接触测温方法的讨论

接触测温方法的讨论第1页，课件共24页，创作于2023年2月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。第2页，课件共24页，创作于2023年2月烟气经过热电偶时，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Q2≠0、Q3≠0，∴Q1≠0。

Q1≠0，只有在Δt＝tg-t>0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，Δt就是测温误差。第3页，课件共24页，创作于2023年2月§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。第4页，课件共24页，创作于2023年2月根据传热学上的肋片计算可推导出α1,α2:内外介质与测温管之间的对流换热系数；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。第5页，课件共24页，创作于2023年2月双曲函数：

∴x↗,chx↗;x↗,thx↗;x↗,cthx↘。第6页，课件共24页，创作于2023年2月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-t3≠0，误差存在。由于tg≠t3，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α1；α1↑,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。第7页，课件共24页，创作于2023年2月减小α2；

α2↓,b2↓，结果同L2减小相同。

减小α2，需将外露部分测温管用保温材料包好。第8页，课件共24页，创作于2023年2月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。第9页，课件共24页，创作于2023年2月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℃。第10页，课件共24页，创作于2023年2月锥形热电偶

第11页，课件共24页，创作于2023年2月§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。第12页，课件共24页，创作于2023年2月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分立接触第13页，课件共24页，创作于2023年2月点接触：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>等温线接触第14页，课件共24页，创作于2023年2月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。第15页，课件共24页，创作于2023年2月§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。

第16页，课件共24页，创作于2023年2月传热分析如下：高温烟气主要以对流方式传热给测温管，传热量为Q1，忽略烟气对测温管的导热和辐射换热；

Q1=αF(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=εFσ[(t1+273)4-(t2+273)4]tg：烟气温度；t1：测温管温度；t2：冷壁面温度；ε:测温管的辐射率；σ：玻尔兹曼常数，5.67032×10-8（W/m2·K4)第17页，课件共24页，创作于2023年2月达到热平衡时，Q1=Q3，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℃。第18页，课件共24页，创作于2023年2月

要根据上式计算测温误差很困难。

tg-t1=εσ[(t1+273)4-(t2+273)4]/α

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第19页，课件共24页，创作于2023年2月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。第20页，课件共24页，创作于2023年2月根据气体方程有通过节流件时，质量流量为第21页，课件共24页，创作于2023年2月ε：流束膨胀系数，与ΔP/P有关。可认为ε1=ε2,P1≈P2；d为节流件开孔直径，d1=d2。当Red达到某一临界值后，流量系数α为常数，令只要测出T2、ΔP1、ΔP2，就可求出烟气温度T1。第22页，课件共24页，创作于2023年2月2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=εσ(T41-T42)/α，增大气流与测温管间的α，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。第23页，课件共24页，创作于2023年2月零直径外推法t