4.熱電偶測(cè)溫的應(yīng)用

(1)固體內(nèi)部和表面溫度的測(cè)量。工程上經(jīng)常需要了解如爐窯、燃燒室、熱氣體管道以及其他熱工設(shè)備的傳熱、熱流狀況和分析機(jī)械零部件的熱負(fù)荷等，這就需要測(cè)量固體內(nèi)部和表面的溫度，熱電偶是主要的測(cè)量手段之一。

為了使測(cè)溫準(zhǔn)確，熱電偶必須和固體緊密接觸，此時(shí)可以采用粘接敷設(shè)或焊接的方法，如果長(zhǎng)期測(cè)量，熱電偶最好是焊接在被測(cè)物體的表面上。熱電偶表面測(cè)溫的焊接和粘接敷設(shè)方法見圖2-5。

除了采用金屬絲的熱電偶測(cè)量物體表面溫度外，還可采用薄膜熱電偶，它們是在絕緣的基底上采用粘接或真空濺射蒸發(fā)的方法形成熱電極的膜片狀測(cè)溫元件。薄膜熱電偶的基底常用有機(jī)薄膜、云母、玻璃纖維或陶瓷材料制成，熱電極材料常用銅一康銅、鎳鉻一鎳硅、鉑銠10-鉑，工作溫度在500～1000℃。

(2)高溫低速氣流溫度的測(cè)量。有靜態(tài)法和動(dòng)態(tài)法兩種方式：

1)靜態(tài)法測(cè)量高溫低速氣流溫度。用靜態(tài)法測(cè)量高溫低速氣流時(shí)，由于熱電偶與氣流兩者之間換熱能力差，長(zhǎng)時(shí)間達(dá)不到熱平衡狀態(tài)，使熱電偶不能反映真實(shí)氣體溫度，因此要對(duì)普通熱電偶做必要的改進(jìn)。以下介紹幾種常用的測(cè)量高溫低速氣流溫度的熱電偶。

圖2-6是一種抽氣式熱電偶。為消除氣流速度波動(dòng)對(duì)測(cè)溫產(chǎn)生的影響，抽氣式熱電偶裝有一抽吸器，抽吸器以水、蒸汽、壓縮空氣為動(dòng)力產(chǎn)生抽吸力，只要保證抽吸力恒定，就可以保證通過熱電偶熱端時(shí)的氣流速度恒定。帶水冷套的抽氣式熱電偶適用于大型鍋爐火焰氣流和粗管排煙氣流的溫度測(cè)量(見圖2-7)。

除了抽氣作用外，它的頭部還有一個(gè)防止輻射的屏蔽帽頭和屏蔽罩，后部就是一個(gè)水冷套管。但值得注意的是，水冷套管的引入會(huì)嚴(yán)重降低熱電偶附近的氣流溫度，還會(huì)改變氣流溫度場(chǎng)的分布。

帶水冷套的抽氣式熱電偶的測(cè)量精確度不僅取決于抽氣速度的大小和屏蔽效果，而且最佳抽氣速度還受氣流溫度、熱電偶直徑以及屏蔽結(jié)構(gòu)形狀的影響。為此，定義了抽氣式熱電偶的效率

抽氣式熱電偶效率、抽氣速度和氣流溫度的關(guān)系可根據(jù)有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)曲線選定，大致規(guī)律為：在同一被測(cè)氣流溫度下，抽氣速度越高，效率越高，但效率的增長(zhǎng)速度平緩。因此當(dāng)抽氣速度達(dá)到一定值以后，再增大速度收效不大，還會(huì)導(dǎo)致速度誤差增加。在同一抽氣速度下，氣流溫度越高，效率越低。因?yàn)闇囟仍龈?，輻射損失增大。在氣流溫度、抽氣速度相同的條件下，帶二層屏蔽罩的效率高于帶一層屏蔽罩的效率。

另一種測(cè)量氣流溫度的方法是采用組合式熱電偶。用組合式熱電偶測(cè)量高溫低速氣流溫度的原理是，熱電偶熱端直徑不同，使氣流對(duì)各熱電偶的換熱系數(shù)不同，以及它們對(duì)周圍物體的輻射換熱量也不同，測(cè)溫指示溫度就存在差別。再用傳熱學(xué)理論推導(dǎo)，可將氣流的實(shí)際溫度推算出來。因此可以用兩只或三只型號(hào)相同但熱絲直徑不同的熱電偶，去測(cè)量同一點(diǎn)的氣流溫度。

2)動(dòng)態(tài)法測(cè)量高溫氣流溫度。靜態(tài)方法測(cè)溫實(shí)質(zhì)是熱電偶與被測(cè)氣流達(dá)到熱平衡之后來度量氣流的溫度，各類熱電偶只能在量程范圍內(nèi)工作，否則就會(huì)損壞。而采用動(dòng)態(tài)法，可以測(cè)量超過熱電偶量程范圍的溫度。例如，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)達(dá)到用鎳鉻一鎳硅熱電偶測(cè)量出2000～3000℃的高溫，甚至是高達(dá)10000℃的等離子體的溫度。動(dòng)態(tài)法測(cè)溫原理是，將裸露的熱電偶迅速插入氣流中，熱端在氣流的加熱下溫度升高，但是達(dá)到該熱電偶允許使用的上限溫度之前就迅速將其抽出，利用熱電偶從插入氣流到抽出這段時(shí)間的輸出變化曲線(見圖2-8)，測(cè)出氣流的真實(shí)溫度。

(3)高速氣流溫度的測(cè)量。當(dāng)氣體流速增高后，熱電偶受到氣體分子的沖擊，氣體分子的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，使熱電偶溫度升高。實(shí)踐證明，氣流速度為80m/s時(shí)，測(cè)溫值升高2℃;氣流速度為195m/s耐，測(cè)溫值升高20℃。因此用普通熱電偶測(cè)高速氣流溫度時(shí)，測(cè)得的并非氣流的真實(shí)溫度。此時(shí)可采用帶滯止罩的熱電偶測(cè)量高速氣流溫度。

(4)低溫測(cè)量。工程上稱-100℃以下為低溫。低溫測(cè)量是低溫技術(shù)不可缺少的部分，它在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中有著廣泛的應(yīng)用。各種金屬和非金屬材料在低溫條件下很敏感，性能會(huì)發(fā)生很大的變化。所以許多在常溫或高溫下能正常工作的熱電偶卻不能在低溫條件下正常工作。低溫測(cè)量主要采用低溫?zé)犭娕肌犭娮铚囟扔?jì)和半導(dǎo)體溫度傳感器。在測(cè)量過程中要注意它們的溫度應(yīng)用范圍。