第五章接触测温方法讨论

1、第五章接触测温方法讨论接触测温即感温元件直接与被测介质接触，如热电偶、热电阻测温。以接触法测温的仪表指示的温度是感温元件本身的温度，一般这个温度和被测介质的温度是有差值的。以用热电偶测量锅炉过热器后的烟气温度为例说明。烟气经过热电偶时，烟气以对流、辐射及导热方式向热电偶传热Q1。热电偶向周围环境传热Q2。热电偶以辐射方式向过热器、省煤器传热Q3。热平衡时有，Q1=Q2+Q3。由于Q20、Q30， Q10。 Q10，只有在ttg-t0才能成立（tg为烟气温度，t为热电偶热端温度）， 即t不可能等于tg，t就是测温误差。5.1 管内流体温度测量设流体温度为tg，环境温度为t3，热电偶温度为t1；管

2、道外敷有绝热层，管道内壁温度较高，可忽略感温元件与内壁之间的辐射换热。根据传热学上的肋片计算可推导出1,2:内外介质与测温管之间的对流换热系数；1,2:管内外两段测温管的热导率，1=2；U1,U2:分别为L1和L2两段测温管的截面周长，U1=U2=d1；F1,F2:分别为管内外两段测温管的截面积，F1=F2；L1,L2:分别为管内外测温管的长度。22222111112211211131 )()(1)(FUbFUbLbcthLbthbbLbchttttgg双曲函数： x,chx; x,thx;x,cthx。xhcthxdxdxhthxdxdshxchxdxdshxhxchxhxeeeecthxe

3、eeethxeechxeeshxxxxxxxxxxxxx22csc sec 1csc 1sec 2 2提高测量精度可从两方面进行：1 温度计的安装方式 使|tg-t3|尽可能小；由于管道周围介质温度t3低于tg，tg-t30，误差存在。由于tgt3，会向环境散热，应把露在外面的测温管用绝热材料包好。 L1、L2的变化；L1,ch(b1L1),th(b1L1);L2,cth(b2L2); 增大测温管插入深度，减小外露部分，有助于减小测量误差。 增大1； 1,b1，结果同L1增大，使测温误差减小。需将测温管放在管道轴线上。11111FUb 减小2； 2,b2，结果同L2减小相同。 减小2，需将外露

4、部分测温管用保温材料包好。22222FUb2 测温管材料和结构 减小测温管材料的导热系数；,b，测温误差减小。减小，需用导热性不良的材料制成测温管，如用陶瓷、不锈钢等。但会增大动态测温误差。 增大U/F； U/F，测温误差减小。在强度允许的条件下，可采用薄壁或小直径的套管。)/(44/)(/120120211ddddddFUFUddddddFUddddddddd/,)/(,/,/,)/(4,)/(,/,12011200120112011201各种测温管装置方案的测量误差比较：方案1：测量误差接近于零；方案2：水银温度计，管道有绝热层，外露部分很少，误差为-1；方案3：与方案2的区别是测温管直径

5、和管壁厚度都较大，误差为-2；方案4：测温管未插到管道轴心线，误差为-15；方案5：没有绝热层，外露部分长，误差为-45。锥形热电偶 5.2 壁面温度测量 采用热电偶测量表面温度时，热电偶向外界散热，由于表面需向热电偶传热，使热电偶端点温度不同于表面温度； 壁面需向端点附近表面传热，引起表面温度场的破坏。 引起测温误差的主要原因是沿着热电偶的导热损失。1 热电偶导热误差热电偶与被测表面的接触形式有四种：a 点接触 b 面接触 c 等温线接触 d 分立接触 点接触：接触面积小，散热量都由小面积提供，表面温度梯度较大； 面接触：面接触区域表面温度梯度小； 等温线接触：端点处需供给的热量很小，端点处

6、表面温度梯度小； 分立接触：热量为两点供给，梯度要小于点接触，但比面接触要大。 就测温误差而言， 点接触分立接触面接触等温线接触在散热量一定的情况下，表面温度下降不但与接触形式有关，而且与被测表面的导热性能有关。导热性能好的表面，在相同的接触形式时，温降较小；导热性能不良的表面，温降就大些。另外，还要考虑热电极直径的变化、壁面上方气流速度的变化。5.3 高温气体温度测量 随着被测气体温度的升高，测温管与周围容器壁的辐射换热相对于对流、导热换热所占比例增大，造成以辐射为主的测温误差，使得测温管示值低于实际气体温度。 以测量烟气温度为例说明。 传热分析如下： 高温烟气主要以对流方式传热给测温管，传

7、热量为Q1，忽略烟气对测温管的导热和辐射换热； Q1=F(tg-t1) 测温管与周围冷壁面的换热Q3，主要以辐射方式换热； Q3=F(t1+273)4-(t2+273)4tg：烟气温度；t1：测温管温度；t2：冷壁面温度； :测温管的辐射率；：玻尔兹曼常数，5.6703210-8（W/m2K4)达到热平衡时，Q1=Q3，有 tg-t1=(t1+273)4-(t2+273)4/; tg-t1即为辐射误差； 由于t2与t1相差很大，测温误差很大。例：tg=750的烟气流过测温管，四周冷表面温度t2=400，测温管的辐射率=0.8。如果气流对测温管的对流换热系数=30、40、50W/(m2K)。 由

8、上式计算可得 t1=506、524、540， 误差=-244、-226、-210。 要根据上式计算测温误差很困难。 tg-t1=(t1+273)4-(t2+273)4/ 从上式来看，误差是由辐射换热、对流换热两部分组成，可从这两方面采取措施：1 减小辐射损失的方法 采用隔离罩 采用双热电偶测温 采用气动高温计 将气温降低，然后在较低温度下测量气体温度，以减小辐射散热。根据气体方程有通过节流件时，质量流量为221121122121 TPPTTTPP21222222111122122222221121111)(2424PPddqqPdqPdqmmmm2 提高气流与测温管间的对流换热能力 抽气热电偶从式子，tg-t1=(T41-T42)/，增大气流与测温管间的，可减小热辐射损失。使用抽气热电偶可增大气流速度。气流速度太低，误差较大；气流速度过高会影响测量结果。 零直