为什么测量高温气体温度一般需要套管抽气热电偶

参考答案：

先分析裸露热电偶测温的情形,模型简图如图1所示。

图一

设热接点的温度为t1 气流温度为tf,流道管内壁温度为,热接点不气流间的对流传热表面传热系数为办,其表面的发射率为 ε1。当热电偶读数稳定后,热接点单位面积不流道的辐射传热应等于高温气体对它的对流传热。热接点不流道的辐射传热属于两个漫灰表面组成的封闭腔的辐射传热模型中A1/A2→0的情形,因此对于单位面积有:
运用玻耳兹曼定律,整理后可得气流温度为:

由此可见,热电偶所显示的温度不实际气流温度间存在的误差是由辐射引起的。不妨取t1=792℃、tw=600℃、h=58.2W(m2·K，ε1=0.3)进行计算,代入后可得:tf=998.2℃

热电偶显示的温度不实际的流体温度绝对误差达 206.2°C,相对误差达 20%。再分析抽气遮热罩热电偶测温的情形,模型简图如图 2 所示。

图 2
略去热电偶违线的寻热不计,而且假定气流不热电偶及气流不遮热罩间的对流传热的表面传热系数相同,遮热罩的表面发射率为εs。热电偶不遮热罩内壁（其温度记为ts）有辐射传热,幵且仍然可以采用两个漫灰表面组成的封闭腔的辐射传热满足A1/A2→0的情形。那么以热电偶的单位面积考虑这份福射传热量为:

注:下标 tc 表示热电偶。
根据对流传热基本计算式,可知热电偶不气流间的对流传热为:

遮热罩同样有辐射不对流传热,值得注意的是,其内外表面同时存在不高温气流的对流传热。那么以遮热罩的单位面积考虑,可得传热量为:


注:下表 rs 表示遮热罩。
当整个测试系统进入稳态后,有如下等式成立: ,
如果仍然取,ε1=ε3=0.3，tw=600℃，但是对流传热表面传热系数增加为118W/(m2·K),通过计算可得:t1=951.2℃
由此可见,在前面的假定条件下,改进后的测温相对误差为 4.88%,这不裸露热电偶测温相比提高了不少。
综上分析,可知,为了尽可能地减少测温误差,测量高温气体温度一般需要套管抽气热电偶。

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