热工测量基本知识

1 g
一、管道流体温度测量（续1 一、管道流体温度测量（续1）
（由于保护套管或测温管的直径不大，可假定 由于保护套管或测温管的直径不大， 感受件和其外面的保护套管或测温管的温度一 t1 如管道中流过的介质是气 致的， 流过的介质是气（ 致的，都是 。）如管道中流过的介质是气（汽） 测温管附近无低温的冷壁， 体，测温管附近无低温的冷壁，管道外又敷有 绝热层，即管道内壁温度较高， 绝热层，即管道内壁温度较高，且介质的温度 tg 不太高时， 不太高时，测温管对管子内壁的辐射散热影响 可以忽略。如果管道中介质为液体， 可以忽略。如果管道中介质为液体，则测温管 对管内壁不会有辐射散热。在以上情况下， 对管内壁不会有辐射散热。在以上情况下，根 据传热学的原理， 据传热学的原理，
一、管道流体温度测量（续2 一、管道流体温度测量（续2）
可以得到导热误差的关系式为： 可以得到导热误差的关系式为：
t1 − t g =
t g − t3
b1 ch ( b1 L1 ) 1 + th ( b1 L1 ) cth ( b2 L2 ) b2
..........(6 − 1)
热工测量仪表
——接触测温及误差讨论 ——接触测温及误差讨论
引言
接触式测温： 接触式测温：测温时仪表的感温元件必须与被 测介质直接接触， 测介质直接接触，此时仪表指示的温度是测温 元件本身的温度， 元件本身的温度，与被测介质的真实温度有差 别。 本章的任务： 本章的任务：研究这种差别的大小及其减小的 方法。 方法。
一、管道流体温度测量（续4 一、管道流体温度测量（续4）
5）增加 U / F 使1/ d 增加，可以 增加，
1 1
使误差减小。 使误差减小。因为
U1 = πd1Βιβλιοθήκη , F1 =π (d 0 + d1 )
2
δ
（式中 d 0 为测温管的内径， 为测温管的内径， δ 为测温管的外径， 为测温管的外径 ， 为测温 管壁厚，如图6 所示） 管壁厚，如图6-3所示）。所 U1 以要想增加 / F1 ，就应该 δ 使测温管的壁厚 ，外径 d1 尽量减小 ， 也就是应将 尽量减小， 测温管做成外形细长而壁厚 d1 很薄的形状。 很薄的形状。
2
一、管道流体温度测量（续6 一、管道流体温度测量（续6）
图6-4表示了感应件的几种 不同的安装方案。 不同的安装方案。管道中 流过压力为3M 流过压力为3M Pa ，温度 386摄氏度的过热蒸汽 摄氏度的过热蒸汽， 为386摄氏度的过热蒸汽， 管道内径为100mm， 管道内径为100mm，流速 30m/s，方案1 为30m/s，方案1采用铂电 阻温度计， 阻温度计，沿管道中心线 插的很深， 插的很深，安装部位的管 道有很厚的绝热层， 道有很厚的绝热层，测温 管露出部分很少， 管露出部分很少，这种方 案的测量误差接近于零； 案的测量误差接近于零； 方案2采用水银温度计，测温管外有绝热层，其测量误差为方案2采用水银温度计，测温管外有绝热层，其测量误差为1摄氏度；方案3与方案2的不同之处是测温管的直径和管壁 摄氏度；方案3与方案2 厚度都较大，因此误差也增大了，达到- 摄氏度； 厚度都较大，因此误差也增大了，达到-2摄氏度；
tg
一、管道流体温度测量
管道中流体温度的测量， 管道中流体温度的测量 ， 是 热工测量中经常遇到的问题， 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。 温度的测量 。 图 6 - 2 为测量装 置的示意。 置的示意 。 在管道中流过温 tg 度为 的流体，管周围介质的 的流体， t3，就有 < tg 温度为 ，t3 如果 热量沿感受件向外导出， 热量沿感受件向外导出 ， 这 就是导热损失， 就是导热损失 ， 由于存在着 导热损失， 导热损失，感受件的温度 比 流体温度 要低些，即产生了 要低些， tg t1 导热误差 t −t
二、壁面温度测量
壁面温度测量的问题在工业上遇到的比较多， 壁面温度测量的问题在工业上遇到的比较多， 例如， 例如，火力发电厂中的锅炉过热器管壁温度的 监视，对大型锅炉的安全运行是不可缺少的。 监视，对大型锅炉的安全运行是不可缺少的。 目前较多的是采用热电偶来测量固体表面温度， 目前较多的是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量范围， 这是由于热电偶有较宽的测量范围，较小的测 量端，能测量“ 量端，能测量“点”的温度，而且测温的准确 的温度， 度也较高。但是， 度也较高。但是，用热电偶测量管壁温度和一 切接触测量方法一样， 切接触测量方法一样，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， 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，因此就产生了测量误差， 面温度，因此就产生了测量误差，下面来分析 这些误差。 这些误差。
其中
b1 =
式中
αU ; b2 = λ1 F1
1 1
α 2U λ 2 F2
2
α 1 ,α 2 ——分别为管内外介质对测温管之间的放热系数； ——分别为管内外介质对测温管之间的放热系数； 分别为管内外介质对测温管之间的放热系数 λ1, λ 2 ——分别为管内外两段测温管的热导率，λ = λ ； ——分别为管内外两段测温管的热导率 1 分别为管内外两段测温管的热导率， 2 U 1 , U 2 ——分别为L 和 L 两段测温管的截面周长， = = d； ——分别为 1 两段测温管的截面周长， 1 U π 1 U 2 2 F1 , F2 ——分别为管内外两段测温管的截面积，1 = F2 ； ——分别为管内外两段测温管的截面积 F 分别为管内外两段测温管的截面积， ——分别为管内外测温管的长度 分别为管内外测温管的长度。 L , L ——分别为管内外测温管的长度。
二、壁面温度测量（续1） 壁面温度测量（
一．热电偶导热误差 进行表面温度测量的热 电偶与被测表面的接触 形式， 形式，基本上有以下四 如图6 所示，（ ，（a 种。如图6-6所示，（a） 为点接触， 为点接触，即热电偶的 热端直接与被测表面相 接触；（ ；（b 为面接触， 接触；（b）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， （如铜片）焊在一起， 然后使金属片与被测表 面紧密接触；（ ；（c 面紧密接触；（c）为等
一、管道流体温度测量（续7 一、管道流体温度测量（续7）
方案4与方案2 方案4与方案2不同的地方是测温管没有 插到管道中心（L1较小），因此误差达 较小）， 插到管道中心（L1较小），因此误差达 15摄氏度 摄氏度， 4%左右 左右； 到-15摄氏度，即-4%左右； 方案5也是用电子温度计测量， 方案5也是用电子温度计测量，安装地点 的管道没有绝热层， 的管道没有绝热层，而且温度计的露出 部分L2较长 L1又不象方案 中那样长， 较长， 又不象方案1 部分L2较长，L1又不象方案1中那样长， 因此测量误差达到-45摄氏度 摄氏度， 12%。 因此测量误差达到-45摄氏度，即-12%。 图6-4中的例子说明了，在测量管道中的 中的例子说明了， 流体温度时，如果遵循前面提出的原则 流体温度时， 来安装温度计， 来安装温度计，测量误差是可能减至极 小的。 小的。
一、管道流体温度测量（续5 一、管道流体温度测量（续5）
λ1 b1 6） 测温管材料的热导率 小，则 增加， 增加， 误差减小。 误差减小 。 因此测温管常用导热性质不 良的材料如陶瓷， 不锈钢等来制造（ 良的材料如陶瓷 ， 不锈钢等来制造 （ 应 该注意， 该注意 ， 采用这类材料制造测温管使会 增加导热阻力， 使动态测量误差增加） 增加导热阻力 ， 使动态测量误差增加 ） 。 至于减少b 的问题， 变小， 至于减少b2的问题，关键在于使 变小， α 方法是在测量管的露出部分加绝热层。 方法是在测量管的露出部分加绝热层。
1 2
这是双曲余弦ch=(e^-x+e^x)/2 双曲正弦是 双曲正弦是sh=(e^-x注：ch这是双曲余弦 这是双曲余弦 e^x)/2 th=sh/ch(双曲正切 cth=1/th (双曲余切 双曲正切), 双曲余切) 双曲正切 双曲余切
一、管道流体温度测量（续3 一、管道流体温度测量（续3）
从式（6-1）可见： 从式（ ）可见： 1） 在测温管向外散热的情况下，误差不可能等于零。 ） 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t g − t3越大，测温误差越大。 越大，测温误差越大。 ） 为了减小误差，应该把露出在管道外的测温管用保温材料包起来， 为了减小误差，应该把露出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， 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 α2 部分和外面介质的热交换减少， 减小， 部分和外面介质的热交换减少，放热系数 减小，因此可以减小 测温误差。 测温误差。 3） 当 L1增加，即插到管道内介质部分测温管长度增加，双曲余 增加，即插到管道内介质部分测温管长度增加， ） 都增加，导热误差减小； ) 弦 ch(b1 L1 ，双曲正切 th(b1 L1 ) 都增加，导热误差减小；当 L2 减 增加，测温误差也减小。 小，双曲余切 cth(b2 L2 ) 增加，测温误差也减小。 b 4） 当放热系数 α1 增加， 1增加时，误差减小。因此应该把感受件 增加， 增加时，误差减小。 ） 放在流体速度最高的地方，即管道中心轴线上。 放在流体速度最高的地方，即管道中心轴线上。
引言（续） 引言（
如用热电偶测量锅炉过热器后的烟气 温度Tg(如右图所示 如右图所示) 温度Tg(如右图所示)，热电偶热端温 度为T 由于Tg＞ 度为T，由于Tg＞T，所以烟气就以对 辐射及传导方式将热量Q1传给热 流、辐射及传导方式将热量Q1传给热 电偶；热电偶冷端处于温度为T3的环 电偶；热电偶冷端处于温度为T3的环 境中，T3远低于 远低于T 因此就有热量Ｑ 境中，T3远低于T，因此就有热量Ｑ2 沿着热电偶套管传给周围环境; 沿着热电偶套管传给周围环境;过热器 管壁温度为T1，省煤器管壁温度为T2。 管壁温度为T1，省煤器管壁温度为T2。 T1和T2都低于T，故热电偶以辐射方 T1和T2都低于 都低于T 式将热量Ｑ 传给过热器及省煤器。 式将热量Ｑ3传给过热器及省煤器。热 电偶接受的热量为Ｑ ；，散失的热量 电偶接受的热量为Ｑ1；，散失的热量 ＋Ｑ3 达到热平衡时Q1= 为Ｑ2＋Ｑ3，达到热平衡时Q1= Ｑ2＋ Q3，即补充的热量等于散失的热量。 Q3，即补充的热量等于散失的热量。 然而只有∆T＝Tg－ 然而只有∆T＝Tg－T＞０时，才会有 Q1，也就是说T永远不可能等于Tg。 Q1，也就是说T永远不可能等于Tg。 ∆T就是测温误差 要减小∆T使感受件 ∆T就是测温误差。要减小∆T使感受件 就是测温误差。 的温度接近被测介质的温度， 的温度接近被测介质的温度，就必须 增大烟气对热电偶的传热和减小热电 偶对外的传导散热和辐射散热。 偶对外的传导散热和辐射散热。