第六讲 热工参数

压力测量方法分类
• 依据测压原理将测压方法分类： • 利用重力与被测压力平衡：液柱式压力计 和活塞式压力计等——单位面积上所承受 的垂直方向上的力的大小； • 利用弹性力与被测压力平衡：弹性式压力 计，弹性元件感受压力后变形多少反应被 测压力的大小； • 利用物质其他与压力有关的物理性质：受 压后，它的某些物理性质会发生变化 压力传感器压电式传感器发展迅太亮
隐丝（正确）
灯丝隐灭式光学高温计
• 注意事项： • 非黑体辐射的影响，可能具有较大误差； • 中间介质，各镜头之间的灰尘、烟雾、水蒸气 和二氧化碳等对热辐射均可能有散射效应或吸 收作用而造成测量误差。1~2m合适 • 被测对象，不宜测量反射光很强的物体；不能 测量不发光的透明火焰；不能测量冷光温度
5.1.2 工业用光学高温计误差估计
• • • • 与等级有关 系统误差、读数误差、分度误差 亮度平衡误差、毫伏表指示误差 折合为经验公式：
T

C2
T
2
T
T
灯丝隐灭式凭人的眼睛判断，有主观误差， 并不能连续记录数据；
5.2 光电自动平衡法测温
• 用光电器件作为敏感元件感受辐射源的亮 度变化，将其转换成与亮度成比例的电信 号，经电子放大器放大，最后输出被测温 度值，并将其自动记录下来。所以称为光 电高温计。
5.1 常规测压方法与仪表
• 利用液柱对液柱底面产生的静压力与被测压力 相平衡的原理，通过液柱高度来反映被测压力 的大小 • 优点：结构简单，使用方便，有相当高的准确 度，在本专业中应用很广泛 • 缺点：量程受液柱高度的限制，体积大，玻璃 管容易损坏及读数不方便 液体压力计种类： U型管压力计、 杯型压力计、 斜管式微压计等。
5.3 全辐射式光学高温计
• 误差来源及分析 • 分度误差：工业用的辐射高温计分度误差约 ±16°C • 介质吸收产生的误差：中间介质具有不同的吸收 率，高温计和被测物体距离小于1m • 被测物体辐射率引起的误差：测量物体辐射率的 测定误差 • 使用环境条件所带来的误差，如更换零件 • 多用于中小型炉窑的温度监视，结构简单，价格 低廉，使用方便，时间常数为10~20s
第四章
完
End of Chapter Four
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第四章课后问题 热电偶测温原理、特点及其回路性质 常用热电偶的材料、特点和结构 热电偶参比端的冷端处理 热电势测量方法及其测量原理 热电偶校验与分度的原因及基本方法 热电阻测温原理及特点 常用的热电阻元件 热电阻测温元件的结构 热电阻值测量的方法 玻璃管液体温度计、双金属温度计、压力式温 度计的原理及特点 减小测温误差、提高测量精度的方法
5.1 常规测压方法与仪表
• 1. 液柱式测压仪表
• 所用液体 P2 P1 叫做封液， ρ 常用的水、 H ρ 酒精、水 银等
2 1
P1>P2 h
提高工作液密度将增加压 力的测量范围，但灵敏度 要降低。
ρ
p1 p2 gh( 1 ) gH( 2 1 )
p1 p2 gh( 1 ) 1 2
6.1 红外热像仪
• 热像仪测量物体表面温度的范围，视具体的 热像仪系统而定，与扫描器种类、测量时选 择的光圈以及选择的滤光镜有关。 • 定量描述温度需要： • 标定曲线 I f (T ) • 正确选择测量方法，直接测量还是对比测量
6.2 全息干涉技术
• 全息干涉技术，是近几年发展起来的非接触式 测量，在热工参数场（流场、温度场、浓度场 等）测量中有着重要的应用前景 • 应用物理光学原理，利用光波的干涉现象，在 底片上同时记录被测物体反射光波或透过光波 的振幅和位相，经显影和定影处理后成为全息 底片 • 根据光的衍射原理，用拍摄时的相干光去照射 底片，就会再现物体的空间例题图像
5.2 光电自动平衡法测温
• 1.物镜；2.光栏；3.遮光板；4.光电器件；5.前置放大器； 6.主放大器；7.电子电位差计；8.反馈灯；9.反射镜；10. 透镜；11.观察孔；12.被测物体 观测孔 10 9 11 板是否 1 12 满 2 4
8
3 7 6 5
反馈灯亮 度与被测 亮度相等 时，光电 流为0， 记录刻度 为温度
6
R1
7
E
K
灯丝隐灭式光学高温计
• 用滑线变阻器调整灯丝电流以改变灯丝亮度，亮 度温度由毫伏表给出； • 调整目镜位置使观测者能清晰看到标准灯的弧形 灯丝；被测物体成像在灯丝平面上，只有当灯丝 亮度和被测物体亮度相等时，灯丝才隐灭在物像 的背景里，此时，毫伏表指示的电流值就是被测 物体亮度温度对应的读数。
△P=P1－P2 =g(ρ-ρ1) h2
• 单管压力计的应用： 将数根肘管连至同一个大截面容器，则成为多 管压力计，电厂用它测炉膛和烟道各处的负压 。大容器内通大气，各肘管连至烟道各测点， 此时各肘管中的液体高度即代表各处负压。
三、斜管式微压计
热力实验中用斜管式微压计测微小压力、负 压、差压。 • 测正压，被测压力送入大容器 • 测负压，被测压力送入肘管 • 测差压，将较高压力送入大容器，较低压 力送入肘管。
6.1 红外热像仪
• 系统组成框图
参考黑体 目标 光学会 聚、滤光 光-机 扫描 视频前置 放大
探测器 制冷器
扫描 同步
视频处理 视频处理 记录
6.1 红外热像仪
• 热像图直接反映的是被测物体表面上各点 的热分布状况，即红外辐射通量分布
E T
4
• 反映了物体表面温度分布情况。与目标温 度之间呈非线性关系，还受到目标表面比 发射率、大气衰减及目标所处环境反射辐 射等因素影响，所以只能得到定性信息。
5.1 常规测压方法与仪表
• 2. 液压式压力计的测量误差及其修正 • 实际使用时，很多因素会影响液柱式压力计的测 量精度。对某一具体问题，有些可以忽略，有些 必须修正 • 环境温度变化的影响：封液密度、标尺都会发生 变化，但封液线膨胀系数大出标尺的1～2数量级， 从而引起测量误差。 • 如果环境温度偏离20°C，修正：
5.3 全辐射式光学高温计
• 根据绝对黑体全辐射定律而设计的高温计 称为全辐射高温计；
热电堆热接收器 1 2 3 物镜 光 栏 4 灰色滤光片 5 目镜
T Tp 4 1/
Tp
6 二次仪表
5.3 全辐射式光学高温计
• 全辐射的辐射率随物体成分、表面状态、 温度和辐射条件有着较大范围的变化 • 高温计和被测物体之间的介质影响，距离 不可太远 • 使用时环境温度不可太高，以免增加测量 误差，补偿不可能完全
A2

A1
d2 A2 h1 l l 2 A1 D
h2 l sin
则 Δ p=p1-p2=(h1+h2)(ρ- ρ1)g 且 h2=Lsinα; h1=L A2 /A1=L(d2/D2) • 由于被测介质通常为气体，所以ρ1可忽略，整理 得 Δ p＝L (sinα+ d2/D2) ρ g = kL 其中k为系数，若α一定，则为k常数，则读取L数 值表示被测差压Δ p。 • 优点： – 因为L比h2放大了1/sinα倍，所以读数得相对误 差小 – 改变α可改变k值，但不得小于150 – α 微压计测量范围，灵敏度。？
斜管式微压计应用范围：一般100~2500pa
斜管式微压计应用范围：一般100~2500pa 倾斜角度越小，l越长，测量灵敏度就越高；但 不可太小，否则液柱易冲散，读数较困难，误 差增大。 这种倾斜管液柱式压力计可以测量到 0.98Pa的 微压。为了进一步提高微压计的精确度，应选 用密度小的酒精作为工作液体。
弹性式压力计
• 根据弹性元件受压后产生变形和压力大小有确 定关系的原理制成。 • 适用范围（0-103Mpa),结构简单，广泛应用。 • 包括：金属膜片式（包括膜片式）、波纹管式 和弹簧管式。 一、弹性元件的特性 三、膜片和膜盒 四、波纹管 五、弹簧管
弹性式压力计
• 弹簧管、膜片、波纹管压力计
弹簧管 .游丝 .指针 .小齿 .扇形齿轮 .拉杆 .连杆调节螺钉 6.放大调节螺钉
5.1 热辐射的理论基础
• 被测物体的实际温度T和亮度温度Ts之间的 关系为：
1 1 1 ln Ts T C 2
• 因为ελ 总是小于1，所以测到的亮度温度总是
低于物体真实温度
5.1.1 灯丝隐灭式光学高温计
• 灯丝隐灭式光学高温计原理图：
• 1. 物镜；2.吸收玻璃；3.高温计标准灯；4.目镜； • 5.红色滤光片；6.测量电表；7.滑线电阻 辐 射 来 的 能 量 1 热 能 形 式 2 3 4 5
• 降低辐射误差的主要途径及具体实施方法 • 动态测温法的基本原理 • 壁面温度测量中热电偶与被测表面的接触方式 及其误差分析 • 壁面温度测量优先考虑的问题 • 非接触式测温的优点 • 热辐射的理论基础 • 亮度温度及单色辐射式光学测温原理 • 灯丝隐灭式光学高温计的测温原理及其注意事 项 • 比色测温法与比色温度 • 热像仪、全息摄影术的基本原理
6.2 全息干涉技术
• 拍摄全息过程
激光光源 分光镜
反射镜
扩束镜 准直镜 参考光 准直镜 物 全息底片 光
扩束镜 反射光镜
推荐大作业题目2
• 查阅高速摄影、流场成像的测量方面的资 料，如PIV(Particle Image of Velocity) 多 用于测量颗粒流动（固体颗粒、蒸汽气泡 都可以视为颗粒）过程中流速场分布，能 否可以进而判断颗粒温度场？
5.1 热辐射的理论基础
• 任何物体的温度高于绝对零度时就有能量释出， 以热能形式向外发射的那一部分称为热辐射; • 如果用一种测量亮度的单色辐射高温计来测量不 同单色黑度系数ελ的物体温度，即使它们亮度 Bλ同，其实际温度也会因ελ不同而不同; • 单色辐射光学高温计的刻度按绝对黑体进行的; • 在波长为λ的单色辐射中，若物体在温度T时亮度 Bλ和绝对黑体在温度Ts时的黑度B0 λ相等，则成 绝对黑体温度Ts为被测物体在波长λ时的亮度温 度