熱工儀表第6章課件

第6章接觸測溫方法的討論§6.1管內(nèi)流體溫度測量§6.2壁面溫度測量§6.3高溫氣體溫度測量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?！?.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)與測溫管之間的放熱系數(shù)；λ1,λ2:管內(nèi)外兩段測溫管的熱導(dǎo)率，λ1=λ2；U1,U2:分別為L1和L2兩段測溫管的截面周長，U1=U2=πd1；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。雙曲函數(shù)：

∴x↗,chx↗;x↗,thx↗;x↗,cthx↘。2測溫管材料和結(jié)構(gòu)減小測溫管材料的導(dǎo)熱系數(shù)λ。λ↓,b↑，測溫誤差減小。減小λ，需用導(dǎo)熱性不良的材料制成測溫管，如用陶瓷、不銹鋼等。但會增加導(dǎo)熱熱阻，增大動態(tài)測溫誤差。增大U/F。U/F↑，b↑，測溫誤差減小。此時外徑d1小、壁厚δ小，即選用外形細長而壁厚很薄的形狀。在強度允許的條件下，可采用薄壁或小直徑的套管。各種測溫管裝置方案的測量誤差比較：方案1：電阻溫度計，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，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)別是測溫管未插到管道軸心線，誤差為-15℃；方案5：電阻溫度計，沒有絕熱層，外露部分長，L1又不像方案1中那么長，誤差為-45℃。§6.2壁面溫度測量如：火力發(fā)電廠中，對鍋爐過熱器管壁溫度的監(jiān)視，是大型鍋爐安全運行所不可缺少的。目前較多的是采用熱電偶來測量固體表面溫度，因為熱電偶有較寬的測溫范圍，較小的測量端，較高的測量準(zhǔn)確度。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；端點附近表面需向端點傳熱，引起表面溫度場的破壞。熱電偶所測溫度實際是溫度場被破壞后的表面溫度。因此，存在測溫誤差。引起測溫誤差的主要原因是沿著熱電偶的導(dǎo)熱損失。點接觸：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)?，因此溫度梯度較??；等溫線接觸：散熱量主要由等溫敷設(shè)段供給，端點處需供給的熱量很小，熱端的溫度梯度很??；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（假定散熱量一樣）：

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，測溫誤差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，測溫誤差較小。因為導(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，使得測溫管示值低于實際氣體溫度，造成以輻射為主的測溫誤差。稱為熱輻射誤差。以測量煙氣溫度為例說明：煙氣能掃過測溫管裝設(shè)在煙道中的整個部分（α1↑）；裝設(shè)地點煙道內(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，認(rèn)為測溫管僅以輻射散熱給低溫壁面。達到熱平衡時，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ε=0.8。如果氣流對測溫管的對流換熱系數(shù)α=30、40、50W/(m2K)。由上式計算可得t1=506、524、540℃，誤差=-244、-226、-210℃。要根據(jù)上式計算測溫誤差很困難。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減小測溫管的總輻射發(fā)射率，如采用耐熱合金鋼采用雙熱電偶測溫，用計算方法消除熱輻射誤差。氣流溫度遠遠大于冷壁溫度時才能使用。采用氣動溫度計（文丘利高溫計）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。可以用氣動溫度計測量工業(yè)鍋爐煙氣的溫度。Ε：流束膨脹系數(shù)，與ΔP/P有關(guān)?？烧J(rèn)為ε1=ε2,P1≈P2，d為節(jié)流件直徑，d1=d2。當(dāng)Red達到某一臨界值后，α為常數(shù)，令只要測出T2、ΔP1、ΔP2，就可求出煙氣溫度T1。2提高氣流與測溫管間的對流換熱能力抽氣熱電偶（耗能大，只能在試驗時采用）從式子，tg-t1=εσ(T41-T42)/α，增大氣流與測溫管間的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；氣流速度過高會影響測量結(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，對流換