热工仪表第6章课件

第6章接触测温方法的讨论§6.1管内流体温度测量§6.2壁面温度测量§6.3高温气体温度测量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。§6.1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。则只考虑导热误差。根据传热学上的肋片计算可推导出导热误差关系式：α1,α2:内外介质与测温管之间的放热系数；λ1,λ2:管内外两段测温管的热导率，λ1=λ2；U1,U2:分别为L1和L2两段测温管的截面周长，U1=U2=πd1；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。双曲函数：

∴x↗,chx↗;x↗,thx↗;x↗,cthx↘。2测温管材料和结构减小测温管材料的导热系数λ。λ↓,b↑，测温误差减小。减小λ，需用导热性不良的材料制成测温管，如用陶瓷、不锈钢等。但会增加导热热阻，增大动态测温误差。增大U/F。U/F↑，b↑，测温误差减小。此时外径d1小、壁厚δ小，即选用外形细长而壁厚很薄的形状。在强度允许的条件下，可采用薄壁或小直径的套管。各种测温管装置方案的测量误差比较：方案1：电阻温度计，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，感受件位于管道中心轴线处，误差为-1℃；方案3：与方案2的区别是测温管直径和管壁厚度都较大，误差为-2℃；方案4：与方案2的区别是测温管未插到管道轴心线，误差为-15℃；方案5：电阻温度计，没有绝热层，外露部分长，L1又不像方案1中那么长，误差为-45℃。§6.2壁面温度测量如：火力发电厂中，对锅炉过热器管壁温度的监视，是大型锅炉安全运行所不可缺少的。目前较多的是采用热电偶来测量固体表面温度，因为热电偶有较宽的测温范围，较小的测量端，较高的测量准确度。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；端点附近表面需向端点传热，引起表面温度场的破坏。热电偶所测温度实际是温度场被破坏后的表面温度。因此，存在测温误差。引起测温误差的主要原因是沿着热电偶的导热损失。点接触：接触面积小，散热量都由小面积提供，热端的温度梯度较大；面接触：散热量由接触区域共同分摊，因此温度梯度较小；等温线接触：散热量主要由等温敷设段供给，端点处需供给的热量很小，热端的温度梯度很小；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（假定散热量一样）：

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，测温误差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，测温误差较小。因为导走相同的热量所需要的温差减小，热电偶的热端温度就不致降低太多。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。直径粗，散失的热量多，热端温度改变就大；壁面上方气流速度大，散失的热量多，热端温度改变就大。§6.3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，使得测温管示值低于实际气体温度，造成以辐射为主的测温误差。称为热辐射误差。以测量烟气温度为例说明：烟气能扫过测温管装设在烟道中的整个部分（α1↑）；装设地点烟道内壁也让烟气流过；装设部位外壁敷设较厚的绝热层（α2↓）。此时，认为测温管仅以辐射散热给低温壁面。达到热平衡时，Q1=Q2，有tg-t1=εσ[(t1+273)4-(t2+273)4]/α;

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ε=0.8。如果气流对测温管的对流换热系数α=30、40、50W/(m2K)。由上式计算可得t1=506、524、540℃，误差=-244、-226、-210℃。要根据上式计算测温误差很困难。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减小测温管的总辐射发射率，如采用耐热合金钢采用双热电偶测温，用计算方法消除热辐射误差。气流温度远远大于冷壁温度时才能使用。采用气动温度计（文丘利高温计）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。可以用气动温度计测量工业锅炉烟气的温度。Ε：流束膨胀系数，与ΔP/P有关。可认为ε1=ε2,P1≈P2，d为节流件直径，d1=d2。当Red达到某一临界值后，α为常数，令只要测出T2、ΔP1、ΔP2，就可求出烟气温度T1。2提高气流与测温管间的对流换热能力抽气热电偶（耗能大，只能在试验时采用）从式子，tg-t1=εσ(T41-T42)/α，增大气流与测温管间的α，可减小热辐射误差。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。零直径外推法根据α∝d-0.5，当热电偶直径趣于零时，对流换