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1、熱工測量儀表——接觸測溫及誤差討論引言接觸式測溫：測溫時儀表的感溫元件必須與被測介質直接接觸，此時儀表指示的溫度是測溫元件本身的溫度，與被測介質的真實溫度有差別。本章的任務：研究這種差別的大小及其減小的方法。引言（續(xù)）如用熱電偶測量鍋爐過熱器后的煙氣溫度Tg(如右圖所示)，熱電偶熱端溫度為T，由于Tg＞T，所以煙氣就以對流、輻射及傳導方式將熱量Q1傳給熱電偶；熱電偶冷端處于溫度為T3的環(huán)境中，T3遠低于T，因此就有熱量Ｑ2沿著熱電偶套管傳給周圍環(huán)境;過熱器管壁溫度為T1，省煤器管壁溫度為T2。T1和T2都低于T，故熱電偶以輻射方式將熱量Ｑ3傳給過熱器及省煤
2、器。熱電偶接受的熱量為Ｑ1；，散失的熱量為Ｑ2＋Ｑ3，達到熱平衡時Q1=Ｑ2＋Q3，即補充的熱量等于散失的熱量。然而只有ΔT＝Tg－T＞０時，才會有Q1，也就是說T永遠不可能等于Tg。ΔT就是測溫誤差。要減小ΔT使感受件的溫度接近被測介質的溫度，就必須增大煙氣對熱電偶的傳熱和減小熱電偶對外的傳導散熱和輻射散熱。一、管道流體溫度測量管道中流體溫度的測量，是熱工測量中經常遇到的問題，例如管道中的蒸汽溫度或水溫度的測量。圖6-2為測量裝置的示意。在管道中流過溫度為的流體，管周圍介質的溫度為，如果，就有熱量沿感受件向外導出，這就是導熱損失，由于存在著導熱損失，感受
3、件的溫度比流體溫度要低些，即產生了導熱誤差一、管道流體溫度測量（續(xù)1）（由于保護套管或測溫管的直徑不大，可假定感受件和其外面的保護套管或測溫管的溫度一致的，都是。）如管道中流過的介質是氣（汽）體，測溫管附近無低溫的冷壁，管道外又敷有絕熱層，即管道內壁溫度較高，且介質的溫度不太高時，測溫管對管子內壁的輻射散熱影響可以忽略。如果管道中介質為液體，則測溫管對管內壁不會有輻射散熱。在以上情況下，根據傳熱學的原理，一、管道流體溫度測量（續(xù)2）可以得到導熱誤差的關系式為：其中式中——分別為管內外介質對測溫管之間的放熱系數(shù)；——分別為管內外兩段測溫管的熱導率，；——分別
4、為和兩段測溫管的截面周長，；——分別為管內外兩段測溫管的截面積，；——分別為管內外測溫管的長度。注：ch這是雙曲余弦ch=(e^-x+e^x)/2雙曲正弦是sh=(e^-x-e^x)/2th=sh/ch(雙曲正切),cth=1/th(雙曲余切)一、管道流體溫度測量（續(xù)3）從式（6-1）可見：1）在測溫管向外散熱的情況下，誤差不可能等于零。2）管道中流體與管外介質的溫度差越大，測溫誤差越大。為了減小誤差，應該把露出在管道外的測溫管用保溫材料包起來，這樣不僅使得露出部分溫度提高，減小導熱損失，而且也使露出部分和外面介質的熱交換減少，放熱系數(shù)減小，因此可以減小測
5、溫誤差。3）當增加，即插到管道內介質部分測溫管長度增加，雙曲余弦，雙曲正切都增加，導熱誤差減??；當減小，雙曲余切增加，測溫誤差也減小。4）當放熱系數(shù)增加，增加時，誤差減小。因此應該把感受件放在流體速度最高的地方，即管道中心軸線上。一、管道流體溫度測量（續(xù)4）5）增加使增加，可以使誤差減小。因為（式中為測溫管的內徑，為測溫管的外徑，為測溫管壁厚，如圖6-3所示）。所以要想增加，就應該使測溫管的壁厚，外徑盡量減小，也就是應將測溫管做成外形細長而壁厚很薄的形狀。一、管道流體溫度測量（續(xù)5）6）測溫管材料的熱導率小，則增加，誤差減小。因此測溫管常用導熱性質不良的材
6、料如陶瓷，不銹鋼等來制造（應該注意，采用這類材料制造測溫管使會增加導熱阻力，使動態(tài)測量誤差增加）。至于減少b2的問題，關鍵在于使變小，方法是在測量管的露出部分加絕熱層。一、管道流體溫度測量（續(xù)6）圖6-4表示了感應件的幾種不同的安裝方案。管道中流過壓力為3MPa，溫度為386攝氏度的過熱蒸汽，管道內徑為100mm，流速為30m/s，方案1采用鉑電阻溫度計，沿管道中心線插的很深，安裝部位的管道有很厚的絕熱層，測溫管露出部分很少，這種方案的測量誤差接近于零；方案2采用水銀溫度計，測溫管外有絕熱層，其測量誤差為-1攝氏度；方案3與方案2的不同之處是測溫管的直徑和
7、管壁厚度都較大，因此誤差也增大了，達到-2攝氏度；一、管道流體溫度測量（續(xù)7）方案4與方案2不同的地方是測溫管沒有插到管道中心（L1較小），因此誤差達到-15攝氏度，即-4%左右；方案5也是用電子溫度計測量，安裝地點的管道沒有絕熱層，而且溫度計的露出部分L2較長，L1又不象方案1中那樣長，因此測量誤差達到-45攝氏度，即-12%。圖6-4中的例子說明了，在測量管道中的流體溫度時，如果遵循前面提出的原則來安裝溫度計，測量誤差是可能減至極小的。一、管道流體溫度測量（續(xù)8）在電廠中測量高溫高壓主蒸汽溫度的熱電偶會遇到如下問題：由于高溫高壓氣流的沖刷，伸至管道中心
8、處的熱電偶容易產生振動斷裂事故。為了防止斷裂，應減小熱電偶插入管道
