一、管内流体温度测量 

 

 

 

 

 

管道中流体温度的测量是热工测量中经常遇到的问题，例如管道中的蒸汽温度或水温度的测量。图3-49为测量装置的示意图，在管道中流过温度为tg的流体，管道周围介质的温度为t3，如果t3 

 

经传热学分析可得如下结论： 

 

(1) 在测温管向外散热的情况下，误差不可能等于零。 

 

(2) 管道中流体与管外介质的温度差越大，测温误差越大。为了减小误差，应该 把露在管道外的测温管用保温材料包起来，这样不仅使得露出部分温度提高，减小导热损 失，而且也使露出部分和外面介质的热交换减少，因此可以减小测温误差。 

 

(3) 插到管道内介质部分的测温管长度增加，测温误差也减小。 

 

(4) 应该把感受件放在管道中流体速度最高、流束紊乱的地方，即管道中心轴线上。 

 

(5) 应该使测温管的壁厚、外径尽量减小，也就是应将测温管做成外形细长而壁厚很薄 的形状。 

 

(6) 测温管采用导热性质不良的材料，如陶瓷、不锈钢等来制造（应该注意，采用这类 材料制造测温管时会增加导热热阻，使动态测量误差增加）。 

 

二、壁面温度测量 

 

壁面温度测量问题在工业上遇到的比较多，例如，对大型锅炉的安全运行而言，对火力 发电厂中的锅炉过热器管壁温度的监视，就是不可缺少的。 

 

目前多采用热电偶来测量固体表面温度，这是由于热电偶有较宽的测温范围，较小的测 量端，能测量“点”的温度，而且测温的准确度也较高。但是，用热电偶测量壁面温度和一 切接触测温方法一样，由于被测表面沿热电偶有热量导出，破坏了被测表面的温度场，热电 偶所测量的温度实际上是破坏温度场以后的表面温度，因此就产生了测温误差，下面来分析 这些误差。 

 

(一）热电偶导热误差 

 

 

 

 

 

进行表面温寧测量的热电偶与被测表面的接触形式基本有下列4种。 图3-50 (a)为点接触，即热电偶的热端直接与被测表面相接触；为面接 触，即先将热电偶的热端与导热性能良好的金属片（如铜片）焊在一起，然后使金属片与被 测表面紧密接触；为等温线接触，热电偶的热端与被测表面直接接触，热电极 从热端引出时沿表面等温敷设一段距离（约50倍热电极直径）后引出，热电极与表面之间 用绝缘材料隔开（被测表面若是非导体除外）；为分立接触，两热电极分别与 被测表面接触，通过被测表面（仅对导体而言）构成回路。 

 

对于上述4种形式来说，通过两热电 极向外散失的热量可以认为是一样的，只 不过图3-50 (a)是将散热量集中在一 “点”上；图3-50 (d)是将散热量分散 在两“点”上；的散热量则 由金属片所接触的那块表面共同分摊。因 此，在相同的外界条件下，的导热误差最大，次之，图3-50 (b)较小。图3-50 (c)的两热电极的散热量虽然也集中在一个较小的区域，但紅于 热电极已与被测表面等温敷设一段距离后才引出，散热量主要是由等温敷设段供给的，热端 的温度梯度比另3种形式的要小得多，所以图3-50 (c)的热端的散热量最小，测量准确度最高。 

 

测固体壁面材料为玻璃、陶瓷等，它们的导热性能很差，这时如采用图3-50 (a)接触形 式，则误差很大，而采用图3-50 (b)接触形式，误差就大大减小，这是因为金属片导热性 能好。当金属片有比较大的面积时，传递相同的热量所需要的温差会大大减小，热电偶热端 温度就不会降低太多。 

 

如果热电极的直径粗，则散失的热量多，热端温度改变就大；直径细，向外散失的热量 少，热端温度改变就小。如果壁面上方气流的速度增大，则热电极散失的热量就多，热端的 温度改变就大；反之，壁面上方气流速度小，则热电极散失的热量就少，热端的温度改变也 就小些。当测量管壁表面温度时，若管壁厚度增加，则测温误差减小，这是由于热电极向外 传递的热量很快由管壁的其他部分补偿了，因而测温误差就减小。 

 

(二）热电偶的接点导热误差 

 

 

 

 

 

通常用焊接方法使热电偶热端固定于被测表面，如图3 - 51所示为3种常用的焊接形 式，下面从导热误差大小方面来分别讨论。 

 

球形焊如图3-51 (a)所示。将热 电偶的球形热端与被测表面焊在一起。 球形热端的两热电极分叉处温度为指 示温度i2，h和表面实际温度~有个 差值。为了减小这个差值，热电极应 尽量细些，焊点也应尽量小些，必要 时可将焊点压平。球形焊热电偶所测 

 

量的是被测表面的“点”温度，但在一个“点”上有两根热电极同时导热，所以这种方法有 较大的导热误差。 

 

交叉焊（重叠焊）如图3-51 (b)所示。焊接时先将导热性能较好的热电极（如分度号 为K的热电偶的镍硅极）与被测表面焊在一起，然后再将导热性能较差的热电极（如镍铬 极）交叉地叠在焊点上面，再次进行焊接。交叉焊热电偶的指示温度是指两热电极交叉处温 度&，它与表面实际温度6有一个差值。如将导热性能较好的热电极紧靠在被测表面上， 可使h比较接近于h。交叉焊形式的导热误差要比球形焊的小些。 

 

平行焊如图3-51 (c)所示。将两热电极分别焊在被测表面上，在两焊点之间保持一段 距离（对于等温导体表面约为1?5mm)。平行焊适用于等温导体表面温度测量。当被测表 面存在温度梯度Qh辛h)或被测表面材质不均匀时，不宜采用平行焊。 

 

一般来说，交叉焊两热电极分叉处与壁面距离比球形焊小，所以接点导热误差小。平行 焊两热电极分两点焊在固体表面上，没有交叉点离开壁面的问题，所以没有接点导热误差。 

 

实验证明，3种焊接形式的测温相对误差以球形焊最大，交叉焊次之，平行焊最小。 

 

三、高温气体温度测量 

 

在测量锅炉烟道中烟气的温度时，往往在测温管安装地点附近有温度较低的受热面，因 此测温管表面有辐射散热，从而造成测量误差。 

 

 

 

 

 

要降低测量误差，首先应妥善选择测温管的装设位置，其选择原则是要使烟气能扫过测 温管装设在烟道内的整个部分（就是让烟气来负担沿测温管的散热），同时测温管装设地点 的烟道内壁也要让烟气流过，以提高此处的壁温。另外，为了使沿测温管的散热量减小，应 在测温管装设部位外壁敷以较厚的绝热层，如图3-52所示。图中挡板1是为了控制烟气的 

 

 

 

 

测量误差不仅与热电偶热端的接触形式有关，而且还与被测表面的导热能力有关。如被流向，2为绝热层。为减少沿测温管向外散热，还可采用如图3-53所示的方案。在采取了 这些措施以后，可以认为由于沿测温管散热而造成的误差接近于零。这时测温管仅以热辐射 方式散失部分热量给管壁，其温度A比流体温度^低，造成测量误差，称之为热辐射误差。 

应该指出，由于热辐射影响而产生的测量误差可能是很大的。被测介质温度越高，误差也越大。为了正确测定烟气温度，原则上可以采取以下措施： 

 

 

 

 

 

(1)把测温管和冷的管壁隔离开来，使测温管 不直接对冷管壁进行辐射。图3 - 54是用隔离罩把 测温管和冷管壁面隔离开来的例子。由于烟气直接 流过隔离罩的内外壁，加热了隔离罩，隔离罩的温 度比管壁面温度要高得多，这时对冷壁面的辐射由 隔离罩来负担。同时，隔离罩和测温管之间的温度 差大大减小，测温管的辐射散热量大大减小，这就 使得测温管表面温度较接近于烟气温度，从而减小 了测量误差。 

 

应该指出，装设隔离罩并不容易，因为在装设隔离罩后要保证气流能顺利地流过测温管。另外，隔离罩在使用中其表面会被烟气污染而增大粗糙度，因而使误差逐渐加大。 

 

(2) 为了减小热辐射误差，必须减小辐射换热系数C1。 C1的大小由测温管材料决定。一般耐热合金钢保护 套管的C1是比较小的，陶瓷保护套管的C1比较大。因为高温下都用陶瓷保护管，所以误差较大。在条件许可的 情况下，为了减小误差，在短时间测温时，可以不用陶瓷管而直接把铂铑-铂热电极裸露使用。 

 

 

 

 

 

(3) 采用双热电偶测温时，可用计算方法消除热辐射误差。图3-55所示为一裸露双热端热电偶，由粗细不同 的两对热电偶组成。测量后可利用两只热电偶示值通过计算修正指示温度，从而获得较为准确的气流温度。 

 

(4)为了减小热辐射误差的影响，必须增加气流和测温管之间的对流放热系数，必要时 可采用抽气热电偶。

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