工程測量技術(shù)_第6章溫度測量

1、16 溫度測量工程測試技術(shù)2基本概念n溫度溫度是一個表示物體冷熱程度的狀態(tài)參數(shù)狀態(tài)參數(shù)，也是物體分子運動平均動能大小運動平均動能大小的標志，但它的值必須通過溫度計溫度計才能正確地度量。n溫度計溫度計實際上是基于某些物質(zhì)的物理量，如電阻值、熱電勢值與溫度有著某種確定的函數(shù)關(guān)系而制成的，因而可通過測量這些物理量來獲得溫度。例如，水銀溫度計和電阻溫度計就是分別通過測量水銀柱高度（體積膨脹）及電阻值來確定溫度的。n用來度量物體溫度高低的標尺叫做溫度標尺溫度標尺。3456.1 熱電偶溫度計n在常用的溫度儀表中，熱電偶溫度計熱電偶溫度計是目前科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣應(yīng)用最廣的一種，常用來測量-1001

2、700之間的溫度。在特殊情況下，還可測2800的高溫或的高溫或2K的低溫的低溫。n它具有結(jié)構(gòu)簡單、精度高、熱慣性小熱慣性小、使用方便，適于信號傳輸、自動記錄和控制等優(yōu)點。n6.1.1 熱電偶測溫原理熱電偶測溫原理n熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)（導(dǎo)體A與B回路有電動勢，由以下兩種電勢組成） n接觸電勢接觸電勢（導(dǎo)體A與導(dǎo)體B的電子密度不同，擴散速率不同） n溫差電勢溫差電勢 （同一導(dǎo)體兩端溫度不同產(chǎn)生的熱電勢）66.1 熱電偶溫度計n對于一定的熱電偶一定的熱電偶（材料固定材料固定），當(dāng)參考端溫度t0恒定時，接點t0的分熱電勢eAB(t0)為常數(shù)C。則熱電偶回路熱電偶回路的總熱電勢總熱電勢EAB(t,t0)

3、僅是測量端溫度測量端溫度的單值函數(shù)單值函數(shù)n n可見，當(dāng)t0恒定時，熱電偶的熱電勢僅隨測量端溫度而變。 為此，只要事先測出熱電偶在只要事先測出熱電偶在t0=0 時的熱電勢與測量時的熱電勢與測量端溫度的對應(yīng)關(guān)系端溫度的對應(yīng)關(guān)系，并整理成分度表分度表或繪成熱電特性曲熱電特性曲線線或整理成數(shù)學(xué)公式數(shù)學(xué)公式，便可根據(jù)所測得的熱電勢來推算被測溫度。n為方便和實用，國內(nèi)外已頒布各種熱電偶分度表均規(guī)定均規(guī)定參考端溫度為參考端溫度為0 。各種不同的熱電偶材料材料有各自對應(yīng)的分度表。 )()()()()()(),(000tfCtetetetetettEABABABBAABAB 76.1 熱電偶溫度計n6.1.2

4、 熱電偶熱電偶回路回路的性質(zhì)的性質(zhì)n一、一、均勻?qū)w定律均勻?qū)w定律n由一種均勻?qū)w均勻?qū)w組成的閉合回路閉合回路，不論導(dǎo)體的截面和各處溫度分布如何，都不會產(chǎn)生熱電勢。n該定律說明：n熱電偶熱電偶必須由必須由兩種不同兩種不同性質(zhì)的性質(zhì)的材料材料構(gòu)成構(gòu)成;n由一種材料組成的閉合回路存在溫差，如果回路產(chǎn)生由一種材料組成的閉合回路存在溫差，如果回路產(chǎn)生熱電勢，說明該材料是非均質(zhì)的。據(jù)此，可檢查熱電熱電勢，說明該材料是非均質(zhì)的。據(jù)此，可檢查熱電極極材料的均勻性材料的均勻性。 86.1 熱電偶溫度計n二、二、中間導(dǎo)體定律中間導(dǎo)體定律n在熱電偶回路中插入在熱電偶回路中插入第三種（或多種）均質(zhì)導(dǎo)體第三種（或

5、多種）均質(zhì)導(dǎo)體，只要，只要插入導(dǎo)插入導(dǎo)體兩端溫度相同體兩端溫度相同，則對熱電偶的總熱電勢沒有影響。，則對熱電偶的總熱電勢沒有影響。n如圖是插入中間導(dǎo)體的兩種形式，現(xiàn)將左圖證明如下：n回路總熱電勢為n如果回路內(nèi)各接點溫度為t0，則有n由此得 )()()(),(000tetetettECABCABABC 0)()()(000 teteteCABCAB),()()(),(000ttEtetettEABABABABC 96.1 熱電偶溫度計n中間導(dǎo)體定律表明，熱電偶回路可接入測熱電偶回路可接入測量儀器量儀器，只要保證儀表與熱電偶兩接點處儀表與熱電偶兩接點處溫度溫度相同，則接入儀表不會影響原熱電偶接入儀

6、表不會影響原熱電偶回路的熱電勢?；芈返臒犭妱?。106.1 熱電偶溫度計n三、中間溫度定律中間溫度定律n熱電偶熱電偶A、B在接點溫度為在接點溫度為t,t0時的時的熱電勢熱電勢EAB(t,t0)等于接點溫度為等于接點溫度為t,tn時的熱時的熱電勢電勢EAB(t,tn)和和EAB(tn,t0)代數(shù)代數(shù)和和，即，即n證明如下：n結(jié)論： 如果已有參考端溫度為0時的熱電勢溫度關(guān)系，則對于參參考端溫度不為考端溫度不為0時的熱電勢時的熱電勢，均可按上式求得。),(),(),(00ttEttEttEnABnABAB ),(), ( )()()()( )()(), (0000ttEttEtetetetetetet

7、tEnABnABABnABnABABABABAB 116.1 熱電偶溫度計n6.1.3 熱電偶的熱電偶的材料材料n熱電極材料應(yīng)滿足如下要求：n1、測溫范圍寬，熱電特性穩(wěn)定，線性線性好;n2、電導(dǎo)率要高電導(dǎo)率要高，電阻溫度系數(shù)和比熱要小;n3、有較高高的熱電勢率熱電勢率;n4、易于復(fù)制易于復(fù)制，工藝性及互換性互換性好，便于有統(tǒng)一的分度表;n5、資源豐富，價廉價廉。 n目前國際上公認國際上公認比較好的熱電極材料只有幾種，它們適用于各自的溫度范圍。n一、標準化熱電偶標準化熱電偶n標準化熱電偶是指工藝成熟、應(yīng)用廣泛、性能優(yōu)良而穩(wěn)定，并已列入工業(yè)標準化文件工業(yè)標準化文件中，有統(tǒng)一分度表有統(tǒng)一分度表的那些

8、熱電偶。126.1 熱電偶溫度計n鉑銠鉑銠10鉑熱電偶，分度號為鉑熱電偶，分度號為S。熱電性能穩(wěn)定，適用于氧化性、中性氣氛中。工業(yè)上一般用它測量1000以上溫度。它的長期使用溫度為1300，短期使用溫度為1600。缺點是價格較貴，機械強度稍差，熱電勢小，在還原性氣氛及含硫、硅、碳、碳化合物介質(zhì)中使用時易被沾污變質(zhì)，需加保護管。n鉑銠鉑銠30鉑銠鉑銠6熱電偶，分度號為熱電偶，分度號為B。與S型熱電偶相比，它的測溫上限更高，長期使用溫度為1600，短期使用溫度為1800。熱電勢更小，尤其在室溫下熱電勢極小，故一般不需要參考端溫度補正。價格比S型更貴。n鎳鉻鎳鉻-鎳硅（鎳鉻鎳硅（鎳鉻-鎳鋁）熱電偶，

9、分度號為鎳鋁）熱電偶，分度號為K。優(yōu)點是熱電勢率大（比S型大45倍），價廉，熱電特性呈近似線性關(guān)系。500以下可在還原性、中性和氧化性氣氛中可靠地工作，500以上只能在氧化性和中性氣氛中工作。長期使用溫度為1000，短期使用為1300。鎳鉻-鎳硅和鎳鉻-鎳鋁兩種熱電偶的熱電特性幾乎完全一致，但鎳硅合金抗氧化性能優(yōu)于鎳鋁合金。目前我國已用鎳鉻-鎳硅熱電偶取代鎳鉻-鎳鋁熱電偶。136.1 熱電偶溫度計n銅銅康銅熱電偶，分度號為康銅熱電偶，分度號為T。因為銅熱電極易氧化，故在氧化性氣氛中使用時不宜超過300。優(yōu)點是熱電勢率大、特電特性較好，易復(fù)制、價廉，可用來測-200的低溫。在0100范圍內(nèi)可作為

10、二等標準熱電偶。n二、非標準化熱電偶非標準化熱電偶n目前非標準化熱電偶的應(yīng)用遠不及標準化熱電偶普遍，但在高溫、低溫、超低溫或有輻射等特殊環(huán)境中有某些良好的性能。146.1 熱電偶溫度計n鎢錸系熱電偶鎢錸系熱電偶，有鎢錸5-鎢錸20、鎢錸3-鎢錸25、鎢錸5-鎢錸26等。目前是一類較好的超高溫?zé)犭姌O材料。其最高使用溫度受絕緣材料限制目前可達2500，而熱電極本身使用溫度可達2800，熱電勢與溫度幾乎呈線性，但不宜在氧化性氣氛中使用。n銥銠系熱電偶銥銠系熱電偶，這是當(dāng)前在真空中和中性氣氛中，特別是氧化性氣氛中唯一可長期測量2000的高溫?zé)犭娕?。它是高溫試驗高溫試驗及火箭技術(shù)、航空和宇航技術(shù)中的一種

11、極其重要的測量工具及火箭技術(shù)、航空和宇航技術(shù)中的一種極其重要的測量工具。國產(chǎn)系列有銥銠40銥、銥銠50銥和銥銠60銥等。n此外，還有熱解石墨熱電偶，二硅化鎢二硅化鋁、石墨碳化鈦和石墨碳化鈮等非金屬熱電偶。它們在某些特殊環(huán)境，如高溫氧化性氣氛和含碳氣氛中使用時具有特殊的優(yōu)點。 156.1 熱電偶溫度計n三、熱電偶的結(jié)構(gòu)熱電偶的結(jié)構(gòu)n1、普通型熱電偶，結(jié)構(gòu)外形如圖4-7 熱電極熱電極，其直徑由材料價格、機械強度、電導(dǎo)率及測溫范圍等決定。熱電偶的工作端工作端常采用焊接方式焊接方式連接。焊點有點焊、對焊和絞狀焊等形式。 絕緣管絕緣管，用于防止兩熱電極短路。其材料選用由所測溫度范圍而定。結(jié)構(gòu)形式有單孔、

12、雙孔、四孔瓷管或氧化鋁管等。 166.1 熱電偶溫度計n保護管保護管，為使熱電偶免受化學(xué)和機械損傷，有時需將熱電極（包括絕緣管）裝入保護管。n接線盒接線盒，其作用是供連接熱電偶和補償導(dǎo)線之用，它一般由鋁合金制成。n2、套管熱電偶套管熱電偶n它是由熱電偶絲、絕緣材料、金屬套管三者組合加工，由粗坯逐步拉制而成。其結(jié)構(gòu)形式有如圖4-10所示的四種。目前生產(chǎn)的套管熱電偶有S、B、K型和銥銠40銥等。直徑為0.2512mm,長度可達100m以上。其特點是測量端熱容小，動態(tài)響應(yīng)快，機械強度高，能耐高壓、耐強震動、耐沖擊，撓性好。缺點是絕緣材料易吸潮，斷口處要立即用環(huán)氧樹脂封口，使用前要烘烤，并檢查絕緣性能

13、。 176.1 熱電偶溫度計n6.1.4 熱電偶的熱電偶的參考端溫度處理參考端溫度處理n在熱電偶材料選定后，熱電勢E只與兩接點溫度t和t0有關(guān)。所以，只有當(dāng)只有當(dāng)t0穩(wěn)定且為已穩(wěn)定且為已知時，知時，E和被測溫度和被測溫度t才有單值函數(shù)關(guān)系才有單值函數(shù)關(guān)系。此外，實用的熱電偶分度表均以實用的熱電偶分度表均以t0為為0分度分度的的，但實際測溫中t0往往既不穩(wěn)定，也不一定是0，為此須對熱電偶的參考端溫度進行處理。n1、冰點法冰點法n這是一種實驗室常用，使t0穩(wěn)定在0 的處理方法。具體方法是將純水和碎冰混合物置于保溫瓶中，把裝有適量油類或水銀的細玻璃試管插入冰水混合物中，熱電偶的參考端就插到試管底部便

14、實現(xiàn)了t0=0的要求。 186.1 熱電偶溫度計n2、參考端溫度、參考端溫度tn0但但為定值為定值時的處理方法時的處理方法n熱電勢修正法熱電勢修正法n 參考端溫度為tn時的熱電勢為n 可見，當(dāng)參考端溫度tn0時熱電偶的熱電勢將不等于EAB(t,0)，當(dāng)tn恒定不變時，差值EAB(tn,0)是一個常數(shù)。為此，只需將測得的熱電勢EAB(t,tn)加上EAB(tn,0)就可得到所需EAB(t,0)，因此可在相應(yīng)分度表上查得被測溫度t。n調(diào)整儀表起始點法調(diào)整儀表起始點法n 直讀式儀表在tn已知時可先斷開測量線路后把儀表起始點調(diào)至tn處，這相當(dāng)給儀表先輸入一個熱電勢EAB(tn,0)。然后閉合測量線路，

15、這時儀表指示被測溫度t，這叫調(diào)儀表起始點法，適用于參考端溫度較穩(wěn)定及精度要求參考端溫度較穩(wěn)定及精度要求不高的場合不高的場合。)0,()0,(),(nABABnABtEtEttE 196.1 熱電偶溫度計n3、參考端溫度參考端溫度tn波動波動時的修正方法時的修正方法n補償導(dǎo)線法補償導(dǎo)線法實用的熱電偶，尤其是貴金屬熱電偶往往是長度一定、結(jié)構(gòu)固定的。而測溫現(xiàn)場又往往須要把其參考端移至遠離被測對象且溫度較穩(wěn)定的場合。這可以采用在一定溫度范圍內(nèi)其熱電特性與所配的熱電偶基本一致而價格便宜的補償導(dǎo)線來作為熱電偶絲的延伸部分。補償導(dǎo)線的色別及熱電特性如表所示。206.1 熱電偶溫度計n冷端補償器法它是利用不平

16、衡電橋產(chǎn)生的電勢來補償熱電偶因參考端溫度變化而引起的熱電勢變化，它常用于參考端溫度難于長期維持恒常用于參考端溫度難于長期維持恒定的場合。定的場合。n 冷端補償電橋的線路如圖所示。橋臂n 電阻R與熱電偶參考端處于相同的環(huán)n 境溫度。一般選擇R cu在20時使電n 橋處于平衡狀態(tài)，即電橋無補償作用。n 當(dāng)參考端溫度變化時，熱電勢E(t,tn)n 及Rcu均會隨之變化，適當(dāng)選取限流n 電阻Rs的值，可使電橋產(chǎn)生的不平衡n 橋壓Uab剛好補償由于參考端溫度變化n 而引起的熱電勢變化。即Uab=E(tn,0)，n 這時儀表就能正確指示測量端溫度。 216.1 熱電偶溫度計n6.1.5 測量熱電勢的測量熱

17、電勢的顯示儀表顯示儀表n熱電勢的顯示儀表有動圈式儀表、直流電位差計、動圈式儀表、直流電位差計、電子電位差計電子電位差計及數(shù)字電壓表數(shù)字電壓表等。由于高精度的數(shù)字電壓表的問世，因其精度高、快速顯示及能與微型計算機連用而廣受歡迎，有的甚至可替代高精度的直流電位差計。n一、動圈式儀表動圈式儀表n動圈式儀表是一種磁電式儀表，輸入信號是熱電偶的熱電勢，輸出信號是指針相對于標尺的位移。國產(chǎn)的XCZ-101動圈式儀表的工作原理如圖。226.1 熱電偶溫度計n由張絲支承的動圈處于均勻恒定磁場中。當(dāng)有熱電勢輸入后，動圈內(nèi)有電流并受磁場力作用而偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)力矩大小與電流成正比。同時張絲產(chǎn)生反抗力矩。當(dāng)上述兩個力矩平

18、衡時，動圈停于某一位置。如果測量系統(tǒng) 電阻值恒定，則與 動圈相連的指針便 指示被測溫度或熱 電勢值。236.1 熱電偶溫度計n二、直流電位差計直流電位差計n直流電位差計是采用把被測量與已知標準量比較后的差值調(diào)至零差的測量方法。由于其平衡時熱電偶回路內(nèi)無電流，因而其測量精度高測量精度高，且對測量回路電阻無嚴格要求，它常用于實驗室實驗室等測量精度要求較高的場合作穩(wěn)態(tài)測量精度要求較高的場合作穩(wěn)態(tài)值測量值測量。n如圖，有三個回路，即工作電流回路工作電流回路、校正回路、校正回路和測量回路和測量回路。測量時先把K鍵撥向“校正校正”位置。調(diào)整電阻調(diào)整電阻Rs以改變回路電流強度I使檢流計G指零為止。此時回路中

19、標準電池的電勢電勢EN與標準電阻與標準電阻RN上的電壓降平上的電壓降平衡衡。I=EN/RN=常數(shù)。然后把K撥向“測量測量”位置，調(diào)電阻盤RAB使檢流計G再次指零。這時回路中電阻盤電阻盤RAB兩端的分壓兩端的分壓Ex與熱電勢熱電勢EAB平衡平衡。n由于(EN/RN)為定值，故電阻盤上可用毫伏進行刻度而直接讀出熱電勢值。 ABNNABxABRREIREttE ),(0246.1 熱電偶溫度計n三、自動電子電位差計自動電子電位差計n此電位差計的特點是能連續(xù)自動記錄和對被測參數(shù)進行自動控制等多種功能，所以工業(yè)中被廣泛采用。如圖，它的工作電流回路與直流電位差計類似，不同之處是它用電子放大器代替檢流計。放

20、大后的不平衡信號電壓驅(qū)動伺服電機，并帶動滑線電阻觸點B及指針移動，直至Et=UAB為止。此時UAB即為被測熱電勢值，也可在標尺上以某分度號熱電偶的溫度刻線。256.2 熱電阻熱電阻溫度計溫度計n電阻溫度計廣泛用于測量-200+500之間的溫度，特殊情況下可測溫低達1K，高達1000以上的溫度。n電阻溫度計是根據(jù)導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)的電阻隨溫度變化而改變的性質(zhì)，通過測量其電阻值從而推算出被測物體的溫度。n電阻溫度計的優(yōu)點優(yōu)點是精度高，無參考端處理問題，信號便于遠傳，缺點缺點是受導(dǎo)線電阻的影響。n能滿足物理化學(xué)性能穩(wěn)定、便于復(fù)制、價廉、電阻溫度系數(shù)大且最好是常數(shù)等要求的熱電阻材料僅有鉑、銅及鎳等少數(shù)幾

21、種少數(shù)幾種。 266.2 熱電阻溫度計n6.2.1 工業(yè)用鉑電阻工業(yè)用鉑電阻n工業(yè)用鉑電阻適用于-200850全部或部分范圍內(nèi)測溫，其主要特性是測量精度高、穩(wěn)定性好測量精度高、穩(wěn)定性好。n6.2.2 工業(yè)用銅電阻工業(yè)用銅電阻n工業(yè)用銅電阻適用于-50150范圍內(nèi)測溫，其主要特點為測溫精度高、穩(wěn)定性好、價廉，但因其電阻率小，所以體積較大體積較大。n6.2.3 熱電阻的熱電阻的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)n熱電阻的結(jié)構(gòu)形式很多。圖示出鉑和銅熱電阻的n兩種形式，它們都是將純金屬絲固定在絕緣支架n上。一般在其外部還要加保護套管，使之起保護n和改善熱傳導(dǎo)作用。276.2 熱電阻溫度計n6.2.4 熱敏電阻熱敏電阻n半導(dǎo)體熱

22、敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻一般由各種金屬氧化物金屬氧化物（如氧化銅、氧化鐵氧化銅、氧化鐵等）按比例混合燒結(jié)而成。其優(yōu)點優(yōu)點是電阻率大，體積小，靈敏度高，熱慣性熱慣性小，結(jié)構(gòu)簡單。缺點缺點是線性線性及互換性差差，測量范圍一般僅為-50300等。n熱敏電阻的形狀有珠狀、圓柱狀、片狀等多種形式。n圖為珠狀熱敏電阻。 286.2 熱電阻溫度計n6.2.5 測量熱電阻的顯示儀表及線路顯示儀表及線路n測量熱電阻值的儀表和方法有平衡電橋、動圈式儀表、電位差計及平衡電橋、動圈式儀表、電位差計及恒流源法恒流源法等。n一、平衡電橋平衡電橋n圖4-18(a)是平衡電橋中的測量線路，R1=R2為比例臂，R3是可變橋臂，Rt

23、為熱敏電阻，設(shè)Rx=Rt+ra+rb，ra、rb為導(dǎo)線電阻值，則當(dāng)電橋平衡時有n由于ra和rb受環(huán)境溫度影響，因而無法精確測出Rt，帶來測量誤差。n圖4-18(b)的熱電阻接有三根相同的連接導(dǎo)線，即ra=rb=rc。電橋平衡時有n這就有效地消除連接導(dǎo)線電阻的影響這就有效地消除連接導(dǎo)線電阻的影響。3132/RRRRRx 33132 , / )(RRrRRrRRrRtbbat296.2 熱電阻溫度計n二、動圈式儀表n圖4-19是測量熱電阻值的動圈式儀表原理圖。熱電阻Rt的值隨被測溫度變化時，電橋平衡破壞，A、B兩端產(chǎn)生的不平衡橋壓會在動圈中形成電流，使動圈在磁場中受力偏轉(zhuǎn)，同時帶動指針在標尺上指示

24、相應(yīng)被測溫度。為消為消除連接導(dǎo)線的影響，也常用三除連接導(dǎo)線的影響，也常用三線制線制。306.2 熱電阻溫度計n三、用電位差計測熱電阻n熱電阻Rt可與標準電阻RN、可變電阻Rs一起串連成圖4-20線路。n首先可用電位差計測得標準電阻RN兩端壓降UN，從而得到回路內(nèi)電流強度I為n然后再用電位差計測熱電阻Rt兩端n壓降Ut，則n用電位差計法測熱電阻不受連接n導(dǎo)線電阻影響，因而有較高測量導(dǎo)線電阻影響，因而有較高測量n精度。精度。 NNRUI/ )/(/NtNttUURIUR 316.2 熱電阻溫度計n四、恒流源法測熱電阻n數(shù)字式儀表內(nèi)備有測量電阻值的恒流源，為此被測電阻可接成圖示的四線制。A、B兩端與

25、儀表的恒流源插孔相接，流過熱電阻Rt的是恒定電流強度I，而在C、D兩端產(chǎn)生電勢Ut。由于流過Rt的I為數(shù)值很小的恒定值，故儀表的顯示部分可直接顯示Rt的電阻值。n此法的優(yōu)點是因為恒流源內(nèi)阻很高因為恒流源內(nèi)阻很高，導(dǎo)線電阻可不計。另外，輸入儀表的C、D兩端是電勢（無電流流入儀表輸入端），因此，導(dǎo)線電阻等對它也無影響。此法與微型計算機連用，還可實施快速、多點測量和打印。 326.3 溫度探針探針n前兩節(jié)已介紹了測量溫度的熱電偶和熱電阻溫度計。本節(jié)要介紹的內(nèi)容是當(dāng)這些溫度計的傳感器（溫度探針）溫度計的傳感器（溫度探針）被用來測量在航空發(fā)動機及其部件試驗中常常遇到的高遇到的高速、高溫及動態(tài)氣流溫度速、

26、高溫及動態(tài)氣流溫度時，即使這些溫度探針本身的精度很高，它們?nèi)匀粫a(chǎn)生較大的甚至嚴重的測溫誤差測溫誤差。這些誤差有速度誤差、傳熱誤差和動態(tài)響應(yīng)誤差速度誤差、傳熱誤差和動態(tài)響應(yīng)誤差。n6.3.1 高速氣流高速氣流的溫度測量的溫度測量n當(dāng)被測氣流速度較高（如馬赫數(shù)M0.2或0.3）時，一般要考慮因速度不能完全滯止速度不能完全滯止對測量溫度的影響影響。336.3 溫度探針n氣流中的溫度：總溫總溫T*，靜溫靜溫T，動溫，動溫Tv=T*-T=v2/2Cp，則能量方程為n當(dāng)溫度探針置于高速氣流中時，它感受的溫度由于氣流部分滯止而高于靜溫高于靜溫，但又不能完全滯止而低于總溫低于總溫，稱它為有效溫度有效溫度Tg

27、。n速度誤差速度誤差Tv=T*-Tg。當(dāng)不計探針對外散熱時， Tg-T表示氣流的動能恢復(fù)為熱能的部分，而T*-T表示氣流動能全部恢復(fù)為熱能應(yīng)有的能量，兩者之比稱為溫度探針的復(fù)溫系數(shù)復(fù)溫系數(shù)rn它表示氣流絕能滯止時它表示氣流絕能滯止時動能恢復(fù)為熱能的程度動能恢復(fù)為熱能的程度。vpTTCvTT 2/2*pggCvTTTTTTr2/2 346.3 溫度探針n由于n可得Tv與r和M之間的關(guān)系為n從上式可以看到，用熱電偶等溫度探針來測量氣流溫度時，復(fù)溫系數(shù)復(fù)溫系數(shù)越小越小，M越高越高，速度誤差，速度誤差Tv則則越大越大。n為了減小高速氣流測溫中的速度誤差，在選用或設(shè)計溫度探針時要使其受感部有較高的復(fù)溫系

28、數(shù)使其受感部有較高的復(fù)溫系數(shù)，或?qū)γ恐结樳M對每支探針進行實驗測定后加以修正行實驗測定后加以修正。TMkCvp22)21(2/ 2221121)1(MkMkTrTv356.3 溫度探針n圖4-22是幾種滯止罩式熱電偶滯止罩式熱電偶，目的是目的是使氣流盡可能滯止使氣流盡可能滯止下來下來。其中（c）的滯止罩上還可以開有小孔小孔，其作用是加強作用是加強氣流與熱電偶的對流換熱對流換熱，以減少熱電偶減少熱電偶的導(dǎo)熱與輻射損失導(dǎo)熱與輻射損失。 圖4-23表明復(fù)溫 系數(shù)的大小不 僅與熱電偶的 結(jié)構(gòu)形式有關(guān)結(jié)構(gòu)形式有關(guān)， 還與氣流方向氣流方向 和熱電偶的相熱電偶的相 對位置對位置有關(guān)。366.3 溫度探針n6

29、.3.2 高溫氣流高溫氣流的溫度測量的溫度測量n用溫度探針測量高溫燃氣溫度時，除存在速度誤差外還存在傳熱誤傳熱誤差差。對于低速(M0.2)的高溫氣流，傳熱誤差是主要的。n下面我們以圖4-24所示的裸絲熱電偶為例說明熱電偶測量端的熱交換關(guān)系。n通過對流對流，測量端從高溫氣流得到熱量Qn測量端與周圍環(huán)境的輻射換熱輻射換熱Qrn測量端的導(dǎo)熱端的導(dǎo)熱Qn測量端的儲熱端的儲熱Qs376.3 溫度探針n如果忽略氣體對測量端的導(dǎo)熱以及認為它是非輻射性的，則測量端的熱平衡方程為n當(dāng)測量端達到穩(wěn)定狀態(tài)時穩(wěn)定狀態(tài)時Qs=0，以及如果測量端本身導(dǎo)熱也可以不計時有n可見，減小減小測量誤差測量誤差T的辦法的辦法首先可首

30、先可增大增大。增加增加流過測量端的流速流速、增強氣流紊流度增強氣流紊流度及減小熱電偶直徑減小熱電偶直徑等都使增大。另一辦法是減少輻射散熱減少輻射散熱，如選用小的熱電偶材料、對熱電偶測量端加屏蔽罩加屏蔽罩，以及提高周圍冷壁的溫度提高周圍冷壁的溫度TW。srQQQQ )(44WjjgTTTTT 386.3 溫度探針n圖4-26是一種為減小速度誤差和輻射誤差的屏罩式熱電偶屏罩式熱電偶。n若圖中的出氣孔比進氣孔出氣孔比進氣孔小小得多得多，則罩內(nèi)的氣流速度較小，故熱電偶的復(fù)溫系數(shù)較大，速度誤差較小復(fù)溫系數(shù)較大，速度誤差較小，這種屏罩主要起滯止氣流速度的作用，故又稱滯止罩滯止罩。n若出氣孔也比較大，這時罩 內(nèi)氣流速度降低不多， 即速度誤差減小不多速度誤差減小不多， 但輻射誤差就大大減小但輻射誤差就大大減小 了了，因而這種屏罩主要 起屏蔽熱輻射屏蔽熱輻射的作用， 故一般稱為屏蔽罩屏蔽罩。 396.3 溫度探針n6.3.3 動態(tài)氣流動態(tài)氣流溫度的測量n動態(tài)