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热传导型管道测温计
设计本温度计用于测量一些已安装成型的管道的壁面温度,并通过经验公式来判断其管道内流体的平均温度是否达到应用所要求的程度。(如实验室中在研究管内流动时需要知道入口温度和出口温度及壁面温度,但管壁存在着不能忽略的厚度,这时可将这种温度计作为管壁的一个部分安置在实验所要求的阶段,然后根据数学关系式来求得所需要的参数:如壁面温度tw,该截面的中心温度 tc等)
设计目的:
热传导型管道测温计
在测量热力设备储气筒及管道里的气体温度时,可用一只插入装油的铁管(即套管)中的玻璃液体温度计来测量。对于不同的应用场合其安装的方法不相同。当用该种温度计来测量输气管的管壁温或是套筒中的流体的边界温度时,是将该温度计安装在一段内径相同但长度可忽略的输气管上来进行测量的(这样可以便于长时间监控)。而对于测量储气筒是设备中空气的温度时,只用将其插入到其中即可。
实际测量中的已知量有:温度计的读数tH,储气筒壁或导管壁与温度计套管连接处的温度t0 ,套管的长 H,套管壁厚δ,套管直径d ,套管的导热系数λ,套管外表面的表面传热系数h。
设计方案:
由上述关系,首先要知道的便是温度计所在位置的环境温度tf。为分析合理性,首先对该物理过程作如下一些假设:
,因而温度计套管可以看成是截面积为πdλ的一等截面直肋。
,各项数值以稳定不会变化,过程可看成是稳态过程。
显然,所有的测量仪器都存在一定的误差,若误差在可接受的范围内则可认为该方案可行,下面分析该测量过程中出现的误差大小。
工作原理:
热传导型管道测温计
该过程中的测温误差及时套管顶端的过余温度θ H= tf-th(所谓过于温度既是实际温度高于读数温度的部分,显然由于过程中存在导热热阻,Tf必大于tH),可得下式:
归并整理得:
本例中,换热周长P=πd,管套截面积A= πdλ,则有:
热传导型管道测温计
℃,若对于测量精度要求较高的仪器而言,这样大的误差往往是不允许的。这里仅从理论上来分析减少误差的方法。由该物理过程可知要减少误差可从以下角度分析:要减小测温误差,应使tH尽量等于tf,既应尽量减少在 tH与tf之间的传热量。由根据θH= tf-th之减小θH也可以达到目的,即应增加 ch(mH)。
于是可采用以下方法:
;
,并减小壁厚;
;
。
其中第四条是不合实际的,因为我们知道不论在实验或实际应用中不可能对所有的测量管道都包以保温材料,这样做无疑会加大设计成本,使与经济实用原则所相悖的,故不可取。而其他三条都是可以在测量前根据所测量量的估计值来进行选择的,是符合经济性和实用性的。
结果分析:
热传导型管道测温计
低温的测量时常采用具有玻璃外壳的酒精温度计和水银温度计,这类温度计具有价格低廉、性能稳定、直观性强的优点,但也具有易破碎且只能在现场观察的缺点,水银温度计还易造成污染而有害健康。目前,市场上应用最为广泛的是温度敏感元件和二次仪表的组合---二极管温度传感器,既可用于远程显示,也可进行调节控制,还可做到自动记录。它是以半导体二极管作为温度传感器的数字显示温度计,其测温范围为-50℃~+150℃,测温精度达 ℃。
理论和实践都已证明,在-50℃~+150℃的范围内,二极管的测温精度可达± ℃与其他温度传感器比较,二极管温度传感器具有灵敏度高、线性好、简便的特点,而且当二极管的正向电流和温度一定的情况下,其正向压降是非常稳定的。
精度与我们的设计产品相比较的确是非常理想,但是出于成本和应用范围来比较,误差不是太大的管道测温计能适合于我们所需求的精度范围之内,且成本不高,而二极管温度传感器由于具有很高的精度,显然成本很高,对于管道测温而言是没必要的。所以从经济角度来考虑,对一些储气筒及套管壁温的大致测量,我们设计的管道测温计完全可以满足要求,特别在实验室测温的情况下,有较好的应用前景,
方案比较
热传导型管道测温计
主要选材的性能指标
材料名称
导热系数λ
mh
ch(mh)
超细玻璃棉毡、管


*1032
矿渣棉


*1028
水泥珍珠岩制品


*1033
A级硅藻土制品


*1033
膨胀珍珠岩


*1035
青铜(89Cu-11Sn)