实验三 热电偶高温气体温度的测量.doc

实验三热电偶高温气体温度的测量
实验三热电偶高温气体温度的
测量
一、实验目的
1、实际使用热电偶对高温空气的温度进行测量; 2、了解用热电偶测量高温气体温度存在哪些误差及减小这些误差的方法;
3、结合已经学过的《传热学》和《测试技术》知识,自行设计实验方案,提高测量精度。
二、实验内容及基本原理
高温气体温度的准确测量是热工领域里科研和生产中的一个技术难题。本实验台是根据热电偶测量温度的原理和《测试技术》课程中关于温度测量的相关知识而建立的。用裸露热电偶直接测量管道内温度比较高的透明气体温度时,由于热电偶与管壁之间存在辐射换热,使得所测温度与实际温度存在很大差别。设气体与热电偶之间的对流换热流为Q1,热电偶与管壁的辐射换热流Q与它自身的储热热流导热的热流Q之和为Q(,当Q1=Q2Q、2Q?Q?Q?Q)也即达到了所谓的热平衡时,热电偶所指示的温度就是所测得的空气温度,它与气流的真实温度有很大差别。
(1)通过对流换热,高温空气对热电偶测量端(节点)的加热热流为: Q??A?T?T? (1) (2)热电偶测量端与周围管壁的辐射换热: Q??A??T?T? (2)
(3)热电偶测量端沿引线的导热: rs?2rs?10gjrn04j4w
Q????fdT
dx (3)
(4)热电偶测量端的储热:
(4)
其中:A?—热电偶与高温空气的对流换热系数;—热电偶测量端表面积;T—热电偶测量端的温度;?—系统黑度(由于热电偶测量端的表面积远小于被它“看见”的管壁面积,?接近热电偶材料的表面黑度?);?—玻尔兹曼常数;T—壁面温度;?—热电偶测量端材料导热系数;f—热电偶引线的横断面积。
实际上,由于用热电偶测温时,深入到高温气体中的引线相对于测点来说比较长,沿热电偶引线的导热热流Q可以忽略。当测量气流的温度不变且热电偶测点达到热稳定时,热电偶测量端的储热热流Q?0,故有:
Q?Q?Q (5) d?0Qs?mcdTgjnnw?s
12r
则(6) 可以看出,只有当黑度?为零或对流换热系数?为无穷大或管壁温度等于气体温度时,才有T?T。但实际上黑度?不可能为零,?也不可能为无穷大,由于存在热损失,管壁温度也不可能等于气体温度,因此,热电偶的指示温度永远不会等于气流的真实温度,用裸露热电偶测量高温气体温度时误差总是存在的。
本实验只提供高温空气环境,要求学生自行设计实验方案对所提供的高温空气的温度
(?550℃)进行测量,并与实验台提供的准标准值进行比较,优秀的测试方案将在以后的科研中采用。 gjTg???4?Tj?T4w??Tj?
三、实验使用的仪器设备及实验装置
实验台由四大部分组成,分别为进气部分、加热部分、测量部分、尾气处理部分。如图1设备总体图所示。
整个实验台由光滑的不锈钢圆管制成,除进气段和实验段外其余部分均被绝热箱体包裹。空气由鼓风机引入,其流量可以通过翻板阀来进行控制,空气加热后进入实验段,学生在实验段对其温度进行测量,实验段出口的高温空气进入引风降温管路,与冷空气混合后排向大气。
加热段内有加热电阻丝和绝缘陶瓷圆管,加
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热量约为3KW,具体数值由电压和电流表读取。
图1 实验台总体图
图2 学生测点安