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气流条件下温度测量的特点

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2013-04-08 14:45:00

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  在工业生产以及航空、航天等领域的研究、生产、试验和应用过程中,常常会遇到气流(燃气流)测温问题。比如在各种工业锅炉和工业窑炉检测和控制中,经常要测量窑炉内部、换热器以及烟气的问题;在内燃机、燃气轮机研制、调试和工作过程中,也需要监视各部位的气体工质的温度;飞机在飞行时,需要用总温传感器测量大气总温;——温度检定系统、温度校验仪。航空发动机在研制过程中,需要测量进气道、压气机、燃烧室、涡轮和加力燃烧室等位置的气流温度;导弹和火箭等航天器上也需要用温度传感器监控气流温度,等等。

  测量气流温度的传感器目前以接触式为主,如热电偶、热电阻等温度传感器。这类温度传感器测量气流温度时,其指示温度只是敏感元件(如热电偶测量端)本身的温度,而不是被测气流的温度,二者之间存在着偏差,这是由于传热、启动和温度的动态变化等原因造成的。——温度检定系统、温度校验仪。因此,为了获得气流温度准确的测量结果,除了要选择和设计适合测量的温度传感器结构并使用适当的测量方法外,在要求较高的场合下,还需要对温度传感器进行稳态校准与动态校准并进行修正。

  当采用热电偶测量气流温度时,要使热电偶与气流良好接触,当两者达到热平衡之后,热电偶的输出即可用来表征气流的温度。这正是大家熟悉的接触测温法的实质,但是,由于下列原因,给气流温度测量带来了困难,甚至会造成极大的测量误差。

  (1)用热电偶测量气流温度与液体流温度有所不同。因为从传热学的角度来看,一般气体的对流换热系数和比热容量都小于液体,这样,用热电偶测量低速气流温度时,气流与热电偶之间的换热能力差,使两者长时间达不到热平衡状态,因此,热电偶的输出不能正确反映气流的真实温度。——温度检定系统、温度校验仪。尤其是在气流温度波动较快时,由此造成的测量误差会更大。

  (2)从传热学的另一角度来看,当热电偶的温度较高时,它以辐射换热方式向周围较冷物体传递的热量和以传导方式沿其自身由热端向冷端传递的热量已不可忽视。由于上述两项热损失的存在,使得热电偶指示的温度在一般情况下低于气流的实际温度值(有些情况,比如用贵金属热电偶测量燃气温度时,其催化效应会使示值增大),当然,热损失越大,带来的测量误差就越大。

  (3)当气流流经热电偶时,热电偶会对气流产生滞止作用,被滞止气流的动能将转化为热能,使热电偶的指示温度介于气流的静温和总温之间,从而造成速度误差。一般来讲,气流速度越大,此项测量误差越大,当气流的马赫数大于0.2以后,由此引起的误差是不能忽视的。

  (4)在被测气流中含有CO、CH等可燃气体时,热电偶材料中的铂、铱、钯等贵金属成分会对上述可燃气体的燃烧反应起催化作用,从而使热电偶周围气体的燃烧状况加剧,此时热电偶指示的温度必然高于气流实际温度,因而造成测量误差。

  以上简单介绍了热电偶测量气流温度时可能遇到的主要技术问题,应当指出,在某一测量任务确定后,应针对具体情况来制定测量方案。例如测量低速、低温气流温度时,由于气流速度低,对热电偶的换热系数小,热电偶不能及时反映气流的真实温度。——温度检定系统、温度校验仪。再者,气流温度低,热电偶与周围物体的温度相差不大,这样由热电偶的辐射和传导热损失造成的误差相应减小。因此制定测量方案时,应着重考虑上述第一项提出的问题。若测量高速、低温气流温度就完全不同了,此时对流换热能力强,而且热电偶的辐射和传导热损失可忽略不计。但是,由于热电偶对高速气流的滞止作用使得热电偶测量的温度是有效温度,该温度介于气流静温和总温之间,如果想要准确测量气流的总温,则需要着重考虑减小速度误差。

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