Файл: Бошняк, Л. Л. Измерения при теплотехнических исследованиях.pdf

Криогенные температуры чаще всего измеряются термопарой медь—константан, имеющей лучшую однородность структуры и со­ става, чем другие пары. Также может быть использована и термопара хромель—константан, обладающая не­ сколько большей т. э. д. с. и низкой

теплопроводностью.

Инерционность термопар зависит от наличия или отсутствия защитных чех­ лов, размеров термоэлектродов и свойств измеряемой среды. Малоинерционные (постоянная времени 200—250 мс) ми­ ниатюрные термопары с открытым рабо­ чим спаем особенно удобны при изме­ рении температуры поверхностей или тонких стенок.

3. Контактные методы измерения температур

При использовании для измерения температуры вспомогательного термо­ метрического вещества приемный пре­ образователь, содержащий это веще­ ство, приводится в соприкосновение с объектом исследований. Вне зависи­ мости от принципа действия и конструк­

ции преобразователя и, следовательно, от его индивидуальных (при­ борных) погрешностей контактным методом измерений свойственны общие методические погрешности, которые могут в несколько раз превосходить инструментальные погрешности термоизмерителей. Свя­ зано это с тем, что термометрический эффект определяется значе­ нием собственной температуры чувствительного элемента преобразо­ вателя, которая, как правило, не совпадает с измеряемой температу­ рой из-за искажений температурного поля объекта теплообменом

стермоизмерителем.

Впростейшем случае измерения температуры неподвижной среды (например, газа) чувствительный элемент (термопара, термосопротив­ ление и т. п.) помещается в защитную трубку, изолирующую его от среды. Защитная трубка позволяет осуществить выводы от термо­ приемника во внешнюю среду с иной температурой Т 0, чем в месте измерения. Из-за этого по корпусу защитной трубки при постоянной разнице температур на ее концах будет происходить теплоотвод и

температура стенки трубки Гст будет ниже температуры измеряемой среды Т. В [86] рассмотрено решение подобной задачи; уравнение, определяющее Тст— Т, имеет вид

где I — глубина погружения защитной трубки в измеряемую среду;

m = j/~ — ; ак — коэффициент конвективной теплоотдачи от

206'

измеряемой среды к трубке; к — коэффициент теплопроводности ма­ териала трубки; U — периметр по внешнему диаметру трубки; S — площадь кольцевого сечения стенок трубки. При выводе этого уравнения не учитывалось влияние лучистого теплообмена и условно принималось, что длина части трубки, находящаяся в стенке и в на­ ружной среде, пренебрижимо мала по сравнению с I. Если дополни­ тельно пренебречь теплоотводом по элементам термоизмерителя, на-

- ходящегося в защитной трубке, то можно считать, что температура чувствительного элемента равна Тст. Как видно из приведенного урав­

шя U/S, т. е. выбором формы и размеров трубки, можно добиваться снижения погрешности.

В случаях измерения температуры сред, прозрачных для тепло­ вого излучения, обычно доминируют методические погрешности, обусловленные теплообменом путем излучения между термоизмери­ телем и окружающими среду твердыми телами. Если допустить, что теплоотвод через защитную трубку (и арматуру чувствительного элемента) отсутствует, то на установившемся режиме количество тепла, полученное поверхностью трубки от среды (газа),

=(Тс— Т ст),

равно количеству тепла, отданному поверхностью трубки лучеиспу­ сканием поверхностям, ограничивающим объем среды,

и, следовательно, погрешность в измеряемой температуре будет равна

Здесь S i — поверхность погруженной части трубки; с0— коэффи­ циент лучеиспускания абсолютно черного тела1; е — приведенная степень черноты поверхности трубки и поверхности, ограничиваю­ щей объем среды; Тп — температура (К) ограничивающей поверх­ ности.

Из последнего уравнения видно, что для уменьшения погрешности выгодно применять защитные трубки с гладкой блестящей поверх­ ностью, имеющие малое значение е. Кроме того, повышение Тп вы­ зывает быстрое снижение погрешности; следовательно, если приме­ нять тепловую изоляцию ограничивающих стенок, то лучистый тепло­ обмен внутри объема будет существенно меньше. Погрешности из­ мерения, вызванные лучеиспусканием, также зйачительно умень­ шаются при использовании защитных экранов, окружающих защит­ ную трубку и имеющих повышенную температуру.

jCm. стр. 119.

207

П огреш ности , вызванные лучеи сп ускан и ем п оверхн остей тер м о ­ прием ников, отсутствую т при и зм ерени ях тем пературы тверды х, сы пучих и ж и д к и х тел , так как эти тела непрозрачны дл я р ади а ­

больш ими тем пературны м и перепадам и; здесь наилучш ие результаты

или дви ж ущ егося с малой скоростью газа в связи с вы сокой п розрач ­ ностью среды и низким значением а к. У м еньш ение подобны х погреш ­ ностей м ож ет быть дости гн уто особы м приемом , приводящ им к ис­ кусственном у увеличению коэффициента к онвективной теп л оотдач и ак.

где а кс — коэффициент теплоотдачи при свободн ой конвекции; к — коэффициент теплопроводности среды ; L — характеристический р а з­ мер; константы а и Ь в зависим ости от величины п р ои зведе­ ния G rP r имеют значения:

ж ден н ой конвекции, в вы раж ение (VI 1.4) вместо числа Gr вклю чается д р угой определяю щ ий критерий ■— число R e

“ KB = - ^ c R e - P r " . (V II.5)

208