淺談熱輻射對熱電偶測溫精度的影響

[提要];詳細分析丁熱輻射現象給測溫熱電偶造成的熱量損失以及由此而產(chǎn)生的測濫誤差，找出了誤差產(chǎn)生的規律，業(yè)提出了減小因熱輻射造成的測量誤差的方法。
一、關(guān)于熱輻射的基本概念
　　當物質(zhì)受熱而引起其內部原子的復雜澈勵后，就會(huì )對外發(fā)射出輻射能，這種能量是以電磁波的形式發(fā)射出來(lái)並進(jìn)行傳播的，當射到另一物體被吸收時(shí)又轉變?yōu)闊崮?。這種只與物體本身的溫度有關(guān)而引起的熱射線(xiàn)的傳播方程，稱(chēng)為熱輻射。它和可見(jiàn)光--樣，同樣具有反射折射和吸收的特性，服從光的反射和折射定律，在均一介質(zhì)中作直線(xiàn)傳播，在真空和某些氣體中可完全透過(guò)，對固體和液體則不能透過(guò)。通常，將能全部吸收輻射能的物體稱(chēng)為絕對黑體;能全部反射輻射能的物體稱(chēng)為絕對白體;能透過(guò)全部輻射能的物體稱(chēng)為透熱體;介于黑體和白體之間的物體稱(chēng)為灰體。工業(yè)上.遇到的各種物體基本.上都屬于灰體。
二、灰體的熱輻射特性
1.灰體的發(fā)射能力
　　物體在一定溫度下，單位表面積、單位時(shí)間內所能發(fā)射出來(lái)的全部波長(cháng)的總能量，稱(chēng)為該溫度下物體的發(fā)射能力，用E表示，單位為W/m²。對灰體而言，有下式:.
 
　　工業(yè)上常遇到兩固體間的互相輻射傳熱，基本上都可視為灰體之間的熱輻射，其輻射傳熱速率可表示為:
 
三、輻射熱給熱電偶造成的熱量損失
　　盡管物休間的傳熱方式有三種，但當物體間的溫度差較大時(shí)(≥500℃)，其主要傳熱方式為熱輻射，這就是說(shuō)，當熱電偶在對管道內有較高溫度的流動(dòng)介質(zhì)(如氣體)測溫時(shí)，其經(jīng)過(guò)對流和傳導的方式從被測氣休中獲得的熱量，不可避免地部分由熱輻射方式被管道表面層吸收而損失掉。實(shí)驗得出，在這種情況下:
1.角系數φ約為1;
2.總發(fā)射系數C1-2等于熱電偶保護套管表面的發(fā)射系數C1;
3.輻射表面積A等于管道內熱電偶的表面積A1故可以得出由于熱輻射造成的熱電偶在測溫過(guò)程的熱量損失方程:
 
四、熱輻射給熱電偶帶來(lái)的測溫誤差
　　如前面所述，熱電偶是通過(guò)對流和傳導的方式從被測氣體中獲取熱量的(主要是對流)。
　　設α為被測氣體以對流方式向熱電偶傳熱時(shí)的傳熱膜系數，單位W/m².℃;
　　t和t1分別表示被測氣體的真實(shí)溫度和熱電偶的測溫表面溫度(即測量溫度)，單位℃，則可得出熱電偶此種情況下的熱量獲取方程:
 
　　如令St=t-t1，則可得出熱輻射給熱電偶帶來(lái)的測溫誤差表達式:
 
五、減小測溫誤差的方法
　　通過(guò)上面的分析可以得出以下減小熱輻射給熱電偶帶來(lái)的測溫誤差的方法:
1.降低熱電偶與管壁之間輜射傳熱的發(fā)射系數，即加吸收率接近于黑體的材料構成的防射罩，如使用屏翠式熱電偶.
2.增大被測介質(zhì)與熱電偶之間對流傳熱的傳熱膜系數，因為(u為介質(zhì)流速，de為熱電偶當量直徑)，故可采取增加介質(zhì)局部流速的方法，如采用抽氣式熱電偶;
3.減小被測介質(zhì)與管道璧間的溫差，如給管道外表裝上絕熱保溫層。