Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы (1240837), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Однако с целью упрощения и наглядности ниже рассматриваются отдельно погрешности измерения, происходящие вследствие теплообмена излучением, н погрешности, обусловленные теплопроводностью. 6-2. Методические погрешности при измерении температур газа, обусловленные влиянием теплообмена излучением При измерении температур газа контактными методами необходимо иметь в виду, что методические погрешности, обусловленные влиянием теплообмена излучением между термоприемником и окружающими его телами или стенкой трубы, при неблагоприятных условиях могут значительно превышать допускаемые погрешности применяемых средств измерения. При рассмотрении влияния излучения на точность измерения темгературы газа будем полагать, что газ прозрачен и не поглощает лучистой энергии.
Если допустить, что теплоотвод по 4 термоприемнику 1, установленному в ту трубопроводе или газоходе (рис. 6-2-1), отсутствует, то при установившемся тепловом режиме количество тепла, получаемого от газа поверхностью погруженной части термоприемника посредством конвективного теплообмена, равно количеству тепла, отдаваемого поверхностью термоприемника путем теплообмена излучением с поверхностью стенки трубы. Количество тепла, полученное поверхностью термоприемника от газа, протекающего в трубопроводе, 1~„=аР(1 -1,), (6-2-1) Мегодическая погрешность измерения в большой степени зави- ит также и от температуры стенки трубы, Чтобы приблизить температуру внутренней стенки трубы к температуре газового погона, ее необходимо покрывать тепловой изоляпией 2 (см.
рис. 6-2-1). При равных условиях погрешность измерения, обусловленная влиянием теплообмена излучением, тем больше, чем выше измеряемая температура газового потока. Х 1 Погрешность измерения, обусловленную лучистым тенге.с лообменом, можно также значительно уменьпппь посредством экранирующих устройств.
В качестве примера на рис. 6-2-2 показана схема устанонки экранированного термоприемника в трубопроводе, через который протекает газовый поток. На этой схеме термоприемник 1, установленный вдоль оси трубопровода, находится внутри экрана 2, изготовленного из листового металла. В этом случае теплообмен излучением происходит между термоприемником и поверхностью экрана, имеющего температуру (, более высокую, чем температура г„внутренней стенки трубы (1 ) Г, ~ 1„,). Пользуясь теми же уравнениями, которые применялись при выводе выражения (6-2-4), получим формулы для определения приближенных значений методической погрешности измерения и температуры экрана: (6-2-5) где в„— приведенный козфф|щиент черноты поверхности термопрнемннка и экрана; е„,— приведенный коэффициент черноты экрана и стенки трубы; а, — коэффициент теплоотдачи от газа к экрану, Вт/(м' К); Т, — температура экрана, К.
Остальные обозначения соответствуют принятым выше. Множитель 2 в знаменателе появляется вследствие того, что газ смывает стенки экрана с двух сторон. При составлении баланса тепла для экрана не учитывалось тепло, которое он получает от термоприемника вследствие теплообмена излучением. Выводы, сделанные при рассмотрении уравнения (6-2-4) относительно влияния на погрешность измерения коэффициентов и температуры стенки трубы, сохраняют свою силу и в случае применения экранирующих устройств. Подробные сведения о расчете экранирующих устройств приводятся в ряде работ, например (27). Вследствие того что значения некоторых величин, входящих в (6-2-4) и (6-2-5), могут быть определены расчетным путем лишь приближенно, этн формулы не могут быть использованы для точ- ного вычисления методической погрешности, но позволян;т оценить порядок возможной методической погрешности измерения, а также разработать необходитлые мероприятия, которые должны быть реа- лизованы при создании и монтаже термоприемников, чтобы погреш- ности этого вида устранить или уменьшить.
Точное значение ме- тодической погрешности измерения температуры газа за счет влия- ния теплообмена излучением можно определить только на основа- нии экспериментальных данных. Покажем на примерах, с какими значениями методической по- грешности, обусловленной влиянием теплообмена излучением, приходится встречаться при измерении температуры горячего газо- вого потока в промышленных условиях, П р и м е р 1. Воздух, имешпгий температуру йл =- 350'С, протекает в ко- рабе, покрытом тепловой изоляцией.
Температура воздуха измеряется поперечно обтекаемым термометрам сопротивления (ТСП-П1) в защитном чехле диаметром 8 =. 0,021 м. Защитный чехол изготовлен из стали марки 20. Коэффициент излу- чения поверхности защитного чехла С =- 4,66 Вт/(мз К'). Произведем подсчет возможных методических погрешностей измерения, обусловленных влиянием теплааомена излучением, для скоростей воздуха о =4 и 1О и/с. Козффициент княематнческой вязкости воздуха т= 57,33. 10" мз/с. Коэффициенттеплопроводнссти воздуха ) ='4,64.
10 з Вт/(м К). Числа Прандт- ля Рг = — 0,72. Определим значения числа Рейпольдса: для а = 4 и/с Ке = — ' = — —.-' —.'.. — 1 4652.!Оз — 1 5. 10з) ои 4. 0,021 57,33 ° 1О ' для о = 10 м/с не= —. — '-. — =3,663 ° 10з= 3,7 10з. 10 Сз021 57,33 10 з Овредслнм значение числа Нуссельта по формуле (29) Кп =0,25Ке"'Рг" ". Подставляя значения чисел Рейнсльдса и Прандтля для о = 4 и 10 м/с, находим соотаетстасяпа: Ип.=-О 25(1,5. 10з)ь".0 72з зз 17 498 17 5 Ь)п 0 25 (3 7, 10з)ьа 0 72злв - — 30 332 — 30 3, Полгэунсь палучевными данными, определим значения коэффициентов теп- лоотдачи для а =- 4 и 10 и/с соответственно: и = и = — ' ' = 38,667.= 38,7 Вт/(ыз. К); И 0,021 = 66,95 = 67 Вт/(мз ° К). 0,021 Температура /з, внутренней стенки короба при скорости воздушного патока о= 4 и 10 и/с соответственно равна /ь, .= 336 н 348'С, или Т„, = 609 и 621 К.
Пользуясь уравнением (6-2-4), получаем при скорости агвдушнога потока: а,м/с...........4; !О /т, 'С.......,... 342,6; 349,2 1, — /м, 'С........ — 7,4; — 0,8 Если воздуховад не будет иметь тепловой изоляции иа участке, где установлен термометр сопротивления, то температура !,, при скоростях воздуха о —.- 4 и 1О и/с будет соответственяо равна 281 н 302'С (Т, == 554 и 575 К). В эшм случае методическая погрешность измерения, обусловленная влиянием теплообмена иэчучеиием, будет составлять: о, и/с ........... 4; 10 Гт 'С ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° 3171 333 Ц вЂ” Г~, 'С........
— 33; — !7 П Р и м е Р 2. Воданой паР, имеющий темпеРатУРУ /м = 570'С и давление р = 140 кгс/смз (14 ИПа), протекает в теплоизолированнсм паропроводе /7зэ = = 233 мм. Температура евра измеряется поперечпо обтекаемым термоэлектрическим термометром (ТХЛ-284) в защитном чехле яз стали марки 1Х 1ЗН9Т, средний диаметр которого равен г! =- 0,003 и. Коэффициент излучения поверхиости зжпнтного чехла С = 4,54 Вт/(мз Кэ). Как показывает подсчет температура внутренней стенки паропровода /в., =- 568'С (Т,, = 841 К). Скорость потока пара о= 30 м/с.
Коэффициент кинематической вязкости водяного пара ч = 0,853 10 э мэ/с. Коэффициент теплопроводнссти водяного пара Хж = 90,4 1О ' Вт/(м К). Число Прандтля для водяншо пара Рг =- 0,945. Определим значение числа Рейнольдса: не = — = — — — — ' —.— =-6,33 ° 1И.
сЫ Я) 0,018 0,853 ° 1О э Определим значение числа Нуссельта [29): )(п;.= 0226КеоэРгз а = О 226 ° (6 ЗЗ. 1Оэ)ио (О 945)ал 665 Подсчитаем значение коэффициента теплоотдачи: )Чп Х 665 90,4 ° 10 з 0„018 Пользуясь формулой (6-2-4), находим методическую погрешность измерения, обусловленную влиянием теплообмена излучением Гт — /ж = — 0,1'С или Г = 569,9~С э Нз рассмотренных примеров следует, что методические погрешности измерения, обусловленные влияпием теплообмеиа изл)чением, могут быть сведены к минимуму„если наряду с общей тепловой изоляцией короба или трубопровода имеется также изоляция иа участке, где закреплен в бобышке поперечно обтекаемый термоприемних„если скорость газового потока велика (ш ) 10 м/с), если применен термопрнемник с защитной трубкой возможно меньшего диаметра. Эффективной мерой снижения рассматриваемой погрешности является также применение экраиирующего устройства.
6-8. Методические погрешности при измерении температуры среды, обусловленные отводом или подводом тепла по термоприемнику При измерении температуры жидкости или газа (пара) термоприемник устанавливают в трубопроводе, воэдуховоде, газоходе или в других местах технологического оборудования и закрепляиэт его тем или иным способом в их стенках. При этом температура мест закрепления термоприемника обычно отличается от температуры т В большинстве случаев скорость потока свежего пара составляет 35 — 45 м/с, .поэтому методическая погрешность из-за теплообмена излучением будет значительно меньше (28) ° среды.
Вследствие этого распределение температур по длине термоприемника будет неравномерным и из-за теплоотвода (или тепло- подвода) температура рабочей части термоприемника может отличаться от действительной температуры среды. Следует иметь в виду, что методическую погрешность, обусловленную теплопроводностью, так же как и погрешность нз-за лучистого теплообмепа, с достаточной степенью точности можно определить только экспериментальным путем. Порядок возможной погрешности измерения обычно определяют расчетным путем при доте.т те.т пущении, что термоприемник представляет собой однородный х стержень (трубу) длиной 1, один конец которого закреплен в стенке,например, трубопровода (рис. ! 6-3-1). Температура 1„у основания такого идеализированного Ц4 1 термоприемника, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
