evtiheeva_n_n__izmerenie_yelektricheskih _i_neyelektricheskih (1024281), страница 46
Текст из файла (страница 46)
При их равенстве чувствительный конец не рассеивает тепло и не получает его, Теплообмен между телами может происходить в резулътате трех факторов: теплопроводности тел, конвекции и теплообмена излучением (лучеиспускания) . 1. При теплообмене путем геллолровадносги тепловой поток проходит от иэстермической поверхности с более высокой температурой Й, к изотермической поверхности с более низкой температурой егз. В одномерном тепловом поле через площадку площадью 0, перпендикулярную тепловому потоку, проходит поток мощностью Р = ЛД(9~ — газ))Ы = ЛОЬО~Ы, (4.211) где Л вЂ” коэффициент теплопроводности; Ьс1 = О, — 1Эз — изменение температуры при переходе с одной изотермнческой поврехности на другую„расположенную на расстоянии Ы .
Предел 1пп (2ьО/Ы) при Ы -+ 0 называется градиентом температуры в данной точке тела. Коэффициент те~шопроводности Л очень мал у газов, несколько больше у жидких тел и еще больше у твердых. Особенно велик оп у металлов. 224 2.Конвекпия имеет место на границе раздела твердого тела с жидкостью или газом илн жицкости с газом. Она бывает естественной и вынужденной (принудительной). Естественная конвекцня происходит при тепловом расширении лащкости и газа вследствие изменения их плотности.
Более теплые частицы вытесняются вверх более холодными, имеющими большую плотность. Смена тегшых частиц халоднымн возле поверхности тела приводит к ее теплоотдаче. Вынужденная конвекция нроисходнт вследствие перемешивания жидкости или газа искусственным путем. Она всегда сопровождается естественной. Однако в этом случае роль естественной конвекпнн может быть невелика, Мощность теплового конвективного потока, проходящая через границу раздела двух сред, (4.212) Р„= сД (Е1~ — Оз), где ДР— площадь поверхности раздела двух сред, имеющих температурй Й, и Е1з, в — коэффициент теппообмена.
Значение а зависит от многих факторов: температуры, теппоемкостн сред, их плотности, вязкости и других параметров. Ега значение сильно увеличивается при увеличении скорости обтекания поверхности раздела. З,Все тела излучают энергию, причем зависимость мощности излучения от абсолютной температуры Т определяется соотношением Р СТ4 (4.213) где С вЂ” коэффициент излучения тела, зависящий от состояний его поверхности. Одновременно с излучением тело поглощает излучение других тел, Мощность теплообмена излучением между двумя телами, имеющими абсолютные температуры Т~ и Т„равна Р,э = С,з(Т) — Тэ), (4.214) где С,з — некоторый эффективный коэффициент излучения, зависящий от коэффициентов излучения одного и другого тела.
Рассмотрим более подробно тешнюбменный процесс термометра. Терьюметр 1 (рис. 4.79,а) монтируется в стенке 2 объекта, температуру среды Е1~ внутри которого требуется измерить. Конец термометра, находящийся в обьекге, омывается горячим потокам вещества, и в термометр конвективным путем вводится тепловой поток д. Он проходит по телу термометра, нагревает стенку в месте его монтажа, проходит далее па холодному концу термометра н рассеивается в окружающей среде. Распределение температур вдоль термометра схематически показано на рис, 4.79,б.
Для тога чтобы температура чувствительного конца термометра Е1з была близка к температуре йы нужно увели- 225 а-6016 Рис. 4. 79 чить тепловой поток, нагревающий термометр. Мощность этого потока определяется выражением (4.212) и зависит от коэффициента теплопередачи а Значение а мало при естественной конвекцни и возрастает при принудительной конвекции с увеличиением скорости потока возле термометра. Прн измерении температуры жидкостей или газов, проходящих по трубам, для увеличения а чувствительную часть термометра нужно помешать в таком месте, где поток турбулентен и его скорость наибольшая (рис. 4.80) .
Поток завихряется на изгибах трубопровода, в местах сужения и у других местных сопротивлений. На прямолинейных участках скорость потока максимальна в середине сечения трубы. Для увеличения точности измерения температуры горячих, например дымовых, газов, когда скорость газа в основной трубе недостаточна, используют так называемую отсасывающую термопару. Она представляет собой трубку малого днамегра, врезанную в основной трубопровод; в трубку с некоторым зазором вставлена термопара. Гаэ прокачивается через трубку мимо термопары.
Скорость отсоса газа должна быть такова, чтобы коэффициент теплопередачи был близок к максимальному. Мощность проходящего через термометр теплового потока возрастает с увеличением площади теплообмена. Площадь можно увеличить увеличением глубины погружения термометра. Температура вдоль термометра меняется от температуры Оз 1рис. 4.79), близкой к измеряемой температуре, до температуры Оч, Р с 4.ВО г Рис 4.81 близкой к внешней температуре О,. Вдоль термометра имеется градиент температуры и существует тепловой поток, обусловленный теллопроводностью. Если измерительный конец термометра получает тепло от окружающей его среды только путем конвекции, то другие участки термометра, находящиеся внутри объекта, получают тепло также и путом теплопроводности от более нагретых участков (рис.
4.79,а). Вследствие этого при удалении от стенки объекта 2 градиент температур сггэ7гэг в термометре уменьшается, также уменьшается и тепловой поток, передаваемый путем теплопроводиости. В пределе при очень большой длине термометра 1 внутри объекта градиент температуры ЬО/Ы на чувствительном конце стремится к нулю, к нулю стремится и тепловой поток, передаваемый от него путем теплопРоводности. Если нет дРУгих потеРь тепла, то темпеРатУРа 9э бУдет равна температуре окружаиацей среды Оы Длину термометра не всегда можно увеличитьпоконструктивномонтажным соображениям. В этом случае для уменьшения теплового потока, исходящего от измерительного конца, можно рекомендовать теплоизоляцию его противоположного конца и места прохода через ~~евку объекта.
Это повышает температуру всего термометра и уменьшает градиент температуры возле его измерительного конца. 227 Измерительный конец термометра участвует в теплообмеие излучением со стенками объекта и другими элементами его конструкции. Эти элементы могут иметь температуру, отличную от измеряемой, что вызывает потери тепла измерительным концом и увеличивает погрешность измерения. Теплообмен излучением вызывает наибольшую погрешность при измерении высоких температур (более 400 — 500 'С), поскольку мощность лучистого теплового потока пропорциональна Т .
Для уменьшения излучения термометра его внешняя поверхность а делается блестящей. Это уменьшает коэффициент излучения С н эффективный коэффициент излучения С, эв формулах (4213) и (4214) и уменьшает поток излучения. Другим путем его уменьшения является увеличение температуры Тэ, входящей в формулу (4.214). Это достигается либо путем теплоизоляции стенок объекта, например трубы, по которой-'проходит горячий гаэ (рис. 4,80), либо установкой термометра или его измерительного конца 1 в экран 2 с полированными поверхностями (рис.
431). Экран имеет температуру, близкую к температуре средьц и мощность теплового излучения, теряемого термометром, становится пренебрежимо малой. Измерение нестационарных темперягур. Чувствигельньш элемент термометра обыйно находится внутри чехла, защищающего его от различных механических и химических воздействий, как схематически показано на рис. 4.82. Если прн постоянной окружающей температуре О потери тепла пренебрежимо малы, то температура всех элементов датчика (чехла 1 и чувствительного элемента 2) одинакова О, = = Иэ. Если же окружающая температура изменяется, то вначале изменяется температура чехла, а затем с некоторым отставанием температура чувствительного элемента. Это обусловливает инерционность датчика. При рассмотрении динамических свойств датчика темп ратуры полагаем, что присутствие термометра не изменяег температур окружающей среды и что выравнивание температур в чувствитель ом элементе и защитном чехле происходит значительно быстрее„че их нагревание, т.
е. в данном поперечном сечении чуастввтельног элемента и соответственно защитного чехла все точки имеют одинак вую температуру. Это допущение обычно справедливо при измере температуры промышленными термометрами. Составим дифференциальное уравнение изменения темпе туры датчика по схеме, представленной на рис. 482. При увеличении температуры среды чт термометр нагревается. Согласно закону Ньютона количество тепла, прошедшее через границу среда — защитный чехол за время ~11, определяется выражением (4.215) 228 где и, — коэффициент теплопередачи от среды к чехлу; Б — площадь поверхности чехла; й~ — температура чехла. Тепло са2 расходуется на нагрев чехла: с1Д, = С~сЮы (4.21б) где С, — теппоемкость чехла, и на нагрев чувствительного элемента: (4217) где Сз — теплоемкость чувствительного элемента.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
