熱工設備表面散熱檢測計算方法研究論文

摘要能源是制約經濟發(fā)展的頸瓶，隨著經濟的發(fā)展，能源危機越發(fā)顯得突出和重要。因此，提高能源的利用效率，在生產中切實做好節(jié)能降耗工作對緩解能源危機，保障國民經濟持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展具有重要的意義。水泥生產是國民經濟中的一個耗能大戶，以新型水泥預分解生產工藝為例，每生產1噸水泥約消耗0.1到0.12噸標準煤，其能耗占到水泥生產成本的40%～60%，其中窯體表面散熱損失又占熟料實際熱耗的20%左右。為了實時監(jiān)控窯體表面溫度，盡可能減少表面散熱，就必須解決好熱工設備表面散熱的測量與計算問題。現有的計算中所用到的表面綜合換熱系數的計算范圍，其溫度范圍上限僅為240℃，已嚴重不能滿足新型干法水泥窯表面散熱計算的需要。為此，本論文對現有的計算溫度區(qū)間的相關參數及理論進行了重新的分析研究，得到了計算綜合換熱系數的回歸方程，并應用于對實際范例的計算，結果表明，所得到的方程較好地解決了不同情況下表面綜合換熱系數的計算問題。我們得到的回歸方程如下：轉動設備表面散熱綜合換熱系數方程：當風速W=0時：α=0.246△t+35.34當風速W≠0時：在溫差△t≤時：α=（0.0027w+0.265）△t+4.76w2+18.57w+35.36在溫差△t＞時：α=（-0.1774w5+1.0957w4–2.5536w3+2.7461w2–1.3201w+0.2743）△t–0.88w2+22.14w+76.90不動設備表面散熱綜合換熱系數系數方程：當風速W=0時：α=0.251△t+25.07當W≠0時：α=（0.0009w3-0.0149w2+0.0808w+0.176）△t-0.305w2+11.793w+41.64關鍵詞：能源危機綜合換熱系數回歸方程節(jié)能AbstractEnergyisrestrictioneconomicdevelopment,alongwiththedevelopmentofeconomy,energycrisisthemorelooksoutstandingandimportant.Thereforeraiseenergy,useefficiency,inproduction,makeenergysavingconscientiouslytofall,consume,workisensuredforalleviatingenergycrisis,havecontinuednationaleconomy,stabilize,healthydevelopmenthaveimportantmeaning.Cementproductionisthatoneinnationaleconomyconsumescanbighousehold,decomposeinadvancewithnewcementtoproducetechnology,forexample.Perproduce1tonsofcementcontractconsumption0.1to0.12tonstandardcoals,Itsspecificpowerconsumptiontakestheofcementproductioncost40%～60%,againtakethe20%ofcookedmaterialactualhearrateinwhichkilnbodysurfaceheatlossduetoradiationcontrol.Forthemonitoringkilnbodysurfacetemperatureofrealtime,reducesurfacescatteredheatasfaraspossible,mustsolvethehotmeasureandcalculationofworkequipmentsurfacescatteredheatproblem.Thecalculationofthesurfacecomprehensivecoefficientofheatexchangethatusesinexistingcalculationscope,itstemperaturescopeupperlimitisonly240℃,alreadyseriouscannotsatisfynewdrylawcementkilntheneedsofsurfacescatteredhotcalculation.Thereforethispaperforexistingcalculation,theoryandtherelatedparameteroftemperatureintervalhavegoneonagainanalyseresearch,havegottencalculationtosynthesizetheregressionequationofthecoefficientofheatexchange,andapplicationinthecalculationforactualexample.Asaresult,theequationthatgetshassolveddifferentconditionbettertotakeoffthecalculationofthesurfacecomprehensivecoefficientofheatexchangeproblem.Turntheequipmentsurfaceequationofthescatteredhotcomprehensivecoefficientofheatexchange:WhenwindspeedW=0:α=0.246△t+35.34WhenwindspeedW≠0:Indifferenceintemperature△t≤:α=（0.0027w+0.265）△t+4.76w2+18.57w+35.36Indifferenceintemperature△t＞:α=（-0.1774w5+1.0957w4–2.5536w3+2.7461w2–1.3201w+0.2743）△t–0.88w2+22.14w+76.90Donotmovetheequipmentsurfacescatteredequationofthehotcomprehensivecoefficientcoefficientofheatexchange:WhenwindspeedW=0:α=0.251△t+25.07WhenwindspeedW≠0：α=（0.0009w3-0.0149w2+0.0808w+0.176）△t-0.305w2+11.793w+41.64Keyword:EnergycrisisThecomprehensivecoefficientofheatexchangeRegressionequationEnergysaving緒論能源是制約經濟發(fā)展的頸瓶，隨著經濟的發(fā)展，能源危機越發(fā)顯得突出和重要。因此，提高能源的利用效率，在生產中切實做好節(jié)能降耗工作對緩解能源危機，保障國民經濟持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展具有重要的意義。能源是是人類社會發(fā)展最強大的動力引擎。世界各國的發(fā)展實踐表明：國家和地區(qū)經濟發(fā)展的速度和發(fā)達程度越來越明顯地取決于現代能源供應保障系統(tǒng)的能力和建設狀態(tài)。例如.2000年.，占世界人口12%的西歐和北美發(fā)達國家.其一次能源消費卻，占了全球的44%【1、2】。我國的能源消費結構中，是以煤炭為主要能源的國家。煤炭是中國最主要的能源。長期以來，中國一次能源消費的70%以上來自煤炭【3】。煤炭在一次能源消費結構中的比重一直很大。盡管中國始終在致力于提高本國能源的自給水平，但是發(fā)展的社會經濟卻對有限的資源基礎提出了越來越大的挑戰(zhàn)。我國能源短缺與水泥工業(yè)快速發(fā)展急需大量能源的矛盾將日益尖銳。2005年水泥工業(yè)的能源問題己擺在而前。我國水泥工業(yè)主要以煤炭為燃料，以電能為動力，是典型的耗能大戶。雖然我國煤炭資源豐富，但分布并不平均，且低揮發(fā)份煤和含硫量大的煤較多，能夠用于水泥工業(yè)的煤質越來越差。水泥工業(yè)是能源資源消耗較大的產業(yè)，按照8億噸水泥熟料10億噸水泥產量考慮【4】，則每年我國水泥工業(yè)需要標準煤炭9600萬噸(按每噸熟料熱耗為120kg標準煤計)，占全年煤炭總產量的8.5%。雖然我國是煤炭大國，但世界七大煤炭大國中，只有我國的存采比不足百年，其余六國均在210年以上【5】，充分認識能源對經濟和社會發(fā)展的支撐作用。水泥工業(yè)是國民經濟中的一個耗能大戶。水泥生產中的能耗費用在整個生產成本中的能耗費用在整個生產成本中占有相當大的比例。因此，長期以來世界各國對降低水泥生產的單位能耗作了不懈的巨大努力。至今的主要作法表現在一方面紛紛以新開發(fā)出來的高效節(jié)能設備取代水泥工藝過程中能耗高的老設備或節(jié)能新技術改造老設備，并努實現工藝過程的優(yōu)化，從而大大降低了燃料能和電能的消耗；另一方面則努力采用新技術以加強工藝過程中廢熱的回收利用，從而使廢熱的利用率達到了一個較高的水平；另外通過摻混合材料水泥的生產和降低能耗水泥的開發(fā)也獲得了可觀的節(jié)能效益。經過幾十年來人們的艱苦努力，發(fā)達國家水泥生產的單位能耗指標已有了很大的下降。我國在這方面也取得了顯著的成效，但與發(fā)達國家相比，仍有較大差距。由此可見水泥窯的能耗偏高，高能耗已經成為制約水泥企業(yè)經濟效益提高的重要因素。因此，采用各種措施來實現水泥窯的節(jié)能降耗目標是推動水泥工業(yè)技術進步的重要任務。水泥窯是一種高能耗的熱工設備，近代發(fā)展起來的各種新型干法窯的主要特色是產量高和熱耗低。即使這些低熱耗的水泥窯能源消耗也要占到水泥生產成本的40%～60%【6】，熟料熱耗主要有四方面：①熟料形成熱。②成品帶走的熱量。③廢氣與飛灰?guī)ё叩臒崃?。④系統(tǒng)表面的散熱損失。其中窯體表面散熱損失又占熟料實際熱耗的20%左右。如云南水泥有限公司Ф3.3m×52m五級旋風筒預熱器窯的標定數據：熟料形成熱占37.195%；成品帶走的熱量占5.42%；廢氣與飛灰?guī)ё叩臒崃空?8.83%；系統(tǒng)表面的散熱損失占22.58%；其它占5.98%。由此可見，減少系統(tǒng)的散熱損失非常重要，且所需資金又少的節(jié)能辦法就是采用隔熱材料提高窯體隔熱保溫效果，使用隔熱磚的水泥窯窯體表面的熱流量減少、溫度降低。如果能把表面散熱降到10%以下，每年按照8億噸水泥熟料來計算，則每年我國水泥土業(yè)可節(jié)約標準煤炭960萬噸(按每噸熟料熱耗為120kg標準煤計)以上。在保持原有燃料消耗的水平上，窯溫增高，加速了水泥生料的預分解和熟料的煅燒，從而提高了熟料的質量和產量，使熟料熱耗降低，能少排放上百萬噸二氧化硫，并可降低排風機電耗。所以，我們作為一個水泥生產大國，從長遠戰(zhàn)略方針來看中國經濟和社會發(fā)展，節(jié)能降耗是一個迫切的任務。為推動全社會開展節(jié)能降耗，緩解能源頸瓶制約，建設節(jié)約型社會，促進經濟社會可持續(xù)發(fā)展，為建設節(jié)約型社會，為實現中國水泥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展，戰(zhàn)略思路是在科研開發(fā)與工程設計中，要以節(jié)約資源、能源和可持續(xù)發(fā)展為主導，全面提升技術經濟指標與世界先進同步，使水泥產品高質量、裝備大型化、生產集約化，逐步使中國水泥工業(yè)成為產業(yè)結構合理的水泥制造業(yè)。我國水泥工業(yè)應積極發(fā)展新型干法生產技術，淘汰技術落后且能耗大的立窯、中空干法窯、濕法窯及立波爾窯等。近二、三年中國新型干法生產線的熟料標煤耗己達到104kg標煤/t【7】，水泥綜合電耗己降到100kWh/t,可望達到95kWh/t，而1998年的熟料熱耗175kg標煤∕t，水泥綜合電耗114kWh∕t（平均）【8】，表明中國水泥工業(yè)進入新世紀后，已發(fā)生了突破性變化。為了實時監(jiān)控窯體表面溫度，盡可能減少表面散熱，就必須解決好熱工設備表面散熱的測量與計算問題?，F有的計算中所用到的表面綜合換熱系數的計算范圍，其溫度范圍上限僅為240℃，已嚴重不能滿足新型干法水泥窯表面散熱計算的需要。為此，本論文對現有的計算溫度區(qū)間的相關參數及理論進行了重新的分析研究，得到了計算綜合換熱系數的回歸方程，并應用于對實際范例的計算，結果表明，所得到的方程較好地解決了不同情況下表面綜合換熱系數的計算問題。能源是社會生產力的核心和動力源泉，是發(fā)展國民經濟、改善人民生活水平的重要物質基礎，是我國可持續(xù)發(fā)展的物質基礎。正確認識和處理好能源與經濟發(fā)展的關系涉及到經濟和社會可持續(xù)發(fā)展的各個方面。中國要落實科學的發(fā)展觀.實現經濟社會的可持續(xù)發(fā)展和全而實現小康社會的戰(zhàn)略日標，必須以能源與經濟的協(xié)調發(fā)展為基本前提。因此，節(jié)約能源促進可持續(xù)發(fā)展。第二章表面散熱的測定與計算方法所有熱設備如立窯、回轉窯、分解爐、預熱器、冷卻機及熱設備之間的聯(lián)結管道的表面散熱量的測量，均在各熱工設備的表面進行。表面散熱量的測定可用熱流量計直接測出熱設備的表面散熱量。若沒有熱流量計，可測出熱設備的表面溫度，然后計算出散熱量。測定時將各種需要測定的熱設備，按其本身的結構特點和表面溫度的差別，劃分成若干個區(qū)域，計算出每一區(qū)域的表面積的大小，分別在每一區(qū)域測算其表面散熱量，其總和就是該熱設備的表面散熱量。2.1測量方法2.1.1膨脹式溫度計膨脹式溫度計利用了液體或固體熱脹冷縮的性質，它有液體膨脹式和固體膨脹式兩種。2.1.1.1液體膨脹式溫度計（玻璃液體溫度計）液體膨脹式溫度計就是玻璃液體溫度計，廣泛用于設備、管道、容器上的溫度測量，其測量范圍內－200～+500℃。這種溫度計的優(yōu)點是結構簡單，使用方便，價格便宜和精確度高。溫度計毛細管里面充液體，常用的液體有水銀或某種有機液體，如甲苯、酒精、煤油、戊浣和石油醚等。前者測量范圍為0～500℃，后者多用來測量低溫，最低可測－200℃。Ⅰ普通玻璃管溫度計普通玻璃管溫度計按其本身形狀和結構，可分為三種基本類型，即棒式溫度計、內標式溫度計和外標式溫度計。棒式溫度計，由溫包連接一根厚壁的玻璃毛細管而成。溫度標尺可直接刻在毛細管的外表面上。安全泡的作用是避免在溫度過高時，液體頂破溫度計。內標式溫度計，由溫包和一根較薄的玻璃毛細管相連，在毛細管后面有一片乳白色玻璃的溫度標尺，毛細管同標尺板均固裝在一根圓形的玻璃保護套內，套管一端封閉，另一端熔接在溫泡上。內標式溫度計有較大的熱惰性，但在生產和普通實驗條件下使用時，觀測是比較方便的。外標式溫度計，由接有溫包的毛細管直接固定在刻有溫度標尺的板上而成（板可用塑料、木料、金屬等做成），這種溫度計的測量液體一般是用染成紅色或藍色的酒精。它基本上只用于測量不超過50～60℃的空氣溫度。玻璃液體溫度計按其測量精度可分為三類：工業(yè)用的、實驗室用的和標準溫度計。標準水銀溫度計有一等和二等之分，其分度值為0.05～0.1℃，用于校驗其它溫度計。分度值為0.1、0.2℃的一般用于實驗室；分度值為0.5、1、2、5℃的適于工業(yè)上應用。工業(yè)用溫度計大多為內標式水銀溫度計，它有著較長的尾部，且其尾部可以做成直的或彎成90o、120o和135o等角度的幾種。工業(yè)用溫度計的插入深度是固定的，用它測溫度時，其尾部應全部插入被測介質內。安裝有工業(yè)設設的溫度計，為保護其安全起見，通常放在專用的金屬保護套管內。為改善套管內壁和溫包間的傳熱，在溫包和套管壁間的環(huán)形空隙內注入油（當溫度計刻度在200℃以下時）或石墨粉、銅屑（當溫度計刻度在750℃以下時）。在套管中注入油或石墨粉、銅屑的高度只要蓋住溫度計的溫包即可，過多會增加儀表的熱惰性。Ⅱ帶電接點的玻璃管水銀溫度計除普通玻璃管溫度計外，還有一種帶電接點的的玻璃管水銀溫度計。它與繼電器配合，廣泛用于恒溫控制、訊號報警等自動裝置上。其性能比較穩(wěn)定，靈敏度也高。Ⅲ吸附式表面溫度計水泥廠的回轉窯是在旋轉的，用普通的棒式溫度計無法測定其表面溫度。建筑材料科學研究院研究了一種吸附式表面溫度計（見圖2-1）來測量表面溫度，效果較好。11234圖2-1附式表面溫度計的構造1—環(huán)形磁鋼；2—鋅柱；3—石棉繩；4—水銀溫度計吸附式表面溫度計市場上沒有供應，需要自己動手制作。把制得的吸附式表面溫度計和普通水銀溫度計放在CaCl2溶液中，利用CaCl2溶液不同濃度具有不同沸點這一性質，作了一些實驗，得到的數據列入表2-1中【9】。吸附式表面溫度計和普通水銀溫度計測溫比較表2-1溫度計測得溫度（℃）吸附式表面溫度計3547100122129150普通水銀溫度計3549100124130151從這組數據的比較中可以看出，兩個溫度計的差別是很小的。所需材料：強磁鐵一塊，400℃（或300℃）水銀溫度計一支，鋅（或鉛）一些，內徑為17mm長為30mm的鋼管一段，凡士林一些。制作步驟：（1）將磁鐵車削成外徑約為50mm、內徑約為23mm、高約為12mm的空心圓柱體。（2）將30mm長的鋼管一端磨平，在磨平端上方18mm處鉆一直徑為8mm的圓孔。（3）將鋅（或鉛）熔融。（4）在鋼管內部涂上一薄層凡士林（防止鋅與鋼管粘?。?，把鋼管放在光滑的瓷板上，再將水銀溫度計水平放入水孔內（注意刻度向上），放入磁鐵中，鋅與磁鐵空隙處用石棉繩壓緊（以防鋅柱向外散熱），即制得吸附式表面溫度計。測定前，先將吸附式表面溫度計暴露在空氣中的鋅柱用石棉繩包好，然后輕輕放上，一定要拿平了輕輕放上，以免強磁鐵靠近筒體時，磁力的作用將磁鐵猛然吸過去而造成沖擊作用損壞玻璃管。待測點上要去掉污垢可以加強傳熱；鋅塊周圍都用石棉繩包住，減少散熱這樣可使鋅塊盡量接近被測物體表面溫度，使測量出的溫度讀數較為準確。溫度計吸附在被測筒體上的半小時就可讀數。玻璃管液體溫度計的常見故障為工作液柱的斷裂，對淮柱斷裂可用下述方法處理。（1）對有安全泡的溫度計用熱修法：針溫度計緩緩插入溫度略高于測量上限的恒溫槽中，使液柱斷裂部分與整個液柱在安全泡中連接起來，再垂直取出溫度計，使其在空氣中逐漸冷卻至室溫。（2）對沒有安全泡的溫度計用冷修法：將溫度計插入干冰和酒精的混合液中進行冷縮（若無干冰時，可用冰、鹽混合物），直到毛細管中的水銀全部收縮到玻璃溫包中為止。取出溫度計時，注意溫包切勿與金屬物體相碰。其優(yōu)點：用于測量窯體的溫度準確。缺點：測量溫度的時間常數大，鋅溫度計與窯體溫度達到平衡的時間約為20min，鉛溫度計約為30min（鋅的導熱系數為100，鉛為30）。所以反應不夠靈敏，微小的溫度變化要10min后才能反映出來。2.1.1.2固體膨脹式溫度計固體膨脹式溫度計具有一定的耐振性能，可用來測量氣體或液體的溫度，它采用疊焊在一起的雙金屬片作為測量元件。這兩金屬片的線膨脹系數不同，當又金屬片受熱溫度升高時，金屬片A伸長量小，金屬片B伸長量大，引起雙金屬片彎曲，彎曲的程度與溫度高低成正比。為了增大儀表的靈敏度，常將雙金屬片制成盤旋形或螺旋形，把它們的一端固定，另一端的變形通過傳動放大，就能帶動指針指示出溫度值。2.1.2壓力式溫度計壓力式溫度計的測溫原理是：封閉在容器中的液體、氣體或某種液體的飽和蒸氣，受熱后溫度升高，體積膨脹或壓力變化，其變化的值通過彈簧管壓力計顯示出溫度來。主要用來測量氣體、蒸氣及液體的溫度。壓力式溫度計，由溫包、毛細管和彈簧管壓力計組成。溫包作為測溫元件，溫包內所充工作介質可以是液體、氣體、也可以是某種液體的蒸氣。壓力式溫度計按其工作介質不同，分成充液體式，充氣體式或充蒸氣式三種。液體壓力式溫度計所充的工作介質以水銀最為廣泛，測溫范圍可達650℃。測量150℃和400℃以下的溫度可分別采用甲醇和二甲苯。當溫包周圍溫度彎化時，溫包內的液體體積就要膨脹或收縮，其變化量等于彈簧管內容積隨其變形而產生的容積變化量。溫度計在使用時，毛細管和彈簧管中液體也會因受到周圍溫度變化而發(fā)生體積變化，引起測量誤差，常用的糾正辦法是在彈簧管自由端和指針機構之間裝上一條雙金屬片，當周圍溫度變化時，雙金屬片受溫度影響而膨脹，偏轉的方向與盤彈簧扭轉方向相反，借以被償其誤差。氣體壓力式溫度計的工作原理是基本查理定律：（2-1）式（2-1）表示在氣體容積保持恒定的條件下，氣體絕對壓力隨氣體的絕對溫度增加而增加。因此，當含有一定容積氣體的溫包受熱時，增大的壓力推動盤彈簧動作。由于盤彈簧和毛細管中的氣體也會因感受了周圍溫度彎化而產生壓力變化，從而造成測量誤差，此誤差也可用雙金屬片來補償，其工作氣體以氮氣用得最廣，它能測量的景高溫度是500～550℃。蒸氣壓力式溫度計的工作原理是：低沸點液體的飽和蒸氣壓只和溫度有關，并且僅是和分界面（氣、液分界面）的溫度有關。在溫包的一部分容積內（約占2/3容積）盛放易揮發(fā)的液體，而在其它空間以及毛細管、盤彈簧內是這種液體的飽和蒸氣，由于分界面處于溫包內，因而這種溫度計的讀數僅和溫包溫度、即被測介質溫度有關。這種溫度計不會因毛細管和盤彈簧周圍溫度的變化以及整個容積的變化而影響讀數。蒸氣壓力式溫度計的主要測量誤差是由于低沸點液體的初始飽和蒸氣壓力與大氣壓力的差別很小，因此大氣壓力的變化影響測量準確度，要比氣體壓力式溫度計大。采用的低沸點液體有：氯甲烷（－20～+100℃）；氯乙烷（0～120℃）；二乙醚（0～150℃）；丙酮（0～170℃）；苯（0～120℃）。壓力式溫度計的測量距離最大可達60m，精度為1.5與2.5級。這種溫度計的優(yōu)點是不怕振動。缺點是測溫距離遠時，滯后較大。壓力式溫度計有指示式、記錄式、報警式（帶電接點）等各種類型。水泥廠中帶電氣接點壓力式溫度計常用于袋式除塵器溫度監(jiān)視，電除塵器進入廢氣的溫度測量，煤磨混合氣體的溫度測量，磨機軸承潤滑油油溫的測量等。2.1.3熱電偶溫度計熱電偶是目前溫度測量領域里應用最廣泛的測溫元件之一。它與其它溫度測量元件相比具有突出的優(yōu)點，這就是：能測量較高的溫度；熱電偶能把溫度訊號轉換成電壓信號，因而便于訊號的遠傳和記錄，也有利于集中檢測和控制；性能穩(wěn)定，準確可靠；結構簡單，訊號測量方便，經濟耐用，維護方便等。正是由于它具備了這些突出的優(yōu)點，所以無論是在工業(yè)生產還是科學研究領域里都廣泛地使用熱電偶來測溫。其缺點：熱電偶元件易受化學腐蝕，熱電偶的冷端溫度對測量有很大影響。2.1.3.1熱電偶的測溫原理t0A+Bt0A+BNANBAB靜電場方向自由電子的密度NA＞NBt圖2-2熱電偶原理兩種不同的金屬A和B互相接觸時由于金屬材料不同，金屬導體內部的電子密度就不同（所謂電子密度是指單位體積里自由電子的數目，自由電子的數目多就說明電子密度大），電子密度不同的金屬接觸在一起就要發(fā)生自由電子的擴散現象，自由電子從密度大的金屬跑到密度小的金屬里去。假如導 體A的自由電子密度NA比導體B的NB大，則就有一些電子從A跑到B中去，如圖7-43所示。A失去了電子帶正電，B得到了電子帶負電，因而A、B之間產生了一定的電位差，這個電位差就是接觸電勢。同時這個電位差就在接觸處建立了如圖中所示的靜電場，這個靜電場的方向要把電子從B導體吸向A導體，電場對電子的作用與擴散現象正好相反。在一定的條件下（即在一定的溫度下），從A擴散到B去的電子數目和由于電場力的作用從B跑到A的電子數目達到了動態(tài)平衡，這時就建立了一定大小的接觸電勢。接觸電勢。接觸電勢的大小與溫度的高低及導體中的電子密度有關。溫度越高，接觸電勢越大；兩金屬的電子密度的的比值越大，接觸電勢也越大，當勢電偶的材料一定時，接觸電勢只與溫度有關：（2-2）（2-3）回路的熱電勢：（2-4）在熱電偶回路中，A和B兩種導體稱為熱電極。T端叫做熱端，又稱工作端；端叫做冷端，又稱自由端。如果將自由端溫度固定，則=常數，回路的熱電勢為：（2-5）這樣，的大小只與工作端的溫度有關了，只要能夠測出的大小，就能間接知道被測量溫度的高低，這就是熱電偶為什么能夠測量測度的原理。圖2-2的閉合回路實際上只是熱電偶的原理性線路，僅用這個線路是根本無法測量溫度的。要測量溫度就得測量熱電勢的大小，要測量熱電勢就得接入測量儀表及聯(lián)結導線，最簡單的實際測溫勢電偶線路如圖2-3（a）所示。在冷端t0把焊接處打開，接入聯(lián)接銅導線和動圈式動圈儀表EAB（t0）Ct0ECA（t0）EBC（t0）t0t0t0t0AABABtEAB（t）（a）（b）（c）圖2-3熱電偶回路接入第三種金屬儀表，這就相當于在熱電偶閉合回路中接入第三種金屬，這樣一來，熱電偶的熱電勢是否受第三種金屬的影響呢？下面來討論這個問題。圖2-3（b）所示，A、B為熱電極，C為加接的第三種金屬（導線和動圈儀表）。從圖2-3(b)可以看出，這個電路的熱電勢為：（2-6）如果，則電路中的熱電勢為零，式（2-6）可寫成（2-7）即：（2-8）將式（2-8）代入式（2-6）得：（2-9）式（2-9）的熱電勢和圖2-3(c)的熱電勢一樣，這說明了在勢電偶回路中，接入第三種金屬材料，只要第三種金屬材料兩端的溫度相同，熱電偶產生的熱電勢保持不變，不受第三種金屬接入的影響。2.1.3.2常用熱電偶及其材料熱電偶可用不同材料制成，常見的有以下幾種：Ⅰ鉑銠-鉑熱電偶鉑銠是正極，它是由90%的鉑和10%的銠制成的合金；鉑是負極，是純鉑絲。因這種熱電極材料很昂貴，故一般熱電偶絲的直徑都在0.5mm以下。由于容易得到化學純的鉑和鉑銠，物理穩(wěn)定性較高，因而測量準確性高，便于復制?？捎糜诰艿臏囟葴y量或作為標準熱電偶。在氧化性及中性氣氛中，具有較高的特理化學穩(wěn)定性。在長期使用條件下可測量1300℃以下的溫度，在良好的使用環(huán)境下可短期測量高達1600℃的溫度。這種熱電偶的主要缺點是靈敏度低，平均只有0.009mv/℃；鉑絲易受還原性氣氛侵蝕；鉑銠絲中的銠分子在長期使用中受高溫作用而揮發(fā)，并使鉑絲受污染而變質，從而引起熱電性能改變，失去測量準確性。此外，這種熱電偶成本高，比較昂貴。Ⅱ鎳鉻-鎳鋁（鎳鉻-鎳硅）熱電偶鎳鉻是正極，鎳鋁（鎳硅）是負極，絲的直徑大多在1.2～2.5mm之間。因為兩電極中都含有大量的鎳，抗氧腐蝕性能較強，化學稱定性較高，可在氧化性或中性介質中長期測量900℃的溫度，短期測量可高達1300℃。其次是材料的復制性好；靈敏度高，約0.041mv/℃，相當于鉑銠-鉑熱電偶的4倍多。這種熱電偶的主要缺點是在高溫下易受還原性氣體的侵蝕而變質精度比不上鉑銠-鉑熱電偶，但在工業(yè)生產中已完全能滿足使用要求，是目前工業(yè)生產中使用最廣泛的熱電偶。Ⅲ鎳鉻-老銅熱電偶鎳鉻為正極，考銅為負極。熱電偶絲的直徑以1.2～2mm較多。這種熱電偶適應于還原及中性氣氛中使用，因考銅合金絲易受氧化而變質；而且不能承受太高的溫度，長期使用可達到600℃，短期使用可測量800℃的溫度。其突出的特點是靈敏度高，約0.078mV/℃，相當于鉑銠-鉑熱電偶的8倍多，此外價格較便宜。以上介紹的三種在工業(yè)生產及科學實驗中應用最廣泛最普遍的熱電偶，其中LB熱電偶的突出特點是精度較高，能面坑溫，因此常用于精密的溫度測量及高溫測量中，但價格較高，而EU和EA熱電偶價格便宜，因此在溫度低于1000℃，精度要求不是很高的場合下都應盡量采用EU和EA熱電偶。除上面常用的三種熱電偶外，還有一引起新型的熱電偶材料，其中鎢錸系熱電偶已開始被水泥工業(yè)所采用。鎢錸系熱電偶是目前一種較好的超高溫熱電材料，其景高使用溫度受絕緣材料的限制，一般可用到2400℃。國產鎢錸5-鎢錸20熱電偶，以鎢錸5作正極，鎢錸20作負極，使用范圍為300～2000℃。2.1.3.3熱電偶的結構熱電偶的結構型式是多種多樣的，它完全是根據被測溫度對象的具體情況決定的。例如在被測氣氛良好的情況下，只要把兩根熱電極之間加以絕緣防止短路就可以插到被測介質中，這是最簡單的情況。為了避免電偶遭受有害介質的化學作用，以及避免機械損傷，熱電偶一般都裝在帶有接線盒的保護套管中。帶有保護套管的熱電偶的結構為，下部為保護套管，上部為接線盒，接線盒內有接線柱，可以借助于接線柱把勢電偶和導線聯(lián)接起來。接線盒除了可以方便地進行接線外，還有防塵和防水的作用。熱電偶的兩根熱電極是用電弧、乙炔焰等方法把他們焊接在一起的。熱電偶插在保護套管里，為了避免兩金屬絲之間的短路，在兩金屬絲之間用絕緣子隔開，絕緣子有單管的也有雙管的。有的保護套管上還有安裝熱電偶用的安裝螺絲或安裝法蘭。根據熱電偶的使用條件不同，常用保護套管的材料有：無縫鋼管、不銹鋼管、石英管和陶瓷管等。熱電偶的結構除上述這種普通常用的結構外，還有一些特殊需要的結構。如水泥廠常要測窯體表面溫度，而且回轉窯還在轉動，所以適應這種情況使用的熱電偶的結構就比較特殊，下面介紹一下這種結構的熱電偶——WNEA——22型表面溫度計。WMEA——22的型表面溫度計，其熱電極是由鎳鉻-考銅組成，制成0.5×0.1mm的薄片，彎成弓形。在熱電極兩旁有兩片和熱電極形狀相似的彈簧片保護。它們都安裝在支架上，支架上裝有四個滾輪，支架和支桿之間靠螺栓和螺絲旋鈕連接在一起，支桿末端是手柄。熱電極靠1.5米長的補償導線和顯示儀表毫伏計相接。測定時，用手拿住手柄，將四個滾輪壓在轉動的筒體1上，支架不動，滾輪隨筒體轉動。熱電極的熱接點貼在筒體上受熱溫度升高，其產生的熱電勢通過補償導線傳至毫伏計顯示出溫度來，這溫度就是筒體表面溫度。支桿和支架之間的角度可旋動螺絲旋鈕，松開后調節(jié)角度，調至方便測定為止。2.1.3.4熱電偶的二次儀表和冷端溫度補償Ⅰ熱電偶的二次儀表熱電偶輸出的毫伏信號，測量其毫伏數常用毫伏計（動圈儀表）及直流電位差計。用直流電位差計測量熱電偶的毫伏數準確度較高，但使用麻煩，常用于校正熱電偶；用毫伏計來測量熱電偶的毫伏數，雖測量準確度不如直流電位差計，但毫伏計結構簡單，使用方便，其準確度完全能滿足工業(yè)上的要求，所以工業(yè)上廣泛應用毫伏計來測量熱電偶的毫伏數。與熱電偶配套的毫伏計的刻度不是刻的毫伏數，因為這樣還須查表查出其對應的溫度來，很麻煩，所以目前與熱電偶配套的毫伏計的刻度直接刻的是溫度，這樣使用就非常方便。但使用時，一定要注意是否配套，不要搞錯。另外，還應注意毫伏計上規(guī)定外線電阻數值，如果外線電阻達不到要求數值，可以串聯(lián)一個外接電阻調整之，否則會影響其測量準確度。Ⅱ熱電偶冷端溫度補償熱電偶的分度表是在冷端溫度為0℃時分度的。在實際測定時，熱電偶的工作端（熱端）和冷端離得很近，另外由于冷端暴露在空間受到周圍介質溫度波動的影響，所以冷端溫度不會保持在0℃不變，因而會引起誤差。為了消除或減小這些誤差，可采用以下幾種方法加以補償修正。（1）補償導線法：為了使熱電偶的冷端溫度保持恒定，當然可以把熱電偶做得很長，使冷端遠離工作端，并連同二次儀表一起安置在在或波動較小的地方，但這樣做會使安裝不方便，另一方面也要多耗費許多貴重的金屬材料。因此，一般是用一種特殊的導線（稱補償導線）將電偶的冷端延伸出去。這種導線在一定溫度范圍內（0～100℃）又具有和所連接的熱電偶相同的熱電性能，其材料又是廉價金屬，對廉價金屬制成的熱電偶，則可用其本材料作補償導線。常同熱電偶的補償導線列于表2-2。在使用補償導線時，必須注意的是熱電偶與補償導線連接處的溫度不能超過100℃，否則將會引導起較大測量誤差。其次是補償導線有正負極性之分，注意不能接反，否則也將會引導起很大的測量誤差。常用熱電偶的補償導線表2-2熱電偶名稱補償導線正級負極材料顏色材料顏色鉑銠-鉑鎳鉻-鎳鋁（硅）鎳鉻-考銅銅銅鎳鉻紅紅褐綠鎳銅康銅考銅白白白（2）冷端溫度校正法：上述的補償導線只能將熱電偶冷端移至較低較穩(wěn)定的地方，但是冷端溫度還不是0℃，因此對儀表指示值需要用下法校正。①計算法：如果冷端溫度保持不變，而且已知其溫度為℃，則測得的熱電勢要小于冷端為0℃時的熱電。此時，為求得真實溫度可利用=+進行修正。②對于具有零位調節(jié)器的顯示儀表，如果冷端溫度是恒定的，也可以預先把顯示儀表指針調整到已知的冷端溫度上，這樣就等于把校正值直接加到顯示儀表上，顯示儀表的指示值就是熱端的實際溫度值了。③如果與熱電偶配套的顯示儀表是按溫度刻度的，測量精確度要求不高時，則可以直接把已知的冷端溫度℃加到顯示儀表的讀數上去。（3）冰槽法：既然熱電偶分度表都是在冷端為0℃的情況下得到的，那么在測量溫度時，如果也把熱電偶的冷端置于0℃的溫度下，就不需要進行校正了。這就是設置一個溫度恒為0℃的冰點槽，則溫度就是0℃。但必須注意冰和水都要比較清潔，冰要砸成碎塊。在蓋子上插進幾個盛油的試管（試管里的油是為了保證傳熱性能良好），熱電偶的冷端就插到試管里去。冰點槽法是一個精度很高的冷端處理辦法，然而在南方和北方的夏天要得到冰卻是比較麻煩的事情。因此這個辦法只局限在實驗室里使用，而在工業(yè)生產中使用時，就顯得很不方便了。（4）補償電橋法：熱電偶的熱電勢在必行隨著冷端溫度的升高而變小，如果能夠有一個輸出電壓的裝置正好反過來，即輸出電壓隨著溫度的升高而升高，用這個裝置與熱電偶配合后，熱電偶冷端溫度高于0℃，而使熱電勢減小的數值，正好從這個裝置的輸出電壓由于溫度升高而增大得到補償。這個裝置用補償電橋法。補償電橋法是不受冷端溫度變化的影響，這個補償過程是自動進行的。是目前工業(yè)生產中應用最為廣泛的一種。它與補償導線配合使用極為方便，精度也完全能滿足生產上的要求。補償電橋的全部電阻放在一個膠木盒內。我國生產的冷端溫度補償器的部分規(guī)格列表2-3。選用電橋平衡時，溫度為20℃的冷端溫度補償器，必須把顯示儀表的起點調到20℃的位置。常用冷端溫度補償器表2-3型號配用熱電偶電橋平衡時溫度（℃）補償范圍（℃）電源（V）WBC-57-LBWBC-57-EBWBC-57-EA鉑銠-鉑鎳鉻-鎳鋁（硅）鎳鋁-考銅200～4042.1.3.5熱電偶測溫的熱交換誤差和抽氣熱電偶Ⅰ熱電偶測溫的熱交換誤差使用熱電偶測量氣體溫度時，實際存在著這樣的熱過程，被測氣體溫度高于環(huán)境溫度時，氣體把熱量傳給熱電偶，而熱電偶又以熱輻射或熱傳導的方式把熱量傳給周圍的環(huán)境（包括氣體容器的內壁及容器外的環(huán)境），使得熱電偶的熱端溫度無論如何也達不到氣體的溫度而引起測量誤差。為了減小這個誤差，必須采取措施，加強氣體對熱電偶的對流傳熱，阻礙熱電偶對周圍環(huán)境的輻射傳熱和傳導傳熱。熱電偶得到的熱量為：（W）（2-10）式中——對流傳熱系數（W/m2·K）——熱電偶插入部分表面積（㎡）——被測氣體溫度（K）——熱電偶的溫度（K）熱電偶輻射給周圍壁的熱量為：(W)（2-11）式中——對流傳熱系數（）；——熱電偶插入部分表面積（㎡）；——被測氣體溫度（K）；——熱電偶的溫度（K）；熱電偶輻射給周圍壁的熱量為：（W）（2-12）（2-13）式中——黑體的輻射系數；——相當黑度；——周圍壁的黑度；——熱電偶的黑度；——與熱電偶保護套管起熱交換作用的周圍面積（㎡）；——周圍壁面的溫度（K）。當時：（2-14）如果，則熱電偶測出的溫度即為氣體的溫度。因此，要使測量出的溫度準確，必須使式（2-14）的右面部分盡量接近于零，即：（1）減小值因為，在一般情況下，，所以，。要減小，可采用表面比較光滑的（最好是表面拋光的）熱電偶的保護套管，以減小。（2）增大α值適當地提高氣體的流速，可以提高α值，提高氣體流速的辦法：①把熱電偶裝在氣流速度較高的部分；②如果熱電偶是裝在和道中，可使插入熱電偶的這部分管道造成人為的縮頸，以增大流速；③可以用帶有抽氣裝置的熱電偶。熱電偶插入設有熱絕緣層的開口管子內，熱絕緣層又被套管包住。氣體是通過連接在抽氣口上的抽氣器來吸取的。氣體以高速（80～120m/s）流過管子，因此就提高了α值。熱電偶在外設熱絕緣的管子的里面，可少熱電偶對周圍壁面的輻射傳熱，而避免降低熱電偶的溫度。（3）減?。ǖ牟钪悼商岣咧車诿娴臏囟?。提到的方法有：①如果熱電偶在管道中測氣體的溫度，可在管道外辟敷設熱絕緣層，減小散熱損失，提高壁內溫度。②在熱電偶的工作端（熱端）加設隔離罩（遮熱罩）。在工作周圍加設雙層隔離罩，隔離罩之間用連接螺栓連結在一起，并用角鐵和保護套管連結在一起。熱電偶的熱端用絕緣支架，固定在隔離罩中心。加設隔離罩后，熱電偶熱端周圍壁面的溫度就不是容器內壁面或管道內壁面的溫度了，而是隔離罩的溫度了，隔離罩在氣體內部，其溫度必然高于容器內壁的管道內壁的溫度，接近于氣體的溫度，所以就提高了值。上面討論熱電偶的熱交換過程中，只考慮了氣體將熱量以對流傳熱的方式傳給熱電偶，熱電偶又以輻射傳熱的方式將熱量傳給周圍壁面，其中忽略了熱電偶通過保護套管和熱電極，將熱量傳至冷端。這樣熱電偶測得的溫度較實際溫度偏低，為減小此導熱誤差，可采取如下措施：（1）增加熱電偶的插入深度，即增加了受熱面積的比例，減小了散熱面積。（2）采用導熱系數小的材料作保護套管（這樣動態(tài)誤差將增加了。所謂動態(tài)誤差即：被測介質的溫態(tài)變化了，熱電偶熱端的溫度不能立即變化，因此形成的誤差）。（3）盡可能減小保護套管的直徑和壁厚，即減小了傳導傳熱的面積。Ⅱ抽氣熱電偶在水泥廠測量回轉窯的二次空氣溫度，由于周圍環(huán)境（熟料、窯皮、火焰等）溫度很高，輻射傳熱影響相當大。如用一普通熱電偶插入測量二次空氣溫度，熱電偶除受到二次空氣以對流傳熱方式將熱量傳給熱電偶外，熱電偶還受周圍環(huán)境的輻射傳熱，因此測出溫度偏高（如580℃的二次空氣溫度，可測出的溫度是820℃，誤差竟達240℃）。用抽氣熱電偶測二次空氣溫度可以大大減小誤差。測量時將抽氣熱電偶插入窯內二次空氣出口處，借噴射器將二次空氣從隔離罩的入氣孔吸入，通過縮頸中熱電極的熱端，沿著排氣管進入噴射器和噴射器中的壓縮空氣混合后，一起排出至大氣中。由于隔離罩的存大，大大削弱了周圍環(huán)境對熱電偶熱端的輻射傳熱，因而提高了測量的準確度。2.1.4電阻溫度計2.1.4.1熱電阻溫度計目前，測量溫度的方法，除了廣泛使用熱電偶以外，電阻溫度計也在測量溫度中得到廣泛的應用。尤其是工業(yè)生產中在—120～500℃范圍內的溫度常常使用電阻溫度計。在特殊情況下，電阻溫度計測量溫度最低可達—270℃，最高可達1000℃。電阻溫度計所以得到廣泛的應用，是由于它具有以下一些突出的優(yōu)點：（1）因為得到的是電信號，所以很容易實現信號的遠距離傳送；（2）靈敏度高，所以在低溫下（500℃以下）用電阻溫度計測量時所得電信號比熱電偶大，在一定程度上比熱電偶容易測量準確。（3）電阻溫度計比其他測溫元件有較高的精確度，如630℃以下的溫度是以鉑電阻溫度計作為基準溫度計。（4）電阻與溫度之間具有較好的線性關系，且復線性和穩(wěn)定性較好。（5）熱電阻雖體積大，熱慣性大，不能測個別點的溫度，但能測出一個區(qū)域內的平均溫度。（6）半導體熱敏電阻體積小，靈敏度高，測量非常方便。Ⅰ熱電阻的測溫原理熱電阻是測量溫度的感溫元件，它之所以能用來測量溫度，是因為導體或半導體的電阻具有隨溫度而變化的性質。實驗證明大多數金屬當溫度升高1℃時，其阻值要增加0.4～0.6%，而半導體的阻值要減小3～6%。也就是說導體和半導體的臨時性阻值是溫度的函數（而且這種函數關系是比較簡單的），只要事先知道這種函數關系，而且能把導體或半導體的電阻值測量出來，那么就可以知道導體或半導體的溫度，從而也就知道被測介質的溫度，這就是熱電阻測量溫度的基本原理。Ⅱ常用熱電阻材料工業(yè)上應用得最多的熱電阻材料是鉑和銅兩種材料，其有關特性可見表2-4。熱電阻材料的特性表2-4材料名稱（1/℃）比電阻p()測溫范圍（℃）電阻絲直徑（mm）鉑銅3.8～3.9×10-34.3～4.4×10-30.09810.017-200～+500-50～+1500.05～0.070.1表中代表0～100之間的平均電阻溫度系數。所謂電阻溫度系數是指當溫度的變化為1℃時，電阻值相對變化的數值，其單位為1/℃。Ⅲ熱電阻溫度計的結構熱電阻溫度計的結構，它基本上都是由金屬熱電阻絲，用以繞制金屬絲的支架、引出線、保護套管及接線盒等部分組成。熱電阻體是由熱電阻絲繞制在支架上做成的。工業(yè)上使用的鉑電阻絲多數采用0.07mm，而銅電阻絲多數采用0.1mm的漆包線或絲包線。為使連接導線與金屬電阻絲不產生很大的熱電勢及化學穩(wěn)定性，標準鉑電阻用金或鉑做引出線，工業(yè)上使用的鉑電阻，高溫下用銀作引出線，低溫下用銅作引出線。為減少引出線電阻變化對測量溫度的影響，引出線的直徑應比金屬熱電阻絲粗得多，工業(yè)上的電阻體引出線通常用1mm直徑，而標準鉑電阻體引出線采用0.3mm鉑絲。使用電橋作測量儀表時，工業(yè)鉑電阻的引出線常常不是兩根，而是三根，稱為三線制，即金屬熱電阻絲有一端是焊上兩根引出線的，這樣可以減少熱電阻與測量儀表之間連接導線因環(huán)境溫度變化所引起的測量誤差。有些電阻體上的引出線只有兩根，但與具有電橋性質的測量儀表之間連接時，仍然必須采用三線制。對于標準鉑電阻的引出線采用四線制，即金屬熱電阻絲的兩端各焊上兩根引出線，其中一根當做電流引采用四線制，即金屬熱電阻絲的兩端各焊上兩根引出線，其中一根當做電流引線制，另一根漢作電壓引線，這樣可以消除引線及連接導線電阻選影響，具有四線制的標準鉑電阻體常常是以電位計作為則量儀表的，熱電阻的三線制及四線鉑電阻體常常是以電位計作為則量儀表的。為了使熱電阻體免受腐蝕性介質的侵蝕和機械損傷，延長使用壽命，一般外面均套有保護套管。2.1.4.2半導體電阻溫度計半導體電阻溫度計是用半導體熱敏電阻作為感溫元件。半導體電阻溫度計具有良好的抗腐蝕性能和體積小，靈敏度高，熱慣性小，結構簡單，壽命長等優(yōu)點。缺點是互換性差和測量范圍比較窄（一般為—50～+300℃），因此它的應用有一定的局限性。Ⅰ熱敏電阻制造熱敏電阻所用的材料很多，如金屬氧化物（錳、鎳、銅等氧化物）、硫化物、硒化物和碲化物等。最近又開始采用鐵、鈷等元素摻雜的鍺和硅來制造熱敏電阻。熱敏電阻可制成各種形狀，如珠狀、桿狀、墊圈狀等。這里要介紹的是用于半導體點溫計上的熱敏電阻，它一般是珠狀的。一般金屬的電阻值隨溫度的升高而增加，且近似于線性關系。但是，半導體的電阻值卻是隨溫度的升高而減小，而且也不是線性關系。Ⅱ95型半導體點溫計95型半導體點溫計采用了不平衡電橋的工作原理，將溫度的變化引起電阻值的變化，轉換為電信號，然后再用微安表指示出溫度值。測溫時，將感溫元件（熱敏電阻）放置在被測物體上，等儀表指針穩(wěn)定后讀數，此讀數即是被測物體的溫度。2.1.5輻射式高溫計熱輻射式高溫計是根據物體的熱輻射作用隨物體溫度變化的關系來測溫度的。這種測量方式的特點是感溫元件不與被測物體直接接觸，因此可以不受高溫氣體的氧化和腐蝕，可以測量很高的溫度。2.1.5.1光學高溫計Ⅰ測溫原理根據傳熱原理【10】，受熱物體的輻射強度，隨著溫度升高而增強，從黑體的輻射強度公式：（W/㎡）(2-15)可以看出，當波長一定時，隨著絕對溫度T的升高而增強。高溫的黑體利用電磁波向外輻射能量，其中波長在0.4～0.8之間為可見光，可見光的亮度和輻射強度成正比。光學高溫計就是利用黑體的溫度越高，一定波長的輻射強度越強，可見光的亮度也越亮的原理來測溫的。但要直接測量黑體的亮度是有困難的，一般都采用比較法，是利用波長（紅光）的輻射強度的亮度進行比較的。光學高溫計就是根據已知溫度的黑體的亮度來和高溫計燈泡燈絲的亮度相比較而刻度的，然后這光學高溫計就可測量其他黑體的溫度了。在傳熱學中，知道了工業(yè)上的物體近似灰體。在同樣溫度下灰體的輻射強度要比黑體的輻射強度小，因為：（2-16）是物體的單色黑度，它總是小于1，所以。因可見光的亮度是和輻射強度成正比的，所以在同樣溫度下，物體的亮度也比黑體的亮度小。所以用光學高溫計測量物體的溫度時，其測量溫度總是比真實溫度低，因此用光學高溫計測得的溫度必須加以修正后才是真實溫度，可用下式進行修正。（℃）（2-17）式中——真實溫度（℃）——測量溫度（℃）——溫度修正值（℃）溫度修正值可根據被測物體的性質查表2-5，查得該物體的單色黑度；再根據溫度和查圖2-4得溫度修正值。有效波長時各材料的單色黑度表2-5材料名稱表面無氧化層有氧化層光滑表面材料名稱表面無氧化層有氧化層光滑表面固態(tài)液態(tài)固態(tài)液態(tài)鋁銀鋼鑄鐵銅康銅鎳－0.070.350.370.10.350.36－0.070.370.40.15－0.370.22～0.4－0.80.70.6～0.80.840.85-0.96鎳鉻合金：90%Ni、10%Cr80%Ni、20%Cr鎳鋁合金：95%Ni，Ai，Mn,Si瓷器石墨（粉狀）炭0.350.350.37－0.950.80~0.93－－－－－－－－0.870.90－0.25～0.40－－圖2-4光學高溫計讀數修正ⅡWGG—2型光學高溫計WGG—2型光學高溫計主要由光學系統(tǒng)與電測系統(tǒng)兩部分組成。（1）光學系統(tǒng)：它由物鏡和目鏡組成望遠系統(tǒng)，光學高溫計燈泡的燈絲置于光學系統(tǒng)中特鏡成象部位。調節(jié)目鏡的位置，可清晰地看到燈絲，調節(jié)物鏡的位置，能使被測物體清晰地成象在燈絲平面上，以便比較二者的亮度。在目鏡與觀察孔之間置有紅色濾光片，測量時移入視場，使所利用的光譜有效波長約為0.65um，以達到單色輻射的測溫條件。從觀察孔可同時看到被測物體與燈絲的象，從而能清晰地觀察到燈絲的隱滅過程。在物鏡與燈泡之間置有吸收玻璃，當使用第二量程時，轉動旋鈕，使吸收玻璃移入視場中，用以減弱被測物體的亮度。目鏡定位螺母用以鎖緊已經調節(jié)好的目鏡位置。（2）電測系統(tǒng)：電測系統(tǒng)是由高溫計燈泡、滑線電阻、按鈕開關、電阻等與兩節(jié)電池連接而成。調節(jié)滑線電阻使燈絲亮度與被測物體的亮度一致。測量電表是磁電式直流電壓表，用來測量燈絲在不同亮度時線路端的電壓降，但指示值則以溫度刻度表示，因而能從高溫計的刻度盤上直接讀取被溫暖物體的測量溫度。光學高溫計在使用前先應檢查儀表指針是否在“0”位，如不在“0”位，則旋轉零位調節(jié)器調整之。調節(jié)目鏡及物鏡前后位置，使物體及燈絲清晰可見。將紅色濾光片移入視場，按下按鈕開關，轉動滑線電阻盤，直至燈絲頂部的象隱滅在被測物體的象中為止，讀取溫度值。為了獲得正確的讀數，應分別自低而高和自高而低地調節(jié)光學高溫計燈絲電流，至燈絲隱滅時，讀出溫度讀數，然后取其二次讀數的平均值作為最終讀數。在實際測定過程中，物體的單色黑度很難確定，為了消除的影響，可以人為創(chuàng)造黑體輻射的條件。例如，欲測量溶化金屬的溫度，可將封底的陶瓷管放在熔化的金屬內，在充分受熱后，這個管子底部的輻射就可以近似地認為是黑體了。要得到足夠的黑度，管子的插入長度與管子的內徑之比不得小于10【111。光學高溫計和被測物體之間如果有灰塵、煙霧和二氧化碳氣體時，對勢輻射會有吸收作用，因而造成誤差。在實際測量時，很難做到沒有灰塵，因此光學高溫計不要距離被測物體太遠，一般在1～2m之內，實在不行也不要超過3m。光學高溫計可以隨身攜帶使用很靈活，但要人工操作，不能自動指示和記錄溫度，也不能遠傳。2.1.5.2全輻射高溫計Ⅰ工作原理物體的溫度達到一定程度（>700℃）才能發(fā)出足夠亮度的可見光，光學高溫計才能測定其溫度。所以它的測溫范圍下限是700℃。全輻射高溫計是利用物體發(fā)出的輻射能集中到熱電偶上，就有熱電勢輸出，可用毫伏計或其它顯示儀表進行指示或記錄，所以它的測溫范圍的下限可至400℃。絕對黑體的勢輻射能量與溫度之間的關系是：（）（2-18）所有物體（近似灰體）的熱輻射能量與溫度之間的關系是：（）（2-19）因為物體（近似灰體）的黑度總是：0<<1，所以同樣溫度下的黑體比灰體熱輻射能要大。全輻射高溫計測量的是輻射溫度（按輻射來的熱量來刻度）以黑體為標準來刻度，以它來測量物體的溫度，高溫計上的溫度讀數就是黑體的溫度。如果測量物體的溫度，高溫計上的溫度讀數就小于物體的真實溫度T了，它們之間的關系是：（2-20）（2-21）因物體的黑度總是小于1的，所以<T。因此用全輻射高溫計測量物體溫度時，高溫計上的溫度讀數必須加以修正。修正的方法是先確定被測物的黑度（可查閱有關各種工程材料的黑度表）然后從表2-6查得物體真實溫度。在不同值時的真實溫度（℃）表2-6值輻射溫度1.000.950.900.850.800.750.700.650.600.550.504006008001000120014001600180020004006008001000120014001600180020004086118141016121914221624182720304176238281034123914451650185520634276368441053126114691678188620964376498611073128414961707191921284486648801095131015251740195521734616809001119133715561775199322124746989211144136715901813263622624897189451173140016281855208223095057399721204143716691902213423715237631002124014781716195421922430ⅡWFT—202型全輻射高溫計WFT—202型全輻射高溫計由輻射感溫器、輔助裝置和顯示儀表三部分組成。輻射感溫器是將被測物體的輻射能轉變?yōu)闊犭妱?；顯示儀表可用毫伏計或電子電位差計；輔助裝置可分為輕型和重型兩種。輕型的有防止感溫器工作溫度過高的冷卻裝置，即輕便水冷通風罩，以及配線盒、連接電纜等組成；重型的還有防止煙霧等干擾，火焰的灼傷等設施，即水冷保護罩，火焰防護裝置和窺管等裝置所組成。WFT—202型輻射感溫器的結構。它具有鋁合金的外殼，前部是物鏡，它可將輻射勢能聚集到熱電堆上，熱電堆由云母環(huán)、靶心、引出線和熱電偶所組成。熱電進化論發(fā)別由16對或8對直徑為0.05～0.07mm的鎳鉻—考銅熱電偶串聯(lián)而成，每一對熱電偶的熱端焊在黑色的鉑片（靶心）上，其冷端由考銅箔串聯(lián)起來，最后一端由考銅箔帶作引出線，整個熱電堆固定在環(huán)形云母架上。為了使儀表在一定溫度范圍內具有統(tǒng)一的分度值，所以在熱電堆前放置了補償光欄。調整時，可用螺絲刀，從標有“校正器”的孔中旋轉小齒軸，借以帶動補償光欄前的遮光片調節(jié)照射到熱電堆上的輻射能量，使產品有統(tǒng)一的分度數值。另外，為了補償因受環(huán)境溫度的影響使熱電偶冷端溫度變化而引起的儀表指示值誤差，采用了雙金屬片進行溫度補償，當儀表的周圍環(huán)境超過設計溫度（一般為20℃）時，雙金屬片就向上彎曲帶動遮光片，增加了射入的輻射能量，從而補償了由于周圍溫度升高使指示值降低的誤差，反之，雙金屬片亦能補償由于周圍溫度降低而引起指示值升高的誤差。使用WFT—202型全輻射高溫計前，先閱讀產品說明書，遵照說明書上的連接線咱和外接電阻數值，將儀表與顯示儀表正確地連接。感溫器的使用溫度必須小于100℃，否則應采用水冷裝置。正確放置輻射感溫器離被測特體的適當距離處，并使補測物體的影像完全充滿瞄準視場，以保證熱電堆充分接受熱輻射能。從顯示儀表上讀取的讀數，根據物體的黑度，查表2-6即可得到物體的真實溫度。在測量燃燒室內部溫度時，為了有足夠的黑度，全輻射高溫計通常是準對著爐膛側壁內的瓷質或耐熱不銹鋼的管子底部來測定的。管子插入被測介質中的深度和它的內徑之比一般不應小于10【12】。2.1.5.3紅外測溫儀Ⅰ工作原理波長約在0.8-100范圍的射線稱為紅外線。紅外輻射能夠被物體吸收并轉變?yōu)闊崮?，因此也是一種熱射線。任何物體在溫度較低時向外輻射的能量大部分都是紅外輻射。輻射傳熱的普朗克公式和斯蒂芬波爾茨曼公式同樣也適用于紅外輻射。它除具有前述非接觸測溫的特點外，能測量很低的溫度。紅外測溫儀分全紅外輻射型和單色（某一波長或波段）紅外輻射型等【13】。單色紅外型實際上是接受某一很窄波段～的紅外輻射線。這波段內的輻射能用普朗克公式積分求取，即：（2-22）積分的結果必須然得出輻射能與溫度T之間的關系，對于灰體也要用黑度加以修正。當～包括了所有紅外線波長時，式（3-22）即為全紅外輻射能與溫度之間的關系。這就是制作紅外測溫儀的原理。Ⅱ紅外測溫儀表簡介紅外測溫儀目前規(guī)格型號很多。如美國Raytek公司生產地RaymgerⅡ型手持式紅外測溫儀分為R2LT（低溫）型和R2HT（高溫）型兩種型號：型號測溫范圍環(huán)境要求精度R2LT型-30～1400℃0～50℃環(huán)境溫度為R2HT型400～3000℃0～50℃讀數值的1%，國內生產的紅外測溫儀有：沈陽光學儀器廠生產的SGH-1型紅外測溫儀。測量范圍分為：0～100℃，0～200℃，0～500℃；測量精度≤5%，最小鑒別溫差＜5%。上海宏偉儀器廠生產的WFH型紅外測溫儀。測量范圍分為：50～500℃，100～250℃，500～1000℃，800～1300℃等；測量距離為1m至無窮遠連續(xù)可調。云南儀表廠生產的WFH-60型紅外輻射測溫計。測溫范圍分為：500～800℃，700～1100℃，800～1200℃，900～1300℃，1200～1600℃。建材研究院研制的WY-82型紅外輻射測溫儀。測量范圍為100～400℃（根據要求可達700℃），主要用于非接觸測量水泥窯體表面溫度及有關熱設備的表面溫度。2.1.6熱流量計熱流量計的工作原理如圖2-5所示。根據熱流量計算公式：q’q’’2λtq’q’’2λt3δ1t2λ1δ1t1q’（2-24）圖2-5熱流計工作原理圖1－熱設備壁2圖2-5熱流計工作原理圖1－熱設備壁2—輔助層δ—輔助層厚度；δ1—熱設備層厚度；t1—熱設備內壁面溫度；t2—輔助層和熱設備外表面接觸處的溫度；t3—輔助層外表面溫度；q’—通過熱設備壁的熱流量q’’—通過熱設備壁和輔助層的熱流量；λ—熱設備的導熱系數；λ1—輔助層的導熱系數。這樣在應用時《，可忽略，即+≈。因很小，故。這樣（2-23）式和（2-24）式近似相等，即q＇≈q＂。通過熱流量計的輔助層的熱流量為（2-25）熱流計的類型很多，有導熱式、熱量式、熱客式、測溫式以及輻射式等。2.2計算方法2.1.1用熱流量計算散熱量熱流量測量就是測量流過設備的熱量。一定的熱流量計其和值為已知值，只要用安裝在輔助層表面上的熱電偶測出和就可推算出通過熱設備壁面的熱量Q值，即：（KJ/h）（2-26）（2-26）式中t2、t3——分別為熱、冷表面溫度；——熱流計的熱阻；F——被測區(qū)域的表面積。每區(qū)域可在若干處測出其熱流量，以其平均值乘上該區(qū)域的表面積即為該區(qū)域的表面散熱量。2.1.2用表面溫度推算散熱量用這種測定方法是：分別在每區(qū)域里測出若干點的表面溫度，同時測出周圍環(huán)境溫度、環(huán)境風速和空氣沖擊角（氣流與回轉窯中心線所成的小于90度的夾角）。根據測定結果在相應表中查出散熱系數【14】，按下式計算每一區(qū)域的表面散熱量：﹙﹚（2-27）熱設備的表面散熱量為各區(qū)域散熱量之和即（2-28）式中——表面散熱量（）——被測某區(qū)域的表面散熱量（）；——被測某區(qū)域的表面溫度平均值（℃）；——環(huán)境空氣溫度（℃）；——被測某區(qū)域的表面積（㎡）；——表面散熱系數，它與溫度（-），環(huán)境溫度、環(huán)境風速及空氣沖擊角有關。（2-29）式中——不同溫度與不同風速的散熱系數（℃），計算回轉窯、單簡冷卻機等圍動熱設備的散熱時，可查表（2-8）；計算立窯、預熱器、分解爐等不轉動設備的散熱時，可查表（2-9）；——沖擊角校正系數，（考慮空氣沖擊角對回轉窯、單筒冷卻機等轉動熱設備散熱系數的影響）；根據試驗測定結果，沖擊角與校正系數的關系如（2-7）表：沖擊角與校正系數的關系（2-7）10°15°20°25°30°35°40°45°50°55°～90°0.750.800.830.860.900.930.960.970.981.00對立窯、預熱器、分解爐不轉動的熱設備=1；——并列校正系數，多筒冷卻機和窯并列時=0.8，單窯時=1。轉動設備的散熱系數（KJ／㎡﹒h﹒℃）表2-8風速（m/s）散熱系數（a）溫差△t（℃）00.240.480.690.901.201.501.752.004045.1650.6056.0361.4766.9275.6984.4793.25102.035047.6753.1158.5463.9869.4278.6187.4096.18104.546050.1856.0361.4766.9171.9281.4289.9098.69107.477052.6958.5464.4069.8374.8584.0592.83101.61110.398054.7861.0566.9172.3477.3686.5695.34104.12112.909057.2963.5669.4274.8579.8789.0797.85106.63115.8310059.8066.0772.3477.7882.8092.00100.78109.56118.3411062.3168.5874.8580.2985.3194.50103.29112.07120.8512064.8271.0977.3682.8088.2397.43106.21114.99123.3013067.3274.0180.2985.7290.7499.94109.14117.50124.1914070.2576.5282.2988.2393.25102.45111.23120.01124.6115072.3479.0385.7291.1696.18105.38114.58120.85125.4516074.8581.5488.2393.6799.10108.30115.83121.27125.8717076.9484.0591.1696.60101.61110.81116.25121.69126.2818079.4586.5693.6799.10104.54111.23116.67122.10126.7019082.0089.0796.18101.61106.63112.07117.09122.52127.1220084.4792.0099.10104.12107.05112.90117.92122.94127.5421086.9894.50101.61104.54107.89113.32118.34123.36127.9022089.4997.01102.03105.38108.72114.16118.76123.78128.3023092.0097.85102.49105.79109.14114.58119.18124.19128.7924094.5098.69102.37106.21109.56114.99119.59124.61129.63不轉動設備的散熱系數（KJ／㎡﹒h﹒℃）表2-9風速（m/s）散熱系數（a）溫差△t（℃）02.04.06.08.04035.1375.2796.18113.74129.675037.6378.2099.10116.67132.986040.1481.12102.03119.18135.48續(xù)表2-9風速（m/s）散熱系數（a）溫差△t（℃）02.04.06.08.07042.6583.63104.96122.52138.838045.1686.14108.30125.45142.179047.6789.49111.23128.79145.1010050.1892.0