《能源监测与评价》——能源监测技术（一）

4.热电偶测温的应用

(1)固体内部和表面温度的测量。工程上经常需要了解如炉窑、燃烧室、热气体管道以及其他热工设备的传热、热流状况和分析机械零部件的热负荷等，这就需要测量固体内部和表面的温度，热电偶是主要的测量手段之一。

为了使测温准确，热电偶必须和固体紧密接触，此时可以采用粘接敷设或焊接的方法，如果长期测量，热电偶最好是焊接在被测物体的表面上。热电偶表面测温的焊接和粘接敷设方法见图2-5。

除了采用金属丝的热电偶测量物体表面温度外，还可采用薄膜热电偶，它们是在绝缘的基底上采用粘接或真空溅射蒸发的方法形成热电极的膜片状测温元件。薄膜热电偶的基底常用有机薄膜、云母、玻璃纤维或陶瓷材料制成，热电极材料常用铜一康铜、镍铬一镍硅、铂铑10-铂，工作温度在500～1000℃。

(2)高温低速气流温度的测量。有静态法和动态法两种方式：

1)静态法测量高温低速气流温度。用静态法测量高温低速气流时，由于热电偶与气流两者之间换热能力差，长时间达不到热平衡状态，使热电偶不能反映真实气体温度，因此要对普通热电偶做必要的改进。以下介绍几种常用的测量高温低速气流温度的热电偶。

图2-6是一种抽气式热电偶。为消除气流速度波动对测温产生的影响，抽气式热电偶装有一抽吸器，抽吸器以水、蒸汽、压缩空气为动力产生抽吸力，只要保证抽吸力恒定，就可以保证通过热电偶热端时的气流速度恒定。带水冷套的抽气式热电偶适用于大型锅炉火焰气流和粗管排烟气流的温度测量(见图2-7)。

除了抽气作用外，它的头部还有一个防止辐射的屏蔽帽头和屏蔽罩，后部就是一个水冷套管。但值得注意的是，水冷套管的引入会严重降低热电偶附近的气流温度，还会改变气流温度场的分布。

带水冷套的抽气式热电偶的测量精确度不仅取决于抽气速度的大小和屏蔽效果，而且最佳抽气速度还受气流温度、热电偶直径以及屏蔽结构形状的影响。为此，定义了抽气式热电偶的效率

抽气式热电偶效率、抽气速度和气流温度的关系可根据有关的经验曲线选定，大致规律为：在同一被测气流温度下，抽气速度越高，效率越高，但效率的增长速度平缓。因此当抽气速度达到一定值以后，再增大速度收效不大，还会导致速度误差增加。在同一抽气速度下，气流温度越高，效率越低。因为温度增高，辐射损失增大。在气流温度、抽气速度相同的条件下，带二层屏蔽罩的效率高于带一层屏蔽罩的效率。

另一种测量气流温度的方法是采用组合式热电偶。用组合式热电偶测量高温低速气流温度的原理是，热电偶热端直径不同，使气流对各热电偶的换热系数不同，以及它们对周围物体的辐射换热量也不同，测温指示温度就存在差别。再用传热学理论推导，可将气流的实际温度推算出来。因此可以用两只或三只型号相同但热丝直径不同的热电偶，去测量同一点的气流温度。

2)动态法测量高温气流温度。静态方法测温实质是热电偶与被测气流达到热平衡之后来度量气流的温度，各类热电偶只能在量程范围内工作，否则就会损坏。而采用动态法，可以测量超过热电偶量程范围的温度。例如，国内外已经达到用镍铬一镍硅热电偶测量出2000～3000℃的高温，甚至是高达10000℃的等离子体的温度。动态法测温原理是，将裸露的热电偶迅速插入气流中，热端在气流的加热下温度升高，但是达到该热电偶允许使用的上限温度之前就迅速将其抽出，利用热电偶从插入气流到抽出这段时间的输出变化曲线(见图2-8)，测出气流的真实温度。

(3)高速气流温度的测量。当气体流速增高后，热电偶受到气体分子的冲击，气体分子的动能转化为热能，使热电偶温度升高。实践证明，气流速度为80m/s时，测温值升高2℃;气流速度为195m/s耐，测温值升高20℃。因此用普通热电偶测高速气流温度时，测得的并非气流的真实温度。此时可采用带滞止罩的热电偶测量高速气流温度。

(4)低温测量。工程上称-100℃以下为低温。低温测量是低温技术不可缺少的部分，它在工业生产和科学研究中有着广泛的应用。各种金属和非金属材料在低温条件下很敏感，性能会发生很大的变化。所以许多在常温或高温下能正常工作的热电偶却不能在低温条件下正常工作。低温测量主要采用低温热电偶、热电阻温度计和半导体温度传感器。在测量过程中要注意它们的温度应用范围。