第五章接觸測溫方法討論

1、第五章接觸測溫方法討論接觸測溫即感溫元件直接與被測介質(zhì)接觸，如熱電偶、熱電阻測溫。以接觸法測溫的儀表指示的溫度是感溫元件本身的溫度，一般這個溫度和被測介質(zhì)的溫度是有差值的。以用熱電偶測量鍋爐過熱器后的煙氣溫度為例說明。煙氣經(jīng)過熱電偶時，煙氣以對流、輻射及導(dǎo)熱方式向熱電偶傳熱Q1。熱電偶向周圍環(huán)境傳熱Q2。熱電偶以輻射方式向過熱器、省煤器傳熱Q3。熱平衡時有，Q1=Q2+Q3。由于Q20、Q30， Q10。 Q10，只有在ttg-t0才能成立（tg為煙氣溫度，t為熱電偶熱端溫度）， 即t不可能等于tg，t就是測溫誤差。5.1 管內(nèi)流體溫度測量設(shè)流體溫度為tg，環(huán)境溫度為t3，熱電偶溫度為t1；管

2、道外敷有絕熱層，管道內(nèi)壁溫度較高，可忽略感溫元件與內(nèi)壁之間的輻射換熱。根據(jù)傳熱學(xué)上的肋片計算可推導(dǎo)出1,2:內(nèi)外介質(zhì)與測溫管之間的對流換熱系數(shù)；1,2:管內(nèi)外兩段測溫管的熱導(dǎo)率，1=2；U1,U2:分別為L1和L2兩段測溫管的截面周長，U1=U2=d1；F1,F2:分別為管內(nèi)外兩段測溫管的截面積，F(xiàn)1=F2；L1,L2:分別為管內(nèi)外測溫管的長度。22222111112211211131 )()(1)(FUbFUbLbcthLbthbbLbchttttgg雙曲函數(shù)： x,chx; x,thx;x,cthx。xhcthxdxdxhthxdxdshxchxdxdshxhxchxhxeeeecthxe

3、eeethxeechxeeshxxxxxxxxxxxxx22csc sec 1csc 1sec 2 2提高測量精度可從兩方面進(jìn)行：1 溫度計的安裝方式 使|tg-t3|盡可能?。挥捎诠艿乐車橘|(zhì)溫度t3低于tg，tg-t30，誤差存在。由于tgt3，會向環(huán)境散熱，應(yīng)把露在外面的測溫管用絕熱材料包好。 L1、L2的變化；L1,ch(b1L1),th(b1L1);L2,cth(b2L2); 增大測溫管插入深度，減小外露部分，有助于減小測量誤差。 增大1； 1,b1，結(jié)果同L1增大，使測溫誤差減小。需將測溫管放在管道軸線上。11111FUb 減小2； 2,b2，結(jié)果同L2減小相同。 減小2，需將外露

4、部分測溫管用保溫材料包好。22222FUb2 測溫管材料和結(jié)構(gòu) 減小測溫管材料的導(dǎo)熱系數(shù)；,b，測溫誤差減小。減小，需用導(dǎo)熱性不良的材料制成測溫管，如用陶瓷、不銹鋼等。但會增大動態(tài)測溫誤差。 增大U/F； U/F，測溫誤差減小。在強度允許的條件下，可采用薄壁或小直徑的套管。)/(44/)(/120120211ddddddFUFUddddddFUddddddddd/,)/(,/,/,)/(4,)/(,/,12011200120112011201各種測溫管裝置方案的測量誤差比較：方案1：測量誤差接近于零；方案2：水銀溫度計，管道有絕熱層，外露部分很少，誤差為-1；方案3：與方案2的區(qū)別是測溫管直徑

5、和管壁厚度都較大，誤差為-2；方案4：測溫管未插到管道軸心線，誤差為-15；方案5：沒有絕熱層，外露部分長，誤差為-45。錐形熱電偶 5.2 壁面溫度測量 采用熱電偶測量表面溫度時，熱電偶向外界散熱，由于表面需向熱電偶傳熱，使熱電偶端點溫度不同于表面溫度； 壁面需向端點附近表面?zhèn)鳠?，引起表面溫度場的破壞?引起測溫誤差的主要原因是沿著熱電偶的導(dǎo)熱損失。1 熱電偶導(dǎo)熱誤差熱電偶與被測表面的接觸形式有四種：a 點接觸 b 面接觸 c 等溫線接觸 d 分立接觸 點接觸：接觸面積小，散熱量都由小面積提供，表面溫度梯度較大； 面接觸：面接觸區(qū)域表面溫度梯度小； 等溫線接觸：端點處需供給的熱量很小，端點處

6、表面溫度梯度小； 分立接觸：熱量為兩點供給，梯度要小于點接觸，但比面接觸要大。 就測溫誤差而言， 點接觸分立接觸面接觸等溫線接觸在散熱量一定的情況下，表面溫度下降不但與接觸形式有關(guān)，而且與被測表面的導(dǎo)熱性能有關(guān)。導(dǎo)熱性能好的表面，在相同的接觸形式時，溫降較?。粚?dǎo)熱性能不良的表面，溫降就大些。另外，還要考慮熱電極直徑的變化、壁面上方氣流速度的變化。5.3 高溫氣體溫度測量 隨著被測氣體溫度的升高，測溫管與周圍容器壁的輻射換熱相對于對流、導(dǎo)熱換熱所占比例增大，造成以輻射為主的測溫誤差，使得測溫管示值低于實際氣體溫度。 以測量煙氣溫度為例說明。 傳熱分析如下： 高溫?zé)煔庵饕詫α鞣绞絺鳠峤o測溫管，傳

7、熱量為Q1，忽略煙氣對測溫管的導(dǎo)熱和輻射換熱； Q1=F(tg-t1) 測溫管與周圍冷壁面的換熱Q3，主要以輻射方式換熱； Q3=F(t1+273)4-(t2+273)4tg：煙氣溫度；t1：測溫管溫度；t2：冷壁面溫度； :測溫管的輻射率；：玻爾茲曼常數(shù)，5.6703210-8（W/m2K4)達(dá)到熱平衡時，Q1=Q3，有 tg-t1=(t1+273)4-(t2+273)4/; tg-t1即為輻射誤差； 由于t2與t1相差很大，測溫誤差很大。例：tg=750的煙氣流過測溫管，四周冷表面溫度t2=400，測溫管的輻射率=0.8。如果氣流對測溫管的對流換熱系數(shù)=30、40、50W/(m2K)。 由

8、上式計算可得 t1=506、524、540， 誤差=-244、-226、-210。 要根據(jù)上式計算測溫誤差很困難。 tg-t1=(t1+273)4-(t2+273)4/ 從上式來看，誤差是由輻射換熱、對流換熱兩部分組成，可從這兩方面采取措施：1 減小輻射損失的方法 采用隔離罩 采用雙熱電偶測溫 采用氣動高溫計 將氣溫降低，然后在較低溫度下測量氣體溫度，以減小輻射散熱。根據(jù)氣體方程有通過節(jié)流件時，質(zhì)量流量為221121122121 TPPTTTPP21222222111122122222221121111)(2424PPddqqPdqPdqmmmm2 提高氣流與測溫管間的對流換熱能力 抽氣熱電偶從式子，tg-t1=(T41-T42)/，增大氣流與測溫管間的，可減小熱輻射損失。使用抽氣熱電偶可增大氣流速度。氣流速度太低，誤差較大；氣流速度過高會影響測量結(jié)果。 零直