关于接触动态测温中减小传热误差方法的探讨

    1　前言

    在接触动态测温中,由于热敏元件向外导热和热幅射等原因,常常造成由传热引起的误差可能比仪表本身的误差大得多,这就使测量工作完全失去意义,因此,有必要探讨减小传热误差的方法。

    2　从传感器结构和传热条件方面考虑减小误差的方法

    当温度阶跃一定时,动态误差的数值仅取决于时间常数τ*。为此,凡是能减小τ*的因素都可用来减小误差。根据时间常数的定义

    减小误差的主要途径有以下几种方式。

    2·1　采用尺寸较小的测量端

    由于测量端的热容随测量端尺寸减小而减小;放热系数α随测量端尺寸减小而增大。因此,减小测量端尺寸可有效地提高响应。

    2·2　增大放热系数

    增大α的方法,主要是增大通过测量端的流速,采用小尺寸的对焊跨流结构和增大紊流度等。

    2·3　减小传热热阻

    对于带有保护套管的热电偶,介质是通过保护套管、空气间隙再把热量传递给测量端的。减小介质与测量端之间的传热热阻,使可提高热电偶的响应。减小传热热阻的主要途径有以下几种方法。

    2·3·1　保护套管采用导热性能较好的材料,保护套管壁要薄、内径要小。表1所列为热电偶在装有壁厚和内径不相同的石英之套管条件下,受热到1500℃的响应情况。

    2·3·2　减小空气间隙。在条件许可时,可以充填一些传热性能较好的其他材料。

    2·4　使用铠装热电偶和铠装热电阻

    铠装热电偶按它热接点的形式分为接地型、非接地型和露出型三种。最常用的是热接点非接地型,又称热接点与外壳绝缘型。按日本纲崎制作所的资料,铠装热电偶从室温到100℃水中阶跃响应的时间常数如表2所示。

    近年来,我国除铠装热电偶外,已研制成功并生产了铠装的铂电阻。重庆仪表材料研究所生产的铠装铂电阻在水中的热响应时间常数的值如表3所示。

    可见外传感器小型化和改善传热可减小时间常数,从而减小动态误差。

    3　从检测方法上考虑减小时间常数的方法

    由前面的分析可知,使温度传感器小型化和改善传热条件可减小时间常数,但是,使用中不可能在所有条件下都使用小型化温度传感器。因此,应当从检测方法上考虑减小时间常数的方法。