第04章 温度测量3-其他接触测温

的辐射换热在总换热所占比例增大; 当测温元件周围有冷壁面时，导致测温元件对冷 壁面辐射热较大，使得温度计示值低于实际气体 温度，造成以辐射为主的测温误差。

tg：烟气温度； tr：测温示值； ts：烟道四壁的 冷壁面温度
减小辐射误差的主要途径

降低辐射误差的主要途径
1. 2. 3.
提高热电偶周围冷表面的温度; 加大对流换热系数; 降低热电偶的黑度系数。

Tr代替T*的误差分析（P105）
1 2 1 2 Ts r 1 T * Ma 1 Ma 2 2
c p cv
对测量敏感元件的要求

传感器热容低，响应速度快； 导热损失小，温度传感器引线要足够长； 辐射屏蔽罩具有低导热和低辐射率； 通气孔：
使滞止室连续地充满流体，以补充导热和辐射热 损失，气流保持足够小，以使滞止条件基本上 得到维持；

在超音速气流条件下钝的形状引起的正冲 击波能减少非准直的影响，同时也使边界 层温度增加并减少传感器的热损失。
4.4.4 动态测温法



当被测气体温度超过所使用的热电偶测温 上限时，以热平衡法为基础的测量方法已 不实用。 动态测温法的基本原理 热电偶突然接触高温介质、当热电偶尚 未到达使用极限温度时就脱离高温介质， 根据热电偶温升趋势可以得到被测的温 度值。 热电偶接触与脱离高温介质可以根据被测 对象的特点采用插入和拔出热电偶的机械 办法，或者用冷却气体保护。
液体膨胀式温度计的分类
玻璃液体温度计按用途分为标准、实验室用、工业 用和特殊用途等4类温度计。 标准水银温度计分为一等和二等两种，均为全浸式， 成组提供： 1. 一等标准每组13支，每支刻度范围为27~35℃ 不等，最小分度值0.05℃； 2. 二等标准每组7支，每支刻度范围50℃左右， 最小分度值0.1℃。
E E nEm
i 1 2 i n
E nEm Em Es nEm n Em
热电偶并联
平均热电势 极限误差
1 n Em Ei n i1
Em E Ei n i 1 n
n 2
E Em 相对极限误差 Em n Em
本节主要内容
流体温度测量：导热误差分析 高温气体温度测量：辐射误差分析 高速气流温度测量：速度误差分析 动态测温法 壁面温度测量 平均温度的接触式测量及其误差
第四章 温度测量
4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 概述 热电偶测温 热电阻测温 其他接触式测温仪表 接触式测温技术及误差分析 非接触式温度测量
4.3 其他接触式测温仪表
接触式测温的分类
根据测温转换的原理，接触式测温可分为：
1.
2.
3.
膨胀式 液体膨胀 固体膨胀 热阻式 ห้องสมุดไป่ตู้属热电阻 半导体热电阻 热电式 热电偶 PN结
点接触：热电偶的测量端直接与被测表面相接触。 面接触：先将热电偶的测量端与导热性能良好的金 属薄片 ( 如铜片 ) 焊在一起，然后再与被测表面接 触。 等温线接触：热电偶测量端固定在被测表面后沿被 测表面等温线绝缘敷设至少 20倍线径的距离，再 引出。 分立接触：两热电极分别与被2ld表面接触。
安装系数
膨胀式温度计概述

原理和应用范围：
1. 2. 3.
原理：物体受热时产生膨胀。 测量范围：-50～550℃； 用途：温度测量或控制精度要求较低、不需 自动记录的场合。 液体膨胀式：玻璃温度计； 固体膨胀式：双金属温度计； 液体或气体膨胀式：压力温度计。

膨胀式温度计分类（按膨胀基体）：
1.
2.
3.
4.3.1 液体膨胀式温度计
全浸式温度计未能全浸的修正
如果全浸式温度计在使用时，其液柱部分不能全部 浸入，局浸式温度计露出部分的环境温度与标定 时不一致，就会产生测量误差，此时必须进行修 正。 修正方法：
全浸式温度计未能全浸的修正（ P97 ）
液体膨胀式温度计的材料选择
玻璃管 均采用优质玻璃；
>300℃：用硅硼玻璃； >500℃：用石英玻璃。
引起测量误差的主要原因是沿热电偶丝的导热损失。 热电偶的热接触点从被测表面吸收热量后，其中 一部分热量沿热偶丝导出逸散到周围环境之中， 而使热接触点温度低于被测表面的实际温度。
采用安装系数Z来衡量测量的准确性。
Ts Tr Z Ts T0
壁面温度测量的实际安装方式
在强度允许条件下应尽量采用直径小、导热系数低的热电偶； 优先考虑等温线敷设； 被测材料为非良导热体可用面接触方式； 如被测材料允许，表面开槽敷设对提高测量精度更为有利。
应用最早且当前使用最广泛的一种温度计； 由液体储存器、毛细管和标尺组成。
液体玻璃温度计的测温范围：
上限：所用液体气化点的温度
下限：液体凝点温度。
为了防止毛细管中液注出现断续现象，并提高测温
液体的沸点温度，常在毛细管中液体上部充以一
定压力的气体。
全浸式和部分浸入式

玻璃温度计按使用方式可分: 全浸式 局浸式
4.3.3 压力式温度计
压力温度计是根据一 定质量的液体、气 体、蒸汽在体积不 变的条件下其压力 与温度呈确定函数 关系的原理实现其 测温功能的。
右图为压力温度计的 典型结构。
压力温度计结构示意图
•液体压力式温度计（WTY-513），杭州富阳； •适用于各种气体、液体、蒸汽的温度测量。 •特点：温包尺寸小，耐腐蚀性好，适用于工 业设备上小部位的温度测量。 •气体压力式温度计（WTQ-280），杭州富阳； •可靠性高、稳定性好、使用寿命长，尤其是温包小型化，适用范围广泛。 •广泛应用于石油、化工、电力、印染等行业生产过程中的温度测量和控制。
双金属温度计的特点
测温范围大致为-80℃～600℃； 抗振性好，读数方便，但精度不太高，通常为1.5级左 右，只能用做一般的工业用仪表。 不仅可用于测量温度，而且还可方便地用作简单温度 控制装臵(尤其是开关的“通－断”控制)； 双金属片常制成螺旋管状以提高灵敏度。
机械式温湿度计
• 湿度如何测量？？
4.4.6 平均温度的接触式测量及其误差
对于温度不均匀的表面、流通截面或容积空 间，如果需要且条件允许，则可用几支同 型热电偶分布在不同的部位将热电偶串联 或并联，测出热电势得到平均温度。 圆形面积可按等环面分布测点，矩形则可以 等面积分布测点。
热电偶串联
平均热电势 极限误差 相对极限误差
1 n Es Em Ei n i1 n
一端固定，如果温度升高，下面的金属 B （如黄铜）因热 膨胀而伸长，上面的金属 A（如因瓦合金）却几乎不变。 致使双金属片向上翘，温度越高则产生的线膨胀差越大， 引起的弯曲角度也越大。其关系见教材P98。
双金属温度计的材料选用及测温范围
100℃以下，黄铜与34％镍钢；
150℃以下，黄铜与因瓦合金；
二等标准水银温度计
液体膨胀式温度计的特点


结构简单，制作容易； 价格低廉； 现场直接读数，测温值难自动远传记录 无需能源； 易破损。
4.3.2 双金属温度计
利用两种不同膨胀系数的固体材料制成。
基于固体受热膨胀原理，测量温度通常是把两片线 膨胀系数差异相对较大的金属片叠焊在一起，构 成双金属片感温元件（俗称双金属温度计）。 当温度变化时，因双金属片的两种不同材料线膨胀 系数差异相对很大而产生不同的膨胀和收缩，导 致双金属片产生弯曲变形。如下图所示。
机械式指针湿度计
机械式指针湿度计采用长度变化式湿敏元件, 有毛发式, 也有 在金属游丝上涂敷高分子亲水塑料材料制造。
原理：湿度变化 →湿敏元件的长度变化 → 驱动湿度表指针 轴, →指针在表盘上移动→实现湿度测量。 弱点：反应迟钝, 滞后时间长也可长达10~20分钟，显示误差 大, 标称误差为5%，但实际往往在±7%以上, 且飘移值大, 在环境湿度不变的情况下，会因时间温度诸因素导致表针 自行移动，不稳定； 价格低廉，无需湿度电信号。

具体措施
1. 2. 3.
遮热罩 双热偶 抽气式热电偶
4.4.3 高速气流温度测量—速度误差（P104）

1. 2. 3. 4. 5.
概念：
静温T0：无法测量得到 动温TV ：v2/2cp 总温（滞止温度）T*：T0+ TV 有效温度Tr ：实际测量得到的温度 恢复系数r ： (Tr- T0) /(T* - T0)
安装方式的影响因素：
共同保温，减小温差(t0-tf) 增大l1，减小l2 增大对流换热系数α1：
迎风角度

1. 2.
材料和结构的影响因素：
减小套管导热系数 增加套管的外圆周长与截面积之比，采用薄 壁细管
例题4-1，P100
4.4.2 高温气体温度测量—辐射误差

当被测气体温度增高，温度传感器与周围容器壁
数学方程
考虑辐射换热，得到修正方程：
4.4.5 壁面温度测量
由于被测对象的材料性质、大小、形状和测 温范围等因素不同，测量壁面温度采用的 方法也不尽相同。 常用的接触式方法为热电偶测量，这种方法 具有热接触点小，热损失少，测温范围大， 精度较高，相对比较方便等优点。
热电偶与被测表面接触方式
热电偶与被测表面接触方式
全浸式和部分浸入式
全浸式：
把玻璃温度计液柱全部浸入被测介质。 测温准确度高，但读刻度困难，使用操作不便。 多用于实验室和标准温度计；
局浸式：
温度计液柱部分（固定长度）浸入被测介质中， 部分暴露在空气中。 特点：读数容易，测量误差较大，即使采取修正 措施其误差比全浸式高数倍。 部分浸入式用于一般工业测温。
4.4 接触式测温的误差分析
本节主要内容


流体温度测量 高温气体温度测量 高速气流温度测量 动态测温法 壁面温度测量 平均温度的接触式测量及其误差