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1、实验三 热电偶高温气体温度的测量一、实验目的 1、实际使用热电偶对高温空气的温度进行 测量； 2、了解用热电偶测量高温气体温度存在哪 些误差及减小这些误差的方法； 3、结合已经学过的传热学和测试技 术知识，自行设计实验方案，提高测量精度。二、实验内容及基本原理 高温气体温度的准确测量是热工领域里科 研和生产中的一个技术难题。本实验台是根据 热电偶测量温度的原理和测试技术课程中 关于温度测量的相关知识而建立的。用裸露热 电偶直接测量管道内温度比较高的透明气体温 度时，由于热电偶与管壁之间存在辐射换热， 使得所测温度与实际温度存在很大差别。 设气体与热电偶之间的对流换热流为 Q1， 热电偶与管壁的
2、辐射换热流 与它自身的储热热rQ 流 、导热的热流之和为 Q2（） ，sQQQQQQsr2当 Q1=Q2也即达到了所谓的热平衡时，热电偶所 指示的温度就是所测得的空气温度，它与气流 的真实温度有很大差别。 （1）通过对流换热，高温空气对热电偶测 量端(节点)的加热热流为： (1)jgTTAQ01 （2）热电偶测量端与周围管壁的辐射换热：(2)44 0wjnrTTAQ（3）热电偶测量端沿引线的导热：(3)dxdTfQ（4）热电偶测量端的储热：(4)ddTmcQg s其中： 热电偶与高温空气的对流换热系数； 热电偶测量端表面积； 热电偶测量端的0AjT 温度； 系统黑度（由于热电偶测量端的表面n
3、积远小于被它“看见”的管壁面积， 接近热电n 偶材料的表面黑度 ） ； 玻尔兹曼常数； wT 壁面温度； 热电偶测量端材料导热系数； 热电偶引线的横断面积。f实际上，由于用热电偶测温时，深入到高 温气体中的引线相对于测点来说比较长，沿热 电偶引线的导热热流可以忽略。当测量气流Q 的温度不变且热电偶测点达到热稳定时，热电 偶测量端的储热热流，故有:0sQ (5)rQQQ21则(6)jwjgTTTT44 可以看出，只有当黑度 为零或对流换热系 数 为无穷大或管壁温度等于气体温度时，才有 。但实际上黑度 不可能为零， 也不可能jgTT 为无穷大，由于存在热损失，管壁温度也不可 能等于气体温度，因此，
4、热电偶的指示温度永 远不会等于气流的真实温度，用裸露热电偶测 量高温气体温度时误差总是存在的。 本实验只提供高温空气环境，要求学生自 行设计实验方案对所提供的高温空气的温度( )进行测量，并与实验台提供的准标准值550进行比较，优秀的测试方案将在以后的科研中 采用。 三、实验使用的仪器设备及实验装置 实验台由四大部分组成，分别为进气部分、 加热部分、测量部分、尾气处理部分。如图 1 设备总体图所示。 整个实验台由光滑的不锈钢圆管制成，除 进气段和实验段外其余部分均被绝热箱体包裹。空气由鼓风机引入，其流量可以通过翻板 阀来进行控制，空气加热后进入实验段，学生 在实验段对其温度进行测量，实验段出口
5、的高 温空气进入引风降温管路，与冷空气混合后排 向大气。 加热段内有加热电阻丝和绝缘陶瓷圆管，加热量约为 3KW，具体数值由电压和电流表读 取。 图 1 实验台总体图实验台有两个实验段，开设两个学生测点， k 1 1 2 2 图 2 学生测点安装示意分别为“学生测点 1”和“学生测点 2” ，两个 学生可以同时在不同的实验段进行实验。在实 验段上开有 M20 的螺纹孔，在与其配合的螺柱 上开有的通孔，学生自制的测温装置将被夹5 装在这里，如图 2 所示。实验实验室提供条件室提供条件 因为本实验为学生自主实验，要求学生根 据学过的基本知识进行高温气体温度测量，故 实验室只提供如下测试元件、仪表和
6、相关实验 材料： 测试类测试类：NiCr-NiSi 热电偶、XST 系列单输 入通道数字式智能仪表、数字电流表、数字电 压表。 工具类工具类：钳子、剪刀、扳手、台钳、什锦 挫、镊子、螺丝刀、点焊机等。 消耗品类消耗品类：0.1mm 厚不锈钢带、直径 4mm 不锈钢管、直径 3mm 瓷管等。四、具体实验步骤 1、了解实验设备。 2、自行设计实验方案，制作测试元件。 3、起动风机，调节到合适风量。 4、接通加热电源，对空气进行加热，注意 观察仪表上数字的变化情况。 5、给定额定加热功率，当每 5 分钟温度变 化不超过 1 度时，可以认为实验台达到了热稳 定状态，开始记录实验数据。 6、改变加热功率
7、，空气温度也发生相应的 变化，按第 5 步骤重新进行实验。要求测试不 同功率时标准测点与学生测点的不同温度值。 7、实验结束后，先关闭加热电源，并持续 通风十分钟左右，待实验台温度降下来后才可以关闭鼓风机。整理实验台，将设备恢复到原 来的状态。五、实验要求 根据所学基本知识和实验室提供的条件， 自行设计实验方案进行高温空气温度测量。并 给出最终测试结果，与实验台提供的准标准值 进行比较，然后，将与和（或）与画sT1 , sT1 , jT2 , sT2 , jT 到同一张坐标纸上进行比较。六、实验准备及预习要求 本实验是综合实验，要求学生根据所学专 业知识并根据实验指导要求，实验前充分了解 实验
8、原理，并能提出一到两种设计方案，希望 广大同学发挥聪明才智，好的设计方案将被采 用并得到一定的奖励。七、注意事项 1、实验过程中，严禁身体的任何部分接触 实验台的测量段，防止烫伤！ 2、实验过程中，严禁改变测量段的标准测 点的任何布置！八、思考题 1、热电偶测温的误差来源都有哪些？如何 减小这些误差？ 2、在实验中忽略了热电偶导热的影响，为 什么可以这样做？ 3、测点 1 与测点 2 的实验数据有什么不同？ 为什么存在这些不同？4、从实验和理论方面提出减小高温气体测 量误差方法的一些建议。九、实验报告内容及格式 1、实验目的 2、实验内容、原理 3、实验装置 4、实验步骤 5、提出 1 至 2 种高温气体测量设计方案 6、实验结果与误差分析（包括实验数据、 处理图形） 7、思考题解析
