热工测量及仪表

长而壁厚很薄的形状。
一、管道流体温度测量（续5）
6） 测温管材料的热导率 小 1 ，则 增b 1 加， 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（应 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）。
至于减少b2的问题，关键在于使 变小， 方法是在测量管的露出部分加绝热2 层。
由此可m见2 误K差4 是很大的，被测介质温度越高，误差也 越大。这种情况会使测量工作完全失去意义。在实际 情况下，用式（6-2）来计算温度是很难的，因为各个 系数的数值不易确定，冷表面的温度也难以确定。为 了正确测定烟气温度，原则上可以采用T 2 以下措施：
三、高温气体温度测量（续3）
(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。这是因为热 辐射误差和T 1 , T 2 的 四次方差成正比，T 1 , T 2 若有少许差别，产生 的误差就很大。图610是用隔离罩把测温 管和冷管壁面隔离开 来的例子。
t1tgC 1 T 14T 2 4 ...........(62) 1
式中C1 T为辐射散热系数，其中 为全体辐射 的斯忒潘---玻耳兹曼常数, T 为测温管表面的
总辐射发射率； 1 为管内介质和测温管之间放
热系数T 2 为管壁的热力学温度。
三、高温气体温度测量（续2）
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。例如测量750℃锅炉过热器后面的烟气温度， 附近冷表面的平均温度是400℃，烟气对测温管的对流 放热系数是30/40/50W/(m2K)，测温管表面的辐射率是 0.8，仪表值为506/524/540℃，误差达-244,-226,-210℃。
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，三种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
问题： 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，因此在测温管表面有辐射 散热，造成测量误差。
如果热电偶的直径粗，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导走的 热量，很快由管壁的其他部分补充了，因而测 温误差就减小。
一、管道流体温度测量（续7）
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 到-15摄氏度，即-4%左右；
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，而且温度计的露出 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，即-12%。
图6-4中的例子说明了，在测量管道中的 流体温度时，如果遵循前面提出的原则 来安装温度计，测量误差是可能减至极
二、壁面温度测量（续7）
平行焊如图6-7（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t分1 叉t 2处与壁面距离比球形
三、高温气体温度测量（续4）
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的温度要高得多， 这时对冷壁面的辐射由隔离罩来承担。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，结果使表面的发射率增加，因而使 误差逐渐加大。
二、壁面温度测量（续1）
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，基本上有以下四 种。如图6-6所示，（a） 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， 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；（c）为等
一、管道流体温度测量（续2）
可以得到导热误差的关系式为：
t1tgch(b1L 1) 1b b t1 2gth (tb 3 1L 1)cth(b2L 2) ..........(61)
其中
b1
U
11
1F1
;b2
2U2 2F2
式中 1 , 2 ——分别为管内外介质对测温管之间的放热系数；
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 感受件和其外面的保护套管或测温管的温度一
致的，都是 。t 1 ）如管道中流过的介质是气（汽）
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，且介质的温度 不太高时t g ，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，则测温管 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，
3）
当
L
增加，即插到管道内介质部分测温管长度增加，双曲余
1
弦 ch (b1 L1，) 双曲正切 th (b1 L1 ) 都增加，导热误差减小；当 L 2 减
小，双曲余切 cth(b2 L2 ) 增加，测温误差也减小。
4） 当放热系数 1 增加，b 1 增加时，误差减小。因此应该把感受件
放在流体速度最高的地方，即管道中心轴线上。
一、管道流体温度测量（续4）
5）增U 1 加/ F1 使 1/ d 增加，
可以使误差减小。因为
U1d1,F1(d02d1)
（式d 中0 为测温管的内 径， 为测温管的外径， 为测温管壁厚，如图6-3 所 示 U）1 /。F1 所 以 要 想 增 加 ，就应该使测温
d 1 管的壁厚 ，外径 尽量减小，也就是 d 1 应将测温管做成外形细
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， 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。
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，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，用热电偶测量管壁温度和一 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，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，下面来分析 这些误差。
1 , 2 ——分别为管内外两段测温管的热导率，1 2 ；
U 1 ,U 2 ——分别为L 1 和L 2 两段测温管的截面周长，U1U2 d1；
F 1 , F 2 ——分别为管内外两段测温管的截面积，F1 F2 ；
L 1 , L 2 ——分别为管内外测温管的长度。
注：ch这是双曲余弦ch=(e^-x+e^x)/2 双曲正弦是sh=(e^-x-
二、壁面温度测量（续5）
二．热电偶的接点导热 误差
通常用焊接方法使热电 偶的热端固定于被测表 面，图6-7所示的为三种 常用的焊接形式，下面 从导热误差大小方面来 分别讨论之。
球形焊如图(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
二、壁面温度测量（续6）
处了温减度小为这指个示差温值t度，2 t热2，电和极表应面尽实量际细温些度，焊有点个也t差1 应值尽。为量
解决措施： 1妥善选择测温管的安装位置，原则
是：烟气能扫过测温管在烟道内的整 个部分（烟气负担沿测温管的散热） 和安装地点的烟道内壁（提高壁温）。 2测温管安装部分外壁加较厚的绝热 层，减小散热。
三、高温气体温度测量（续1）
在采用措施1和2后，可认为传导散热造成的误 差接近零，测温管仅以热辐射的方式散热，造 成热辐射误差。热辐射误差（用热力学温度表 示）由下式决定
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。管 道中流过压力为3M Pa ， 温度为386摄氏度的过热 蒸汽，管道内径为 100mm，流速为30m/s， 方案1采用铂电阻温度计， 沿管道中心线插的很深， 安装部位的管道有很厚 的绝热层，测温管露出
方 1摄案氏部测2度采分量；用很误方水少差案银，接温3这近与度种于方计方零案，案；2的测的不温同管之外处有是绝测热温层管，的其直测径量和误管差壁为厚度都较大，因此误差也增大了，达到-2摄氏度；
二、壁面温度测量（续3）
因此，在相同的外界条件下，（a）的导热误 差最大，（d）次之，（b）较小，（c）的两 热电极的散热量虽然也集中在一个较小的区域， 但由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外三种形式的要小得多， 所以（c）的热端散热量最小，测量准确度最 高。
一、管道流体温度测量（续8）
在电厂中测量高温高压主蒸汽温度的热 电偶会遇到如下问题：由于高温高压气 流的冲刷，伸至管道中心处的热电偶容 易产生振动断裂事故。为了防止断裂， 应减小热电偶插入管道中的深度L1。根 据式(6－1)，L减小使得测温误差增大， 为此采用高压焊接固定锥形热电偶。热 电偶保护套管焊在水平主蒸汽管道上部 的一根垂直套管上（如左图所示），蒸 汽通过热电偶保护套管与主蒸汽管道壁 之间的空隙进入垂直套管上部，对热电 偶进行加热，因此，虽然热电偶插入主 蒸汽管道中的深度减小了，但受到蒸汽 加热的保护套管长度L1反而增加了，这 样就解决了热电偶容易断裂和测温偏低 之间的矛盾。
小些，必要时可将焊点压平。球形焊热电偶所测量的 是表面“点”的温度，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。