接触法测温误差分析

    测温方法分为接触式测温和非接触式测温两种,接触式测温的测温原理是利用热敏元件与被测介质之间的热交换,最后达到热平衡,通过热敏元件本身的温度反映被测介质的温度。这种直接测量方法比较简单可靠,但由于沿热敏元件向外导热及辐射等原因,可使测温元件的实际温度与被测介质不同,造成测温误差。钢铁行业大部分采用接触式测温法,而测量出的温度是否准确,关系到生产是否能正常运行,关系到产品质量的好坏。下面着重分析一下接触法测量所引起的误差。

    1　沿测温元件导热引起的误差

    在锅炉上采用热电阻测量汽包温度时,热电阻插入汽包长度为l_1,外露部分的长度为_l2,如图1所示。汽包的实际温度为t₁,而外部环境温度为t₀,t₁>t₀。由于热量沿热电阻向外导出,所以热电阻工作端温度t₂将低于汽包的实际温度t₁。这个差值△t(t₂-t₁)就是由导热引起的测温误差。根据传热学中表面有散热作用的等截面长杆的稳定导热理论,可以计算出这项误差的大小。

式中　α₁、α₂——热电阻在汽包内、外部分的对流换热系数;

　　　s₁、s₂——热电阻内插、外露部分的外圆周长;

　　　λ₁、λ₂——热电阻内插、外露部分材料的导热系数;

　　　Af₁、Af₂——热电阻内插、外露部分的截面积[1]。

    由公式(1)可见,内、外温差愈大,外露部分l₂愈长,内插部分l₁愈短,则引起的散热误差愈大。因此在测量中应尽量增大l₁,缩短l₂;其次,为了使t1-t₀尽量小,对外露部分进行保温也是很有效的措施。另外还可以看出,b₁增大或b₂减少都可以使△td减少,所以在选择材料和结构时,应予以注意。另外,还应注意安装地点的选择。例如,在高炉中测量热风温度时,应选在围管入口处,这样所测热风温度即为入炉温度。

    2　测温元件热辐射引起的误差

    在加热炉中采用热电偶测量炉膛温度时,炉壁温度要低很多,热电偶要比炉壁温度高很多,因此它们之间将发生辐射换热。因为炉膛温度较高,这项误差要比导热误差大很多。假定用△tf表示由于辐射原因造成热电偶的温度下降,其大小可用下式计算:

式中　T₁——炉膛温度;

　　　T₂——热电偶温度;

　　　T₀——炉壁温度;

　　　ε——热电偶表面材料发射率;

　　　б——斯忒藩-波耳兹蔓常数;

　　　α0——炉膛与热电偶间的对流换热系数[1]。