气冷式热电偶测温误差分析

　　1 前言 目前燃烧室出口温度仍采用热电偶测量。水冷式热电偶仍是高温测量的主要手段，但是，水冷式热电偶的导热误差、辐射误差比较大，必须进行修正。本文叙述气冷式热电偶在高温测量中的误差。气冷式热电偶是利用冷却空气在壳体表面形成冷却气膜，以达到保护壳体的目的。在800^-1800 C的高温燃气中，采用铂锗30一铂锗6标准热电偶丝(0. 5mm)，电偶热接点为球形跨流式裸露型，与燃气流方向平行，偶丝伸出保护管IOmm。在保护管端部设置壁温电偶，并沿电偶保护管轴线布置5个镍铬一镍铝壁温电偶，如图1所示。燃气速度材宕一0.1~0.2。

　　在试验中，采用纯钢玉管(中lomm)为保护管的单点铂锗30一铂铐6电偶作为标准热电偶，离试验电偶热接点3Omm，这样标准热电偶处的燃气温度稍高于试验电偶处的燃气温度，存在一个温差△t.

　　试验热电偶安装在离热源(燃烧室)出口1.sm的试验段(热风洞)内，试验段管道内径中218mm，电偶置于管道中心士45mm内，此处燃气速度和温度分布均匀。

　　影响高温测量精度的主要因素是:导热误差、辐射误差和速度误差。辐射误差与温度的四次方成正比，即温度越高，误差越大。

　　2误差分析

　　2. 1导热误差

　　热电偶热接点为球形，偶丝与燃气气流方向平行，认为只有沿电偶轴线方向才有传热误差。由于热接点的温度与根部温度存在较大的温差，使测量的温度与实际燃气温度存在偏差，根据有限长度枢轴热传导理论，一维稳态传热情况下，文献[1][2〕给出的导热误差为:

　　热电偶浸入长度包括电偶偶丝和支杆(保护管)的长度，其L/d对导热误差的影响用“浸入总直径数”来表示，即:

　　增大艺号值，可以减小导热误差。

　　在高温燃气流中，由于热电偶平行于气流方向，相当于气流横过圆柱体的强制对流换热。平均努塞尔特数用希尔拍特的经验关系式

　　式中:常数C和m由表1选取。

　　计算雷诺常数R亡用的气流速度为热接点的燃气速度Vg，定型尺寸为热接点直径dJ，温度采用平均膜t二。平均膜温是电偶热接点表面温度t」和自由流或未扰动的流体温度t:的算术平均值，即:

　　电偶热接点与燃气的对流换热系数a为:

　　雷诺数Re:

　　由试验得到准则方程为:

　　试验电偶的导热误差如表2所示。

　　2. 2辐射误差

　　在高温燃气中用热电偶测量温度和热接点的温度与周围器壁温度不同时，使热接点温度偏离燃气温度，造成了测量误差。当忽略燃气对器壁辐射的影响时，热接点的辐射传热量等于燃气以对流式传给热电偶的热量，即: