熱工儀表第6章課件

第6章接觸測(cè)溫方法的討論§6.1管內(nèi)流體溫度測(cè)量§6.2壁面溫度測(cè)量§6.3高溫氣體溫度測(cè)量接觸測(cè)溫即感溫元件直接與被測(cè)介質(zhì)接觸，如熱電偶、熱電阻測(cè)溫。以接觸法測(cè)溫的儀表，指示的溫度是感溫元件本身的溫度，一般這個(gè)溫度和被測(cè)介質(zhì)的溫度是有差值的。以用熱電偶測(cè)量鍋爐過熱器后的煙氣溫度為例說明?！?.1管內(nèi)流體溫度測(cè)量設(shè)流體溫度為tg，環(huán)境溫度為t3，熱電偶溫度為t1；管道外敷有絕熱層，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。則只考慮導(dǎo)熱誤差。根據(jù)傳熱學(xué)上的肋片計(jì)算可推導(dǎo)出導(dǎo)熱誤差關(guān)系式：α1,α2:內(nèi)外介質(zhì)與測(cè)溫管之間的放熱系數(shù)；λ1,λ2:管內(nèi)外兩段測(cè)溫管的熱導(dǎo)率，λ1=λ2；U1,U2:分別為L(zhǎng)1和L2兩段測(cè)溫管的截面周長(zhǎng)，U1=U2=πd1；F1,F2:分別為管內(nèi)外兩段測(cè)溫管的截面積，F(xiàn)1=F2；L1,L2:分別為管內(nèi)外測(cè)溫管的長(zhǎng)度。雙曲函數(shù)：

∴x↗,chx↗;x↗,thx↗;x↗,cthx↘。2測(cè)溫管材料和結(jié)構(gòu)減小測(cè)溫管材料的導(dǎo)熱系數(shù)λ。λ↓,b↑，測(cè)溫誤差減小。減小λ，需用導(dǎo)熱性不良的材料制成測(cè)溫管，如用陶瓷、不銹鋼等。但會(huì)增加導(dǎo)熱熱阻，增大動(dòng)態(tài)測(cè)溫誤差。增大U/F。U/F↑，b↑，測(cè)溫誤差減小。此時(shí)外徑d1小、壁厚δ小，即選用外形細(xì)長(zhǎng)而壁厚很薄的形狀。在強(qiáng)度允許的條件下，可采用薄壁或小直徑的套管。各種測(cè)溫管裝置方案的測(cè)量誤差比較：方案1：電阻溫度計(jì)，測(cè)量誤差接近于零；方案2：水銀溫度計(jì)，管道有絕熱層，外露部分很少，感受件位于管道中心軸線處，誤差為-1℃；方案3：與方案2的區(qū)別是測(cè)溫管直徑和管壁厚度都較大，誤差為-2℃；方案4：與方案2的區(qū)別是測(cè)溫管未插到管道軸心線，誤差為-15℃；方案5：電阻溫度計(jì)，沒有絕熱層，外露部分長(zhǎng)，L1又不像方案1中那么長(zhǎng)，誤差為-45℃?！?.2壁面溫度測(cè)量如：火力發(fā)電廠中，對(duì)鍋爐過熱器管壁溫度的監(jiān)視，是大型鍋爐安全運(yùn)行所不可缺少的。目前較多的是采用熱電偶來測(cè)量固體表面溫度，因?yàn)闊犭娕加休^寬的測(cè)溫范圍，較小的測(cè)量端，較高的測(cè)量準(zhǔn)確度。采用熱電偶測(cè)量表面溫度時(shí)，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(diǎn)溫度不同于表面溫度；端點(diǎn)附近表面需向端點(diǎn)傳熱，引起表面溫度場(chǎng)的破壞。熱電偶所測(cè)溫度實(shí)際是溫度場(chǎng)被破壞后的表面溫度。因此，存在測(cè)溫誤差。引起測(cè)溫誤差的主要原因是沿著熱電偶的導(dǎo)熱損失。點(diǎn)接觸：接觸面積小，散熱量都由小面積提供，熱端的溫度梯度較大；面接觸：散熱量由接觸區(qū)域共同分?jǐn)偅虼藴囟忍荻容^?。坏葴鼐€接觸：散熱量主要由等溫敷設(shè)段供給，端點(diǎn)處需供給的熱量很小，熱端的溫度梯度很?。环至⒔佑|：熱量為兩點(diǎn)供給，梯度要小于點(diǎn)接觸，但比面接觸要大。

∴就測(cè)溫誤差而言（假定散熱量一樣）：

點(diǎn)接觸>分立接觸>面接觸>等溫線接觸在散熱量一定的情況下，測(cè)溫誤差不但與接觸形式有關(guān)，而且與被測(cè)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(shí)，測(cè)溫誤差較小。因?yàn)閷?dǎo)走相同的熱量所需要的溫差減小，熱電偶的熱端溫度就不致降低太多。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。直徑粗，散失的熱量多，熱端溫度改變就大；壁面上方氣流速度大，散失的熱量多，熱端溫度改變就大?！?.3高溫氣體溫度測(cè)量隨著被測(cè)氣體溫度的升高，測(cè)溫管與周圍容器壁的輻射換熱相對(duì)于對(duì)流、導(dǎo)熱換熱所占比例增大，使得測(cè)溫管示值低于實(shí)際氣體溫度，造成以輻射為主的測(cè)溫誤差。稱為熱輻射誤差。以測(cè)量煙氣溫度為例說明：煙氣能掃過測(cè)溫管裝設(shè)在煙道中的整個(gè)部分（α1↑）；裝設(shè)地點(diǎn)煙道內(nèi)壁也讓煙氣流過；裝設(shè)部位外壁敷設(shè)較厚的絕熱層（α2↓）。此時(shí)，認(rèn)為測(cè)溫管僅以輻射散熱給低溫壁面。達(dá)到熱平衡時(shí)，Q1=Q2，有tg-t1=εσ[(t1+273)4-(t2+273)4]/α;

tg-t1即為輻射誤差，由于t2與t1相差很大，測(cè)溫誤差很大。例：tg=750℃的煙氣流過測(cè)溫管，四周冷表面溫度t2=400℃，測(cè)溫管的輻射率ε=0.8。如果氣流對(duì)測(cè)溫管的對(duì)流換熱系數(shù)α=30、40、50W/(m2K)。由上式計(jì)算可得t1=506、524、540℃，誤差=-244、-226、-210℃。要根據(jù)上式計(jì)算測(cè)溫誤差很困難。從上式來看，誤差是由輻射換熱、對(duì)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減小測(cè)溫管的總輻射發(fā)射率，如采用耐熱合金鋼采用雙熱電偶測(cè)溫，用計(jì)算方法消除熱輻射誤差。氣流溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于冷壁溫度時(shí)才能使用。采用氣動(dòng)溫度計(jì)（文丘利高溫計(jì)）將氣溫降低，然后在較低溫度下測(cè)量氣體溫度，以減小輻射散熱?？梢杂脷鈩?dòng)溫度計(jì)測(cè)量工業(yè)鍋爐煙氣的溫度。Ε：流束膨脹系數(shù)，與ΔP/P有關(guān)。可認(rèn)為ε1=ε2,P1≈P2，d為節(jié)流件直徑，d1=d2。當(dāng)Red達(dá)到某一臨界值后，α為常數(shù)，令只要測(cè)出T2、ΔP1、ΔP2，就可求出煙氣溫度T1。2提高氣流與測(cè)溫管間的對(duì)流換熱能力抽氣熱電偶（耗能大，只能在試驗(yàn)時(shí)采用）從式子，tg-t1=εσ(T41-T42)/α，增大氣流與測(cè)溫管間的α，可減小熱輻射誤差。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(huì)影響測(cè)量結(jié)果。零直徑外推法根據(jù)α∝d-0.5，當(dāng)熱電偶直徑趣于零時(shí)，對(duì)流換