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云试剂数字化科学粮草库 / 2018-06-29
引言
离心压缩机基本级的试验研究中,为了测量基本级的气动性能或级的某截面流场,温度是重要的测量参数之一。然而要准确的进行压缩机模型级的测量,首先必须有精确的测量仪表。热电偶属于一次仪表,多年来在离心压缩机基本级测量中得到了广泛的应用。
1热电偶原理
热电偶是基于当两种不同的导体两端接合成回路时,由于两接合点温度之不同会在回路内产生热电偶的物理现象。如果热电偶的工作端与自由端存在温度差时,二次仪表将会指示出热电偶所产生的热电势。热电偶的热电势随着温度端温度的升高而增长。它的大小与热电极的长度、直径无关,与热电偶材料和热电偶两端的温度有关。
2热电偶接点受到的热交换
浸在气流中的热电偶接点温度T,j一般情况下不等于气流的总温Tg。温度受感部测点的示值是各种热交换方式之间热平衡的结果。
在稳定状态下
式中dq对流―――气流对电偶接点附面层的对流换热率
dq辐射―――电偶对周围物体的辐射换热率
dq传导―――沿偶丝的热传导率
dq附面―――电偶周围附面层中动能转换为热能的热流率
dq表―――电偶接点表面化学反应导致电偶的吸热率
dq气辐―――气体对热电偶的热辐射换热率
热电偶接点受到的热交换见(图1)
3热电偶的动态校正
考虑到热电偶接点受到的热交换,对压缩机基本级试验用热电偶,为了保证其测量精度,除了从其结构及偶丝的选取等方面采取措施外,在使用前均应进行热电偶静态校正,对于气流速度大于一定值时,还要进行热电偶的动态校正。目的是考虑热电偶周围附面层中存在着动能转换为热能的变换过程,确定热电偶的总温恢复系数。
根据有关公式计算,当0<气流速度<30 m/s,假定温升ΔT=30℃,热电偶的温度恢复系数γ=90%,若不进行动态校正,则其温度测量的相对误差为0.14%;当30<气流速度<60 m/s,假定温升ΔT=30℃,热电偶的温度恢复系数γ=90%,若不进行动态校正,则其温度测量的相对误差为0.59%。由此可见,当气流速度>60 m/s时,对所使用的热电偶必须进行动态校正,以便求得气流的真实总温。
4热电偶的动态校正方法
校正目的是确定热电偶的温度恢复系数:
式中Tind―――被校热电偶测量的绝对温度,K
Tocp―――3支标准热电偶平均绝对总温,K
Ts―――校正截面的绝对静温,K
(1)热电偶的动态校正在校正风洞进行热电偶动态校正系统,见图2。
在稳定段r-r截面放置3支标准热电偶,测量总温, e-e截面壁面开孔测量总压(因为此截面流速很低)。
在校正截面o-o壁面开孔测量该截面静压,放置一支标准总压探针,测量该截面总压。放置一支被校热电偶。
总压探针及热电偶的受感部均在各截面的气流核心区内。
(2)热电偶动态校正是在不同的马赫数下进行的,调节风源转速或调节门开度,在不同马赫数下测量参数为
tind―――校正截面测量温度,℃
tocp―――稳压段3支标准热电偶测量的平均总温,℃
ΔPt―――稳定段的相对总压,Pa
ΔP―――稳定段总压与校正截面静压之差,Pa
Ptr-Ptr′―――稳定段总压与校正截面总压之差,Pa
Pa―――大气压,Pa
(3)计算不同马赫数下的温度恢复系数
由于一般校正段的截面很小,在此截面同时安装总压探针会造成阻塞,可通过校正风洞的总压修正系数φ,计算得到总压Ptr′。
热电偶动态校正前先作出φ=f[(Ptr-Ps) /Ptr]曲线
热电偶动态校正时,可不测Ptr-Ptr′,在不同马赫数下可测得Ptr和Ps,由公式(11)算出Ptr′
再将Ptr′代入公式(6),由公式(8)可算出恢复系数γ。
最后可画出
曲线,以备压缩机基本级测量时求出真实的总温。
5结论
综上所述,热电偶的总温恢复系数随着气流马赫数的变化而变化。通常要求热电偶的总温恢复系数高而稳定,对气流角的不灵敏度大,所以最好选用具有屏蔽罩的热电偶。所用热电偶应预先在校正风洞上进行动态校正,并且被校热电偶应在用于基本级测量的马赫数下进行校正,以保证模型级的测量精度。
摘自：中国计量测控网
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