4.熱電偶測溫的應用

(1)固體內部和表面溫度的測量。工程上經常需要了解如爐窯、燃燒室、熱氣體管道以及其他熱工設備的傳熱、熱流狀況和分析機械零部件的熱負荷等，這就需要測量固體內部和表面的溫度，熱電偶是主要的測量手段之一。

為了使測溫準確，熱電偶必須和固體緊密接觸，此時可以采用粘接敷設或焊接的方法，如果長期測量，熱電偶最好是焊接在被測物體的表面上。熱電偶表面測溫的焊接和粘接敷設方法見圖2-5。

除了采用金屬絲的熱電偶測量物體表面溫度外，還可采用薄膜熱電偶，它們是在絕緣的基底上采用粘接或真空濺射蒸發的方法形成熱電極的膜片狀測溫元件。薄膜熱電偶的基底常用有機薄膜、云母、玻璃纖維或陶瓷材料制成，熱電極材料常用銅一康銅、鎳鉻一鎳硅、鉑銠10-鉑，工作溫度在500～1000℃。

(2)高溫低速氣流溫度的測量。有靜態法和動態法兩種方式：

1)靜態法測量高溫低速氣流溫度。用靜態法測量高溫低速氣流時，由于熱電偶與氣流兩者之間換熱能力差，長時間達不到熱平衡狀態，使熱電偶不能反映真實氣體溫度，因此要對普通熱電偶做必要的改進。以下介紹幾種常用的測量高溫低速氣流溫度的熱電偶。

圖2-6是一種抽氣式熱電偶。為消除氣流速度波動對測溫產生的影響，抽氣式熱電偶裝有一抽吸器，抽吸器以水、蒸汽、壓縮空氣為動力產生抽吸力，只要保證抽吸力恒定，就可以保證通過熱電偶熱端時的氣流速度恒定。帶水冷套的抽氣式熱電偶適用于大型鍋爐火焰氣流和粗管排煙氣流的溫度測量(見圖2-7)。

除了抽氣作用外，它的頭部還有一個防止輻射的屏蔽帽頭和屏蔽罩，后部就是一個水冷套管。但值得注意的是，水冷套管的引入會嚴重降低熱電偶附近的氣流溫度，還會改變氣流溫度場的分布。

帶水冷套的抽氣式熱電偶的測量精確度不僅取決于抽氣速度的大小和屏蔽效果，而且最佳抽氣速度還受氣流溫度、熱電偶直徑以及屏蔽結構形狀的影響。為此，定義了抽氣式熱電偶的效率

抽氣式熱電偶效率、抽氣速度和氣流溫度的關系可根據有關的經驗曲線選定，大致規律為：在同一被測氣流溫度下，抽氣速度越高，效率越高，但效率的增長速度平緩。因此當抽氣速度達到一定值以后，再增大速度收效不大，還會導致速度誤差增加。在同一抽氣速度下，氣流溫度越高，效率越低。因為溫度增高，輻射損失增大。在氣流溫度、抽氣速度相同的條件下，帶二層屏蔽罩的效率高于帶一層屏蔽罩的效率。

另一種測量氣流溫度的方法是采用組合式熱電偶。用組合式熱電偶測量高溫低速氣流溫度的原理是，熱電偶熱端直徑不同，使氣流對各熱電偶的換熱系數不同，以及它們對周圍物體的輻射換熱量也不同，測溫指示溫度就存在差別。再用傳熱學理論推導，可將氣流的實際溫度推算出來。因此可以用兩只或三只型號相同但熱絲直徑不同的熱電偶，去測量同一點的氣流溫度。

2)動態法測量高溫氣流溫度。靜態方法測溫實質是熱電偶與被測氣流達到熱平衡之后來度量氣流的溫度，各類熱電偶只能在量程范圍內工作，否則就會損壞。而采用動態法，可以測量超過熱電偶量程范圍的溫度。例如，國內外已經達到用鎳鉻一鎳硅熱電偶測量出2000～3000℃的高溫，甚至是高達10000℃的等離子體的溫度。動態法測溫原理是，將裸露的熱電偶迅速插入氣流中，熱端在氣流的加熱下溫度升高，但是達到該熱電偶允許使用的上限溫度之前就迅速將其抽出，利用熱電偶從插入氣流到抽出這段時間的輸出變化曲線(見圖2-8)，測出氣流的真實溫度。

(3)高速氣流溫度的測量。當氣體流速增高后，熱電偶受到氣體分子的沖擊，氣體分子的動能轉化為熱能，使熱電偶溫度升高。實踐證明，氣流速度為80m/s時，測溫值升高2℃;氣流速度為195m/s耐，測溫值升高20℃。因此用普通熱電偶測高速氣流溫度時，測得的并非氣流的真實溫度。此時可采用帶滯止罩的熱電偶測量高速氣流溫度。

(4)低溫測量。工程上稱-100℃以下為低溫。低溫測量是低溫技術不可缺少的部分，它在工業生產和科學研究中有著廣泛的應用。各種金屬和非金屬材料在低溫條件下很敏感，性能會發生很大的變化。所以許多在常溫或高溫下能正常工作的熱電偶卻不能在低溫條件下正常工作。低溫測量主要采用低溫熱電偶、熱電阻溫度計和半導體溫度傳感器。在測量過程中要注意它們的溫度應用范圍。