книги / Теплотехнические измерения и приборы

это условие выполнялось, необходимо в реальных термоприемниках обеспечить хороший тепловой контакт чувствительного элемента термометра сопротивления, рабочего конца термоэлектрического термометра, резервуара жидкостного термометра или термобаллона - манометрического термометра с рабочей частью защитной гильзы.

Методическая погрешность измерения, как видно из уравнений (6-3-4) и (6-3-5), может быть уменьшена путем повышения темпера­ туры /от. Для этого необходимо трубопровод и место соединения термоприемника с его стенкой покрывать тепловой изоляцией.

приемник представляет собой однородный стержень (трубу) дли­

(рис. 6-3-2). Распределение температур tx (дг) и U (х) вдоль такого идеализированного термоприемника характеризуется кривыми, по­ казанными на рис. 6-3-2. Уравнения, описывающие изменение тем­ пературы на участках 1Хи L этого термоприемиика, можно записать в следующем виде:

Подробное решение этой задачи приведено в ряде работ [26, 31]. Уравнение, позволяющее определить температуру ?ол у основания идеализированного термоприемника при наличии выступающей части его, имеет вид:

~ ^ т я th ( l2m2)

где tB— температура воздуха, окружающего выступающую часть термоприемника;

здесь ccj и сс2 — коэффициенты теплоотдачи в средах с температурами tx и Остальные обозначения соответствуют принятым выше; величины, имеющие индексы «1», относятся к погруженной части термоприемника, а «2» — к выступающей его части.

Пользуясь значением tô.T, можно вычислить методическую по­

Если температура измеряется с помощью термометра сопротивле­ ния, чувствительный элемент которого расположен на некоторой длине 1ЧЛ (рис. 6-3-2), то на основании уравнений (6-3-5) и (6-3-7) методическая погрешность определяется по формуле

^m2th (l2m2)

Вычислив значение tô.T, можно определить температуру tKконца выступающей части (головки) термоприемника по формуле

преобразовав которую и подставив значение tô.T (6-3-7), получим:

mi th

В рассматриваемом случае погрешность измерения будет тем меньше, чем короче выступающая часть /2, чем больше отношение /х//2 и а х/а2, а также чем меньшее количество тепла рассеивается выступающей частью термоприемника. Для уменьшения методиче­

ской погрешности измерения температуры /1Квыступающую часть термоприемника частично покрывают теплоизолирующим материа­ лом.

При рассмотрении влияния на погрешность измерения выступа­ ющей части термоприемника предполагалось, что в месте соедине­ ния его со стенкой, разделяющей газ (жидкость) и наружный воздух, отсутствует теплообмен. Для этих условий и было полу­ чено выражение (6-3-7). В реальных условиях такой случай не всегда возможен. При установке термоприемник обычно закрепляют тем или иным способом либо на металлической стенке, либо в стен­ ках из материалов (кирпич и т. п.) с малым коэффициентом тепло­ проводности.

Если при определении методической погрешности температура tnx стенки, в месте соединения которой с термоприемником происходит теплообмен, будет равна подсчитанной температуре t'Q.T согласно выражению (6-3-7), то полученное значение погрешности отвечает действительности. Если ^.т > ^,.с> то по сравнению с подсчетом погрешность будет больше, так как при металлических стенках значение /£.т приближается к температуре /1КС, и вместе с тем увели­ чивается теплоотвод. Если же вследствие большого теплоотвода через

явление. Таким образом, крепление термоприемника в стенке может понизить температуру t'0.T у его основания или повысить ее, и поэтому погрешность измерения будет также либо увеличиваться, либо уменьшаться. В последнем случае не рекомендуется в месте крепления термоприемника ставить теплоизолирующую прокладку.

При измерении температуры газа в ряде случаев можно темпера­ туру to,T в месте крепления термоприемника повысить, а следова­ тельно, уменьшить и погрешность измерения от теплоотвода. В этом случае вводят в среду газа закладные трубы или какие-либо метал­ лические поверхности и соединяют их с местом крепления термо­ приемника.

Приведенные выше формулы для определения методической по­ грешности за счет теплопроводности могут быть использованы также для учета возможной погрешности, обусловленной теплоотводом (или теплоподводом) по термоэлектродам термоэлектрических тер­ мометров и выводным проводникам термометров сопротивления. При необходимости влияние теплоотвода (или теплоподвода) по термоэлектродам или выводным проводникам можно учесть путем соответствующего увеличения толщины стенки защитной трубки.

Ниже приведены примеры, дающие представление о возможных значениях методических погрешностей, обусловленных теплоотво­ дом по термоприемнику.

Пр име р 1. Воздух, имеющей температуру /ж= 350°С, протекает в теп­ лоизолированном металлическом коробе. Температура воздуха измеряется попе­ речно обтекаемым термометром сопротивления ТСП-Ш в защитном чехле диамет­ ром d = 0,021 м с толщиной стенки 6 = 0,004 м. Защитный чехол выполнен из

стали марки 20. Коэффициенттеплопроводности материала защитного чехла Я,м= = 44,6 Вт/(м •К).

Скорость потока воздуха 0=4 и 10 м/с. Коэффициент кинематической вяз­ кости воздуха V = 57,33 • 10_6 м2/с. Коэффициент теплопроводности воздуха

= 0,0464 Вт/(м •К).

Глубина погружения термометра сопротивления в первом случае равна 0,35 м, а во втором 0,6 м. Длина чувствительного элемента термометра /ч.э = = 0,094 м. Длина выступающей части термометра не учитывается. Как показы­ вает подсчет, температура у основания термометра /0>т для о = 4 и 10 м/с соот­

Если короб, по которому протекает воздух, не будет иметь тепловой изоляции на участке, где установлен термометр сопротивления, то температура /0<т у осно­ вания термометра при скоростях воздуха v = 4 и 10 м/сбудет соответственно рав­

ким термометром ТХА-284 в защитной гильзе, средний диаметр которой равен d = 0,018 м. Толщина стенки защитного чехла о = 0,006 м. Защитная гильза изготовлена из стали марки 1Х18Н9Т. Коэффициент теплопроводности материала защитного чехла Лм= 23,61 Вт/(м •К).

0,06 и —0,095 м. Длина выступающей части термоэлектрического термометра не учитывается. Температура /0>т принимается равной 567 и 560°С. Коэффициент теплоотдачи принимается равным значению, подсчитанному в примере 2 (§ 6-2): а = 3340 Вт/(м2 • К).

Пользуясь формулой (6-3-4), подсчитаем методическую погрешность измерен

Из рассмотренных примеров видно, что методическая погрешность, обуслов­ ленная теплопроводностью, с увеличением глубины погружения термоприемника и скорости газового потока значительно уменьшается. При выборе необходимой глубины погружения термоприемника в среду, температура которой измеряется, можно не считаться с этой погрешностью.

6-4. Установка термоприемников при измерений температуры газов, пара и жидкостей

Рассмотрим примеры способов установки термоприемников, обеспечивающих ограничение методических погрешностей измере­

термометры для целей сигнализации температуры. Эти термо­ метры, устанавливаемые непосредственно на трубопроводах, агре­ гатах, аппаратах и т. п., во избежание поломок заключаются

в защитные металлические оправы различных типов. Например, бывают оправы, допускающие непосредственное соприкосновение резервуара термометра со средой, температуру которой изме­ ряют. Оправы такого типа применяются при давлениях среды, близких к атмосферному. При давлении среды, превышающем атмосферное, применяют оправы, изолирующие резервуар термо­ метра от непосредственного соприкосновения со средой. Правиль­

При измерении температуры в газоходах, воздуховодах и тру­ бопроводах большого диаметра может быть обеспечена необходи­ мая глубина погружения термоприемника. В качестве примера на рис. 6-4-2 показана вертикальная установка термометра сопро­ тивления или термоэлектрического термометра на металлической стенке или трубопроводе Dn^ 1020 мм и р у < 10 кгс/см2 (1 МПа). Такая установка при монтажной длине термоприемника L ^ 600 мм и наличии изоляции позволяет пренебречь методической погреш­ ностью из-за теплоотвода (§ 6-3). Методическую погрешность за счет лучистого теплообмена в этом случае следует оценивать с уче­ том влияния теплообмена излучением не только между термоприем­ ником и стенкой канала, но и окружающими его телами, если тако­ вые имеются.

В тех случаях, когда по тем или иным причинам вертикальная установка термоприемника не может быть осуществлена, термопри­ емник может быть установлен горизонтально. Для большей надеж­ ности при горизонтальном монтаже термоприемника на металличе­

ского термометра без штуцера в кирпичной кладке закладная труба с бобышкой монтируется заподлицо с внутренней стенкой. В этом случае опорную пластинку 5 ставить не надо.

При измерении температуры в трубопроводах с наружным диа­ метром DH= 57-т- 133 мм удобна установка термоприемника, пока-

Рие. 6-4-4. Горизонталь­ ная установка термоэлектрического термометрабез штуцера в .кирпичной кладке.

/ — термоэлектрический тер­

4 — кирпичная кладка;

5 — опорная пластина.

занная схематично на рис. 6-4-5. Этот способ установки может быть рекомендован для различных термоприемников. Если внутренний диаметр трубопровода имеет недостаточный размер, то термоприем­ ник может быть установлен наклонно к оси трубопровода (рис. 6-4-6, а).

При измерении температуры среды в трубопроводах, позволяю­ щих обеспечить необходимую глубину погружения термоприемника,

костей более благоприятны, чем при измерении температуры газа или пара, так как для жидкостей влияние теплообмена излучением можно не учитывать. Кроме того, коэффициент теплоотдачи для жидкостей значителен, поэтому методическая погрешность, обус­ ловленная теплоотводом, при правильной установке термопрнемника мала и ею можно пренебречь.

На рис. 6-4-8 показана схема установки термометра сопротив­ ления на трубопроводе для измерения температуры питательной воды.

Когда скорость газового потока и коэффициент теплоотдачи малы, то при помощи рассмотренных выше пассивных способов не всегда возможно достигнуть удовлетворительных результатов.

мента термометра.

В таких случаях, например при измерении температуры газа в га­ зоходе перед пароперегревателем парогенератора, повышают коэф­ фициент теплоотдачи до такого значения, при котором методической погрешностью, обусловленной лучистым теплообменом, можно пренебречь благодаря искусственному увеличению скорости газа, омывающего термоприемник.

Этот способ искусственного повышения скорости газа приводит к конструкции термоэлектрического термометра с отсосом (рис. 6-4-9). Термоэлектрический термометр 1 вставлен в трубу 2, покрытую тепловой изоляцией, последняя, в свою очередь, окру­ жена чехлом 3. Отсос газа производится через трубу 4 с помощью эжектора или другим путем.

Газ протекает с большой скоростью (80—120 м/с) через трубу 2, что увеличивает коэффициент теплоотдачи от газа к термоэлектри­ ческому термометру. Изоляция трубы 2 преследует цель повышения

ее температуры для того, Чтобы тепловые потери термоприемника от лучеиспускания к стенкам труб были минимальными.

Надо отметить, что температуру газа до и после пароперегрева­ теля в современных парогенераторах нельзя измерить с доста­ точной точностью при помощи обычных стандартных термоэлектрических термомет­ ров вследствие значительной методической погрешности из-за теплообмена излуче­ нием. В этом случае необходимо приме­

нять экранированные термоприемники. Отметим, что применение термоэлектри­

ческих термометров с отсосом требует до­ статочно мощных отсасывающих устройств. Кроме того, присутствие в газах пыли, золы сильно затрудняет отсос при длитель­ ной работе, вызывая загрязнение отсос­ ных каналов. Поэтому термоэлектриче­ ские термометры с отсосом применяют глав­ ным образом при проведении испытаний парогенераторов.

6-5. Измерение температуры газовых потоков большой скорости

Измерению температуры газа, движу­ щегося с большой скоростью, уделяется большое внимание при проведении иссле­ дований процессов тепломассообмена и в области газовой динамики, а также связан­ ных с созданием современных двигателей, самолетов и т. п. [32, 33].

При измерении температуры газового потока большой скорости, кроме рассмотренных выше методических погрешностей, необхо­ димо учитывать как влияющий фактор частичное торможение потока в зоне расположения термоприемника, вызывающее дополни­ тельный нагрев рабочей части термоприемника. Нагрев термопри­ емника и его температура зависят не только от физических свойств и состояния движения среды, но также и от собственных свойств термоприемника.

Газ, движущийся с некоторой скоростью v и имеющий температуру Т, обладает кинетической энергией, которая в расчете на единицу его массы равна о2/2. При торможении газа происходит уменьшение кинетической энергии, т. е. преобразование ее в теп­ ловую. При этом энтальпия газа изменяется и его температура воз­ растает. Если газ полностью затормозить без теплообмена с окру­ жающей средой, то температура газа при обращении его скорости в нуль возрастет до значения Т0. Эта температура адиабатно затор­ моженного газа, называемая в отличие от первоначальной термо­