热电偶(温度探针)及其动态校正

　　0　引言

　　离心压缩机基本级的试验研究中,为了测量基本级的气动性能或级的某截面流场,温度是重要的测量参数之一。然而要准确的进行压缩机模型级的测量,首先必须有精确的测量仪表。热电偶属于一次仪表,多年来在离心压缩机基本级测量中得到了广泛的应用。

　　1　热电偶原理

　　热电偶是基于当两种不同的导体两端接合成回路时,由于两接合点温度之不同会在回路内产生热电偶的物理现象。如果热电偶的工作端与自由端存在温度差时,二次仪表将会指示出热电偶所产生的热电势。热电偶的热电势随着温度端温度的升高而增长。它的大小与热电极的长度、直径无关,与热电偶材料和热电偶两端的温度有关。

　　2　热电偶接点受到的热交换

　　浸在气流中的热电偶接点温度T,j一般情况下不等于气流的总温Tg。温度受感部测点的示值是各种热交换方式之间热平衡的结果。

　　在稳定状态下

　　式中　dq对流———气流对电偶接点附面层的对流换热率

　　dq辐射———电偶对周围物体的辐射换热率

　　dq传导———沿偶丝的热传导率

　　dq附面———电偶周围附面层中动能转换为热能的热流率

　　dq表———电偶接点表面化学反应导致电偶的吸热率

　　dq气辐———气体对热电偶的热辐射换热率

　　热电偶接点受到的热交换见(图1)

　　3　热电偶的动态校正

　　考虑到热电偶接点受到的热交换,对压缩机基本级试验用热电偶,为了保证其测量精度,除了从其结构及偶丝的选取等方面采取措施外,在使用前均应进行热电偶静态校正,对于气流速度大于一定值时,还要进行热电偶的动态校正。目的是考虑热电偶周围附面层中存在着动能转换为热能的变换过程,确定热电偶的总温恢复系数。

　　根据有关公式计算,当0<气流速度<30 m/s,假定温升ΔT=30℃,热电偶的温度恢复系数γ=90%,若不进行动态校正,则其温度测量的相对误差为0.14%;当30<气流速度<60 m/s,假定温升ΔT=30℃,热电偶的温度恢复系数γ=90%,若不进行动态校正,则其温度测量的相对误差为0.59%。由此可见,当气流速度>60 m/s时,对所使用的热电偶必须进行动态校正,以便求得气流的真实总温。

　　4　热电偶的动态校正方法

　　校正目的是确定热电偶的温度恢复系数:

　　式中　T_ind———被校热电偶测量的绝对温度,K