温度测量技术的应用——流体温度的测量

　　1　接触法测量流体温度的影响因素

　　1·1　导热误差和辐射误差

　　如图1所示,当使用温度传感器测量流体温度时(假设流体温度大于安装壁面温度),对于传感器而言,在平衡状态下热交换情况包括:①流体对传感器的对流换热qk;②传感器杆的温度梯度引起的传导热流qc;③传感器头部与壁面的辐射换热热流qr。要想测量流体的真实温度,就需要使传感器感温元件处的温度与流体温度相等。但由于导热热流和辐射热流的存在,使得热平衡时必然存在着流体对传感器的对流热流,即流体和传感器感温元件间必定存在温差,从而带来测量误差。由导热热流和辐射热流导致的测温误差分别称为导热误差和辐射误差。

　　1·2　速度误差

　　当测量高速气流的总温时,就需要考虑温度传感器的速度误差,即由于气流运动的动能不能在传感器测点处完全滞止为热能而带来的测温误差,一般用恢复系数来表示传感器动温恢复的程度。

　　1·3　动态误差

　　当被测气流温度快速变化时,如温度突然升高或降低,或者产生高频的温度脉动时,为实时准确测量气流温度,就需要温度传感器能快速地响应。实际上温度传感器都有一定的热容量,必然存在热惯性,不能立刻反映气流温度的变化,由此带来的误差称为动态误差。

　　2　低速气流温度的测量

　　对于低速气流,或者是对静止空气、低压力气流的温度测量,其共同特点是被测介质与传感器之间的对流换热系数很小,容易导致测温误差增大。改善的手段是采取措施增大对流换热系数,并设法减小传感器的辐射热损失和传导热损失。

　　2·1　增加对流换热的措施

　　1)使用带翅片的传感器,增加对流换热面积,且翅片使用高导热、低发射率的材料制作,以减小辐射误差。

　　2)在保证强度的前提下尽可能使用直径小的传感器,且传感器垂直气体流动方向安装,以增加对流换热系数。

　　3)尽可能把传感器安装在管道弯头等有紊流的部位,在这些区域流体经常出现无规则的旋涡,从而改善对流换热状况,提高对流换热能力。

　　4)采用抽气式热电偶,利用外力来提高流过传器测量端的那一部分被测气流的速度,以增加对流换热。

　　2·2　减小辐射热流的措施

　　1)使用低发射率的偶丝材料或在其表面涂覆低发射率的金属如金、银或铂。

　　2)在传感器和被测流体壁面之间使用屏蔽罩。屏蔽罩通常做成圆筒形,有时为了进一步提高屏蔽效果,可采用多层屏蔽罩。设计多层屏蔽罩时,要注意层间保持一定距离,以减少气流在层间的流动阻力,提高流体对每一层的对流换热能力。为了减小端部的热辐射损失,通常把热电偶热端放在内层屏蔽罩内,大约从气流进口算起约2~3倍内管直径处为宜。