最常用的引線電阻。

四線制：在熱電阻的兩端各連接兩根導(dǎo)線的方式，其中兩根引線為熱電阻提供恒定電流I，把R轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)U，另兩根引線把U引至二次儀表。2.1熱電阻接線方式故障分析處理：1、顯示很?。弘娮杌蚪泳€回路短路；2、顯示壞質(zhì)量或很大：電阻或接線回路斷線；3、顯示偏差：電阻或接線之間短路或接地；保護(hù)管內(nèi)潮濕或有水；接線盒內(nèi)潮濕；DCS組態(tài)參數(shù)設(shè)置于熱電阻型號(hào)不對(duì)應(yīng)。4、顯示折線擺動(dòng)：測(cè)量回路接線接觸不好。2.1熱電阻故障分析2.2熱電偶將兩種不同材料的導(dǎo)體或半導(dǎo)體A和B焊接起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)閉合回路。當(dāng)導(dǎo)體A和B的兩個(gè)接觸點(diǎn)1和2之間存在溫差時(shí)，兩者之間便產(chǎn)生熱電勢(shì)，因而在回路中形成一個(gè)大小的電流,這種現(xiàn)象稱(chēng)為熱電效應(yīng)。熱電偶就是利用這一效應(yīng)來(lái)工作的。均質(zhì)導(dǎo)體定律：由同一種均質(zhì)導(dǎo)體組成的閉合回路不管導(dǎo)線長(zhǎng)短、粗細(xì)，也不論沿導(dǎo)體長(zhǎng)度各處的溫度分布何如，回路都不會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)。

中間導(dǎo)體定律：在熱電偶回路中的任何地方插入第三種均質(zhì)導(dǎo)體，只要插入導(dǎo)體兩端溫度相同，則插入導(dǎo)體后原熱電勢(shì)不變。

中間溫度定律：熱電勢(shì)串聯(lián)特性。

熱電偶型號(hào)：WZ□-□□□測(cè)溫儀表外保護(hù)管直徑熱電偶接線盒形式（防水、防爆燈）類(lèi)型：K（鎳鉻鎳硅）安裝固定裝置（螺紋、法蘭等）E（鎳鉻銅鎳）S（鉑銠10鉑）

2.2熱電偶熱電偶冷端的溫度補(bǔ)償

由于熱電偶的材料一般都比較貴重（特別是采用貴金屬時(shí)），而測(cè)溫點(diǎn)到儀表的距離都很遠(yuǎn)，為了節(jié)省熱電偶材料，降低成本，通常采用補(bǔ)償導(dǎo)線把熱電偶的冷端（自由端）延伸到溫度比較穩(wěn)定的控制室內(nèi)，連接到儀表端子上。必須指出，熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線的作用只起延伸熱電極，使熱電偶的冷端移動(dòng)到控制室的儀表端子上，它本身并不能消除冷端溫度變化對(duì)測(cè)溫的影響，不起補(bǔ)償作用。因此，還需采用其他修正方法來(lái)補(bǔ)償冷端溫度t0≠0℃時(shí)對(duì)測(cè)溫的影響。在使用熱電偶補(bǔ)償導(dǎo)線時(shí)必須注意型號(hào)相配，極性不能接錯(cuò)，補(bǔ)償導(dǎo)線與熱電偶連接端的溫度不能超過(guò)100℃。2.熱電偶故障分析處理：1、顯示偏低；熱電極變質(zhì)；熱偶內(nèi)部潮濕；回路中連接螺絲銹蝕或阻值太大；補(bǔ)償導(dǎo)線潮濕短路；補(bǔ)償導(dǎo)線與熱偶不匹配或極性接反；安裝位置不當(dāng)或插入深度不夠；冷端溫度太高。2、顯示偏大：補(bǔ)償導(dǎo)線與熱偶不匹配；測(cè)量回路接地串入附加地勢(shì)。3、顯示擺動(dòng)：接線固定螺絲松動(dòng)；測(cè)量回路中存在接地或接觸不好。2.2熱電偶故障分析處理3.1壓力測(cè)量

壓力是指物體單位面積上所受的垂直作用力。在國(guó)際單位制中，壓力的單位是“帕斯卡”（Pascal），簡(jiǎn)稱(chēng)“帕”，符號(hào)為“Pa”。1Pa＝1N/m2，即1牛頓（N）的力垂直均勻作用在1平米（m2）的面積上所形成的壓力值稱(chēng)1Pa。

為了對(duì)壓力參數(shù)的集中檢測(cè)與控制，需要將測(cè)得的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，以便遠(yuǎn)距離傳送和信號(hào)處理。目前最常用的是壓力變送器和差壓變送器。3.壓力測(cè)量原理及方法

壓力變送器是一種將壓力變量轉(zhuǎn)換為可傳送的統(tǒng)一輸出信號(hào)的儀表，而且其輸出信號(hào)與壓力變量之間有一定的連續(xù)函數(shù)關(guān)系，通常為線性函數(shù)。壓力變送器按不同的轉(zhuǎn)換原理可分為力平衡式、電容式、電感式等。

電位式壓力變送器感受元件是彈性元件，彈性元件自由端的位移輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)放大帶動(dòng)電位器滑動(dòng)壁移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，從而輸出相應(yīng)的電阻信號(hào)。

電感式壓力變送器是一種壓力—位移—電感轉(zhuǎn)換器，有氣隙式變壓器式、電渦流式三種。

電容式壓力變送器是被測(cè)量介質(zhì)壓力通過(guò)隔離膜片，有灌充液體傳送到中心的測(cè)量膜片，另一側(cè)是大氣基準(zhǔn)壓力或其他比較壓力，測(cè)量膜片的位移正比于作用在其上的差壓，此位移由其兩側(cè)的電容固定極板檢測(cè)出來(lái)，由此產(chǎn)生的電容變化量經(jīng)電子線路轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)輸出。

汽包、軸封、輔汽聯(lián)箱壓力測(cè)量靜壓?jiǎn)栴}。

3.壓力測(cè)量原理及方法

流量的定義：流體流量是指單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道或明渠某一截面流體的量，也稱(chēng)為瞬時(shí)流量。在某一段時(shí)間間隔內(nèi)流過(guò)某一截面的流體的量稱(chēng)為流過(guò)的總量，也稱(chēng)作積分流量或累積流量?？偭砍缘玫娇偭康臅r(shí)間就稱(chēng)為該段時(shí)間內(nèi)的平均流量。根據(jù)工作原理的不同流量計(jì)可分為：速度式、容積式、差壓式、超聲波式、電磁式、質(zhì)量式等流量計(jì)。流量測(cè)量系統(tǒng)一般由傳感器、信號(hào)傳輸、信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置和流量顯示及計(jì)算裝置四部分組成。4.流量測(cè)量與計(jì)算工作原理：在管道中放置一節(jié)流元件，流體流經(jīng)節(jié)流元件時(shí)發(fā)生節(jié)流，在節(jié)流元件的前后兩側(cè)產(chǎn)生壓力差（差壓）。當(dāng)流體、工況、管道、節(jié)流件、差壓取出方式一定時(shí)，管道流量與差壓有確定的關(guān)系。因此可通過(guò)測(cè)量差壓來(lái)測(cè)量流量。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置由三部分組成：節(jié)流件、取壓裝置、測(cè)量直管段（節(jié)流件前10D，后5D），如下所示。

我國(guó)GB/T2624—93標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置有：角接取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板、法蘭取壓標(biāo)準(zhǔn)孔板、長(zhǎng)徑噴嘴、文丘里管。4.流量測(cè)量與計(jì)算不可壓縮流體的流量公式

流體在管道中發(fā)生節(jié)流時(shí)，管道中各處的流速變化及壓力變化情況見(jiàn)圖所示。4.流量測(cè)量與計(jì)算

在節(jié)流件前沒(méi)有發(fā)生節(jié)流的位置上取截面A，對(duì)于一定常的流動(dòng)，在截面A和截面B處將滿(mǎn)足流體質(zhì)量守恒和能量守恒。在充分紊流的理想情況下流體伯努利方程和流動(dòng)連續(xù)性方程分別為：

整理的：上式推導(dǎo)時(shí)：沒(méi)有考慮流體阻力損失；節(jié)流件前后壓力也只能在管道邊緣取得；流速最小截面直徑難于確定，一般只能用節(jié)流件孔徑代替；故需引入修正系數(shù)得到：4.流量測(cè)量與計(jì)算

實(shí)際組態(tài)中我們可以通過(guò)流量計(jì)算書(shū)中的參數(shù)，計(jì)算出測(cè)量裝置的特征系數(shù)k，再由計(jì)算出流量。

但對(duì)于像給水流量一樣的高溫高壓流體，溫度對(duì)密度影響較大，所以一般需要對(duì)其進(jìn)行修正。

用實(shí)際測(cè)量的溫度和壓力查表得出。4.流量測(cè)量與計(jì)算

可壓縮性氣體流量計(jì)算：同樣可以由伯努利方程和流動(dòng)連續(xù)性方程推導(dǎo)出：由理想氣體狀態(tài)方程得出：結(jié)合流量計(jì)算書(shū)中的參數(shù)，計(jì)算出測(cè)量裝置的特征系數(shù)k，進(jìn)而得出可壓縮氣體流量計(jì)算公式：4.流量測(cè)量與計(jì)算差壓式流量裝置使用注意事項(xiàng)：

1）確認(rèn)測(cè)量裝置設(shè)計(jì)參數(shù)適合于運(yùn)行額定工況，并有一定余量。2）認(rèn)真核對(duì)測(cè)量裝置計(jì)算書(shū)，保證在DCS中進(jìn)行正確的組態(tài)。

包括：測(cè)點(diǎn)量程設(shè)置，裝置系數(shù)計(jì)算，溫壓補(bǔ)償計(jì)算等。3）在保證計(jì)算正確后，測(cè)量顯示不準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)該檢查：

測(cè)量裝置安裝位置是否符合裝置要求；開(kāi)孔位置是否正確；差壓變送器正負(fù)壓側(cè)取樣管是否對(duì)應(yīng)；一次門(mén)、變送器二次門(mén)、平衡門(mén)、排污門(mén)是否泄露；儀表管是否堵塞或積水。

變送器是否存在零漂。4.流量測(cè)量與計(jì)算

汽包水位測(cè)量裝置按照測(cè)量原理分為三種：帶工業(yè)電

視的雙色水位計(jì)；電接點(diǎn)水位計(jì)和差壓水位計(jì)（分單室平衡容器和雙室平衡容器兩種）。發(fā)電廠中差壓水位計(jì)一般用于汽包水位的自動(dòng)調(diào)節(jié)和鍋爐MFT保護(hù)，因此它測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性直接影響到鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

5.汽包水位測(cè)量與計(jì)算5.1二十五項(xiàng)反措關(guān)于汽包水位的規(guī)定：8防止鍋爐汽包滿(mǎn)水和缺水事故8.1汽包鍋爐應(yīng)至少配置兩只彼此獨(dú)立的就地汽包水位計(jì)和兩只遠(yuǎn)傳汽包水位計(jì)。水位計(jì)的配置應(yīng)采用兩種以上工作原理共存的配置方式，以保證在任何運(yùn)行工況下鍋爐汽包水位的正確監(jiān)視。8.2汽包水位計(jì)的安裝8.2.1取樣管應(yīng)穿過(guò)汽包內(nèi)璧隔層，管口應(yīng)盡量避開(kāi)汽包內(nèi)水汽工況不穩(wěn)定區(qū)(如安全閥排汽口、汽包進(jìn)水口、下降管口、汽水分離器水槽處等)，若不能避開(kāi)時(shí)，應(yīng)在汽包內(nèi)取樣管口加裝穩(wěn)流裝置。8.2.2汽包水位計(jì)水側(cè)取樣管孔位置應(yīng)低于鍋爐汽包水位停爐保護(hù)動(dòng)作值，一般應(yīng)有足夠的裕量(對(duì)于300MW及以上機(jī)組，應(yīng)有30mm左右的裕量)。

5.1二十五項(xiàng)反措8.2.3水位計(jì)、水位平衡容器或變送器與汽包聯(lián)接的取樣管，一般應(yīng)至少有1：100的斜度，對(duì)于就地聯(lián)通管式水位計(jì)(即玻璃板式、云母板式、牛眼式、電接點(diǎn)式)，汽側(cè)取樣管為取樣孔側(cè)高，水側(cè)取樣管為取樣孔側(cè)低。對(duì)于差壓式水位計(jì)，汽側(cè)取樣管為取樣孔側(cè)低，水側(cè)取樣管為取樣孔側(cè)高。8.2.4新安裝的機(jī)組必須核實(shí)汽包水位取樣孔的位置、結(jié)構(gòu)及水位計(jì)平衡容器安裝尺寸，均符合要求。

8.2.5差壓式水位計(jì)嚴(yán)禁采用將汽水取樣管引到一個(gè)連通容器(平衡容器)，再在平衡容器中段引出差壓水位計(jì)的汽水側(cè)取樣的方法。

8.2.6就地連通管式水位計(jì)和差壓式水位計(jì)的汽、水側(cè)取樣門(mén)的安裝，應(yīng)使其門(mén)桿處于水平位置。取樣門(mén)、汽和水側(cè)取樣管、及其之間連通管，均需良好保溫。取樣門(mén)及取樣管的通流內(nèi)徑，應(yīng)不小于25mm。

5.1二十五項(xiàng)反措8.3對(duì)于過(guò)熱器出口壓力為13.5MPa及以上的鍋爐其汽包水位計(jì)應(yīng)以差壓式(帶壓力修正回路，必要時(shí)再加平衡容器冷凝水柱溫度補(bǔ)償措施)水位計(jì)為基準(zhǔn)。汽包水位監(jiān)控信號(hào)，應(yīng)采用三選中值的方式進(jìn)行優(yōu)選。汽包水位保護(hù)信號(hào)，應(yīng)采用三取二的邏輯判斷方式。

8.3.1差壓水位計(jì)(變送器)應(yīng)采用壓力補(bǔ)償。汽包水位測(cè)量應(yīng)充分考慮平衡容器的溫度變化造成的影響必要時(shí)采用補(bǔ)償措施。

8.3.2汽包水位測(cè)量系統(tǒng)，應(yīng)采取正確的保溫、伴熱及防凍措施，以保證汽包水位測(cè)量系統(tǒng)的正常運(yùn)行及正確性。差壓式水位計(jì)的正、負(fù)壓表管，應(yīng)有1：10的斜度，表管的通流內(nèi)徑，應(yīng)不小于10mm，長(zhǎng)度宜控制在15～20m之內(nèi)。兩管平行敷設(shè)，共同保溫，中間不能有保溫隔離層，伴熱設(shè)施對(duì)兩管伴熱均勻，不應(yīng)造成兩管內(nèi)冷凝水出現(xiàn)溫差。

8.4汽包就地水位的零位應(yīng)以制造廠提供的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，并進(jìn)行核對(duì)、標(biāo)定。隨著鍋爐壓力的升高，就地水位計(jì)指示值愈低于汽包真實(shí)水位，表8.1給出不同壓力下就地水位計(jì)的正常水位示值和汽包實(shí)際零水位的差值Δh，僅供參考。表⒏1就地水位計(jì)的正常水位示值和汽包實(shí)際零水位的差值Δh

汽包壓力

(MPa)l6.14～l7.6517.66～18.3918.40～19.60

Δh(mm)-76-102-150

5.1二十五項(xiàng)反措8.5按規(guī)程要求對(duì)汽包水位計(jì)進(jìn)行零位校驗(yàn)。

當(dāng)各水位計(jì)偏差大于30mm時(shí)，應(yīng)立即匯報(bào)，并查明原因予以消除。當(dāng)不能保證兩種類(lèi)型水位計(jì)正常運(yùn)行時(shí)，必須停爐處理。

8.6嚴(yán)格按照運(yùn)行規(guī)程及各項(xiàng)制度，對(duì)水位計(jì)及其測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行檢查及維護(hù)。機(jī)組啟動(dòng)調(diào)試時(shí)應(yīng)對(duì)汽包水位校正補(bǔ)償方法進(jìn)行校對(duì)、驗(yàn)證，并進(jìn)行汽包水位計(jì)的熱態(tài)調(diào)整及校核。新機(jī)驗(yàn)收時(shí)應(yīng)有汽包水位計(jì)安裝、調(diào)試及試運(yùn)專(zhuān)項(xiàng)報(bào)告，列人驗(yàn)收主要項(xiàng)目之一。

8.7當(dāng)一套水位測(cè)量裝置因故障退出運(yùn)行時(shí)，應(yīng)填寫(xiě)處理故障的工作票，工作票應(yīng)寫(xiě)明故障原因、處理方案、危險(xiǎn)因素預(yù)告等注意事項(xiàng)，一般應(yīng)在8h內(nèi)恢復(fù)。若不能完成，應(yīng)制定措施，經(jīng)總工程師批準(zhǔn)，允許延長(zhǎng)工期，但最多不能超過(guò)24h，并報(bào)上級(jí)主管部門(mén)備案。8.8鍋爐高、低水位保護(hù)8.8.1鍋爐汽包水位高、低保護(hù)應(yīng)采用獨(dú)立測(cè)量的三取二的邏輯判斷方式。當(dāng)有一點(diǎn)因某種原因須退出運(yùn)行時(shí)，應(yīng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為二取一的邏輯判斷方式，并辦理審批手續(xù)，限期(不宜超過(guò)8h)恢復(fù)；當(dāng)有二點(diǎn)因某種原因須退出運(yùn)行時(shí)，應(yīng)自動(dòng)轉(zhuǎn)為一取一的邏輯判斷方式，應(yīng)制定相應(yīng)的安全運(yùn)行措施，經(jīng)總工程師批準(zhǔn)，限期(8h以?xún)?nèi))恢復(fù)，如逾期不能恢復(fù)，應(yīng)立即停止鍋爐運(yùn)行。8.8.2鍋爐汽包水位保護(hù)在鍋爐啟動(dòng)前和停爐前應(yīng)進(jìn)行實(shí)際傳動(dòng)校檢。用上水方法進(jìn)行高水位保護(hù)試驗(yàn)、用排污門(mén)放水的方法進(jìn)行低水位保護(hù)試驗(yàn)，嚴(yán)禁用信號(hào)短接方法進(jìn)行模擬傳動(dòng)