實(shí)驗(yàn)三 熱電偶高溫氣體溫度的測(cè)量.doc

實(shí)驗(yàn)三 熱電偶高溫氣體溫度的測(cè)量 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、實(shí)際使用熱電偶對(duì)高溫空氣的溫度進(jìn)行測(cè)量；2、了解用熱電偶測(cè)量高溫氣體溫度存在哪些誤差及減小這些誤差的方法；3、結(jié)合已經(jīng)學(xué)過(guò)的傳熱學(xué)和測(cè)試技術(shù)知識(shí)，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，提高測(cè)量精度。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及基本原理高溫氣體溫度的準(zhǔn)確測(cè)量是熱工領(lǐng)域里科研和生產(chǎn)中的一個(gè)技術(shù)難題。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)是根據(jù)熱電偶測(cè)量溫度的原理和測(cè)試技術(shù)課程中關(guān)于溫度測(cè)量的相關(guān)知識(shí)而建立的。用裸露熱電偶直接測(cè)量管道內(nèi)溫度比較高的透明氣體溫度時(shí)，由于熱電偶與管壁之間存在輻射換熱，使得所測(cè)溫度與實(shí)際溫度存在很大差別。設(shè)氣體與熱電偶之間的對(duì)流換熱流為Q1，熱電偶與管壁的輻射換熱流與它自身的儲(chǔ)熱熱流、導(dǎo)熱的熱流之和為Q2（），當(dāng)Q1=Q2也即達(dá)到了所謂的熱平衡時(shí)，熱電偶所指示的溫度就是所測(cè)得的空氣溫度，它與氣流的真實(shí)溫度有很大差別。（1）通過(guò)對(duì)流換熱，高溫空氣對(duì)熱電偶測(cè)量端(節(jié)點(diǎn))的加熱熱流為： (1)（2）熱電偶測(cè)量端與周圍管壁的輻射換熱：(2)（3）熱電偶測(cè)量端沿引線的導(dǎo)熱：(3)（4）熱電偶測(cè)量端的儲(chǔ)熱：(4)其中：熱電偶與高溫空氣的對(duì)流換熱系數(shù)；熱電偶測(cè)量端表面積；熱電偶測(cè)量端的溫度；系統(tǒng)黑度（由于熱電偶測(cè)量端的表面積遠(yuǎn)小于被它“看見”的管壁面積，接近熱電偶材料的表面黑度）；玻爾茲曼常數(shù)；壁面溫度；熱電偶測(cè)量端材料導(dǎo)熱系數(shù)；熱電偶引線的橫斷面積。 實(shí)際上，由于用熱電偶測(cè)溫時(shí)，深入到高溫氣體中的引線相對(duì)于測(cè)點(diǎn)來(lái)說(shuō)比較長(zhǎng)，沿?zé)犭娕家€的導(dǎo)熱熱流可以忽略。當(dāng)測(cè)量氣流的溫度不變且熱電偶測(cè)點(diǎn)達(dá)到熱穩(wěn)定時(shí)，熱電偶測(cè)量端的儲(chǔ)熱熱流，故有:(5)則(6)可以看出，只有當(dāng)黑度為零或?qū)α鲹Q熱系數(shù)為無(wú)窮大或管壁溫度等于氣體溫度時(shí)，才有。但實(shí)際上黑度不可能為零，也不可能為無(wú)窮大，由于存在熱損失，管壁溫度也不可能等于氣體溫度，因此，熱電偶的指示溫度永遠(yuǎn)不會(huì)等于氣流的真實(shí)溫度，用裸露熱電偶測(cè)量高溫氣體溫度時(shí)誤差總是存在的。本實(shí)驗(yàn)只提供高溫空氣環(huán)境，要求學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案對(duì)所提供的高溫空氣的溫度()進(jìn)行測(cè)量，并與實(shí)驗(yàn)臺(tái)提供的準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，優(yōu)秀的測(cè)試方案將在以后的科研中采用。三、實(shí)驗(yàn)使用的儀器設(shè)備及實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)臺(tái)由四大部分組成，分別為進(jìn)氣部分、加熱部分、測(cè)量部分、尾氣處理部分。如圖1設(shè)備總體圖所示。整個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)由光滑的不銹鋼圓管制成，除進(jìn)氣段和實(shí)驗(yàn)段外其余部分均被絕熱箱體包裹?？諝庥晒娘L(fēng)機(jī)引入，其流量可以通過(guò)翻板閥來(lái)進(jìn)行控制，空氣加熱后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)段，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)段對(duì)其溫度進(jìn)行測(cè)量，實(shí)驗(yàn)段出口的高溫空氣進(jìn)入引風(fēng)降溫管路，與冷空氣混合后排向大氣。加熱段內(nèi)有加熱電阻絲和絕緣陶瓷圓管，加熱量約為3KW，具體數(shù)值由電壓和電流表讀取。圖1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)總體圖圖2 學(xué)生測(cè)點(diǎn)安裝示意實(shí)驗(yàn)臺(tái)有兩個(gè)實(shí)驗(yàn)段，開設(shè)兩個(gè)學(xué)生測(cè)點(diǎn)，分別為“學(xué)生測(cè)點(diǎn)1”和“學(xué)生測(cè)點(diǎn)2”，兩個(gè)學(xué)生可以同時(shí)在不同的實(shí)驗(yàn)段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)段上開有M20的螺紋孔，在與其配合的螺柱上開有的通孔，學(xué)生自制的測(cè)溫裝置將被夾裝在這里，如圖2所示。實(shí)驗(yàn)室提供條件因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)為學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生根據(jù)學(xué)過(guò)的基本知識(shí)進(jìn)行高溫氣體溫度測(cè)量，故實(shí)驗(yàn)室只提供如下測(cè)試元件、儀表和相關(guān)實(shí)驗(yàn)材料：測(cè)試類：NiCr-NiSi熱電偶、XST系列單輸入通道數(shù)字式智能儀表、數(shù)字電流表、數(shù)字電壓表。工具類：鉗子、剪刀、扳手、臺(tái)鉗、什錦挫、鑷子、螺絲刀、點(diǎn)焊機(jī)等。消耗品類：0.1mm厚不銹鋼帶、直徑4mm不銹鋼管、直徑3mm瓷管等。四、具體實(shí)驗(yàn)步驟1、了解實(shí)驗(yàn)設(shè)備。2、自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，制作測(cè)試元件。3、起動(dòng)風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)到合適風(fēng)量。4、接通加熱電源，對(duì)空氣進(jìn)行加熱，注意觀察儀表上數(shù)字的變化情況。5、給定額定加熱功率，當(dāng)每5分鐘溫度變化不超過(guò)1度時(shí)，可以認(rèn)為實(shí)驗(yàn)臺(tái)達(dá)到了熱穩(wěn)定狀態(tài)，開始記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。6、改變加熱功率，空氣溫度也發(fā)生相應(yīng)的變化，按第5步驟重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。要求測(cè)試不同功率時(shí)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)與學(xué)生測(cè)點(diǎn)的不同溫度值。7、實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，先關(guān)閉加熱電源，并持續(xù)通風(fēng)十分鐘左右，待實(shí)驗(yàn)臺(tái)溫度降下來(lái)后才可以關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)。整理實(shí)驗(yàn)臺(tái)，將設(shè)備恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。五、實(shí)驗(yàn)要求根據(jù)所學(xué)基本知識(shí)和實(shí)驗(yàn)室提供的條件，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行高溫空氣溫度測(cè)量。并給出最終測(cè)試結(jié)果，與實(shí)驗(yàn)臺(tái)提供的準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，然后，將與和（或）與畫到同一張坐標(biāo)紙上進(jìn)行比較。六、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備及預(yù)習(xí)要求本實(shí)驗(yàn)是綜合實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)專業(yè)知識(shí)并根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)要求，實(shí)驗(yàn)前充分了解實(shí)驗(yàn)原理，并能提出一到兩種設(shè)計(jì)方案，希望廣大同學(xué)發(fā)揮聰明才智，好的設(shè)計(jì)方案將被采用并得到一定的獎(jiǎng)勵(lì)。七、注意事項(xiàng)1、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，嚴(yán)禁身體的任何部分接觸實(shí)驗(yàn)臺(tái)的測(cè)量段，防止?fàn)C傷！2、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，嚴(yán)禁改變測(cè)量段的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)點(diǎn)的任何布置！八、思考題1、熱電偶測(cè)溫的誤差來(lái)源都有哪些？如何減小這些誤差？2、在實(shí)驗(yàn)中忽略了熱電偶導(dǎo)熱的影響，為什么可以這樣做？3、測(cè)點(diǎn)1與測(cè)點(diǎn)2的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有什么不同？為什么存在這些不同？4、從實(shí)驗(yàn)和理論方面