淺談熱輻射對熱電偶測溫精度的影響

[提要];詳細分析丁熱輻射現(xiàn)象給測溫熱電偶造成的熱量損失以及由此而產(chǎn)生的測濫誤差，找出了誤差產(chǎn)生的規(guī)律，業(yè)提出了減小因熱輻射造成的測量誤差的方法。
一、關(guān)于熱輻射的基本概念
　　當物質(zhì)受熱而引起其內(nèi)部原子的復雜澈勵后，就會對外發(fā)射出輻射能，這種能量是以電磁波的形式發(fā)射出來並進行傳播的，當射到另一物體被吸收時又轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。這種只與物體本身的溫度有關(guān)而引起的熱射線的傳播方程，稱為熱輻射。它和可見光--樣，同樣具有反射折射和吸收的特性，服從光的反射和折射定律，在均一介質(zhì)中作直線傳播，在真空和某些氣體中可完全透過，對固體和液體則不能透過。通常，將能全部吸收輻射能的物體稱為絕對黑體;能全部反射輻射能的物體稱為絕對白體;能透過全部輻射能的物體稱為透熱體;介于黑體和白體之間的物體稱為灰體。工業(yè)上.遇到的各種物體基本.上都屬于灰體。
二、灰體的熱輻射特性
1.灰體的發(fā)射能力
　　物體在一定溫度下，單位表面積、單位時間內(nèi)所能發(fā)射出來的全部波長的總能量，稱為該溫度下物體的發(fā)射能力，用E表示，單位為W/m²。對灰體而言，有下式:.
 
　　工業(yè)上常遇到兩固體間的互相輻射傳熱，基本上都可視為灰體之間的熱輻射，其輻射傳熱速率可表示為:
 
三、輻射熱給熱電偶造成的熱量損失
　　盡管物休間的傳熱方式有三種，但當物體間的溫度差較大時(≥500℃)，其主要傳熱方式為熱輻射，這就是說，當熱電偶在對管道內(nèi)有較高溫度的流動介質(zhì)(如氣體)測溫時，其經(jīng)過對流和傳導的方式從被測氣休中獲得的熱量，不可避免地部分由熱輻射方式被管道表面層吸收而損失掉。實驗得出，在這種情況下:
1.角系數(shù)φ約為1;
2.總發(fā)射系數(shù)C1-2等于熱電偶保護套管表面的發(fā)射系數(shù)C1;
3.輻射表面積A等于管道內(nèi)熱電偶的表面積A1故可以得出由于熱輻射造成的熱電偶在測溫過程的熱量損失方程:
 
四、熱輻射給熱電偶帶來的測溫誤差
　　如前面所述，熱電偶是通過對流和傳導的方式從被測氣體中獲取熱量的(主要是對流)。
　　設α為被測氣體以對流方式向熱電偶傳熱時的傳熱膜系數(shù)，單位W/m².℃;
　　t和t1分別表示被測氣體的真實溫度和熱電偶的測溫表面溫度(即測量溫度)，單位℃，則可得出熱電偶此種情況下的熱量獲取方程:
 
　　如令St=t-t1，則可得出熱輻射給熱電偶帶來的測溫誤差表達式:
 
五、減小測溫誤差的方法
　　通過上面的分析可以得出以下減小熱輻射給熱電偶帶來的測溫誤差的方法:
1.降低熱電偶與管壁之間輜射傳熱的發(fā)射系數(shù)，即加吸收率接近于黑體的材料構(gòu)成的防射罩，如使用屏翠式熱電偶.
2.增大被測介質(zhì)與熱電偶之間對流傳熱的傳熱膜系數(shù)，因為(u為介質(zhì)流速，de為熱電偶當量直徑)，故可采取增加介質(zhì)局部流速的方法，如采用抽氣式熱電偶;
3.減小被測介質(zhì)與管道璧間的溫差，如給管道外表裝上絕熱保溫層。