直線對焊熱電偶及測量修正方法
2023-06-03 16:34:16
專利名稱：直線對焊熱電偶及測量修正方法
技術領域：
本發明涉及測量火焰溫度技術領域，是一種用於測量火焰溫度場的直 線對焊熱電偶及測量修正方法，通過本發明的直線對焊熱電偶及其測量修 正方法可以精確測量火焰溫度場。
背景技術：
用熱電偶測量火焰溫度時會遇到以下幾個問題1)輻射誤差，由於 火焰的溫度很高，熱電偶的輻射誤差必須進行修正。2)導熱誤差，在大 部分測溫場合，只要熱電偶安裝合理，其導熱誤差就可以忽略不計，但是在火焰中由於溫度梯度很大，導熱誤差有時可以高達40(TC。因此也必須 進行修正。而且作為接觸式測量，熱電偶在測溫過程中會對火焰流場造成幹擾。3)熱電偶絲受熱膨脹變長，使得偶絲在氣流的作用下擺動，造成領!j溫誤差。針對以上測量火焰的特點，本發明提供一種直線對焊熱電偶及測量修正方法。發明內容本發明的目的在於提供一種直線對焊熱電偶，採用特殊的結構形式以 便對火焰流場的影響減至最小，並提供一種測量修正方法可以對熱電偶的 輻射和導熱誤差進行修正，以得到準確的火焰溫度值。為實現上述目的，本發明的技術解決方案是 一種直線對焊熱電偶， 包括偶絲、偶絲接頭、細鋼管、支撐塊、固定螺栓、彈簧和導線，其中，兩根細鋼管的近一端部通過固定螺栓固定在支撐塊上，其中一根鋼管 作為固定臂，其位置在測量時保持不變，另一根鋼管作為可動臂，能自由 活動；固定臂和可動臂的另一端分別裝有偶絲接頭，兩偶絲接頭的一端與穿過兩細鋼管的導線相連；偶絲的兩端分別通過細螺釘固定在兩偶絲接頭上；固定臂和可動臂的一端套有彈簧，通過彈簧對可動臂位置的調節來控 制偶絲的拉伸程度，使得偶絲始終保持直線拉伸狀態，防止振動。所述的直線對焊熱電偶，其偶絲是用對焊技術焊接。所述的直線對焊熱電偶，其通過彈簧的預緊力來消除熱電偶測溫過程 中偶絲的熱膨脹引起的誤差。所述的直線對焊熱電偶，其由於測溫過程中只有細偶絲穿過火焰，因 此對火焰的影響很小。所述的直線對焊熱電偶，測溫時，熱電偶的測溫點由火焰的橫截面的 左端一點點移動到火焰的右端，測得一系列的溫度值。所述的直線對焊熱電偶，對其測量結果，用熱電偶的一維能量平衡方 程的離散化求解法，進行導熱和輻射誤差的修正。本發明通過對能量平衡方程的求解得到修正後的溫度值，由於能量平 衡方程中考慮了熱電偶的導熱損失、換熱損失和輻射損失，因此修正後的溫度值彌補了誤差損失，更接近於真實值。
圖1是本發明直線對焊熱電偶的結構示意圖； 圖2是本發明的數學模型示意圖。
具體實施方式
本發明提供的直線對焊熱電偶包括對焊偶絲、偶絲接頭、細鋼管、支 撐塊、固定螺栓、彈簧和導線，其中兩根細鋼管通過固定螺栓固定在支撐塊上，其中一根鋼管作為固定 臂，其位置在測量時保持不變，另一根鋼管作為可動臂，可以自由活動；固定臂和可動臂的上端分別裝有偶絲接頭，偶絲接頭一端與穿過細鋼 管的導線相連；偶絲的兩端分別通過細螺釘固定在偶絲接頭上；固定臂和可動臂的末端套有彈簧，通過彈簧對可動臂位置的調節來控制偶絲的拉伸程度，使得測量過程中偶絲始終保持直線拉伸狀態，防止振 動；測量過程中偶絲在火焰流場中移動，只有偶絲與流場接觸，由於偶絲 通常採用較細的直徑，所以上述結構形式的熱電偶可以使得熱電偶對火焰 流場的幹擾減至最小。由於熱電偶在測量過程存在導熱和輻射熱損失，因此測得數據與真實 溫度值存在一定的誤差。為了減小和消除這種誤差，本發明還提供相應的 溫度修正程序。熱電偶在測量過程中，滿足以下的一維能量平衡方程formula see original document page 8式中，X,——熱電偶的橫截面面積； ^——熱電偶的表面積； ~——熱電偶周圍氣體的溫度； r——熱電偶的熱力學溫度； 乙——環境的熱力學溫度； 義——熱電偶的導熱係數； A——熱電偶的表面傳熱係數； s——熱電偶的發射率；CT——黑體輻射常數。 附圖是本發明的結構示意圖和數學模型示意圖。參照圖1可知，兩根細鋼管通過固定螺栓7固定在支撐塊6上，其中一根鋼管作為固定臂5，其位置在測量時保持不變，另一根鋼管作為可動臂4，可以自由活動；固定臂5和可動臂4的上端分別裝有偶絲接頭3，兩偶絲接頭3的一端各與穿過兩細鋼管的導線9相連；偶絲2的兩端分別通過細螺釘固定在兩偶絲接頭3上；固定臂5和可動臂4的末端套有彈簧8，在測量過程中通過彈 簧8對可動臂4位置的自動調節來控制偶絲2的拉伸程度，防止偶絲2在 氣流中出現振動，l為熱電偶的對焊測溫點。測溫時，熱電偶的測溫點從火焰的一端一點點移動到火焰的另一端， 測得一系列的火焰溫度。測得的溫度值通過修正程序進行導熱和輻射誤差 修正。按照圖2所示的模型示意圖，首先將熱電偶的一維能量平衡方程進 行離散化，然後把熱電偶測得的溫度值作為j;的初始值帶入離散方程組求 解r，計算得到的結果再作為z;帶入方程組進行反覆迭代，直到滿足一定的收斂條件。通過上述方法計算得到的溫度值即為被測介質的修正溫度值，由於進行了導熱和輻射損失的補償，其數值很準確的反映了火焰的真實溫度值。
權利要求
1. 一種直線對焊熱電偶，包括偶絲、偶絲接頭、細鋼管、支撐塊、固定螺栓、彈簧和導線，其特徵是其中，兩根細鋼管的近一端部通過固定螺栓固定在支撐塊上，其中一根鋼管作為固定臂，其位置在測量時保持不變，另一根鋼管作為可動臂，能自由活動；固定臂和可動臂的另一端分別裝有偶絲接頭，兩偶絲接頭的一端與穿過兩細鋼管的導線相連；偶絲的兩端分別通過細螺釘固定在兩偶絲接頭上；固定臂和可動臂的一端套有彈簧，通過彈簧對可動臂位置的調節來控制偶絲的拉伸程度，使得偶絲始終保持直線拉伸狀態，防止振動。
2. 如權利要求1所述的直線對焊熱電偶，其特徵是其偶絲是用對 焊技術焊接。
3. 如權利要求1所述的直線對焊熱電偶，其特徵是通過彈簧的預緊力來消除熱電偶測溫過程中偶絲的熱膨脹引起的誤差。
4. 如權利要求1所述的直線對焊熱電偶，其特徵是由於測溫過程 中只有細偶絲穿過火焰，因此對火焰的影響很小。
5. —種如權利要求1所述的直線對悍熱電偶的測量修正方法，其特 徵在於，測溫時，在火焰的每一個橫截面上，將熱電偶的測溫點由火焰的 左端一點點移動到右端，從而測得此截面上的一系列溫度值；然後用一維 能量平衡方程進行導熱和輻射誤差的修正。
6. 如權利要求5所述的測量修正方法，其特徵在於，所述一維能量平衡方程為-4義^ + ^2(^-0-"，C7("-0 = 0，其中，4——熱電偶的橫血 —截面面積；4——熱電偶的表面積；^——熱電偶周圍氣體的溫度；r——熱電偶的熱力學溫度；t;—_環境的熱力學溫度；義——熱電偶的導熱係數；A——熱電偶的表面傳熱係數；s——熱電偶的發射率；cr一一 黑體輻射常數。
全文摘要
一種直線對焊熱電偶及測量修正方法，該熱電偶由對焊偶絲、偶絲接頭、細鋼管、支撐塊、固定螺栓、彈簧和導線組成。兩根細鋼管通過固定螺栓固定在支撐塊上，其中一根鋼管作為固定臂，其位置在測量時保持不變，另一根鋼管作為可動臂，可以自由活動；固定臂和可動臂的上端分別裝有偶絲接頭，偶絲接頭一端與穿過細鋼管的導線相連；偶絲的兩端分別通過細螺釘固定在偶絲接頭上；固定臂和可動臂的末端套有彈簧，通過彈簧對可動臂位置的調節來消除偶絲的熱膨脹造成的測量誤差。用熱電偶直接測量火焰溫度場存在很大的導熱和輻射誤差，而使用本發明的測量方法和計算機修正程序對直線對焊熱電偶的測量結果進行修正，可最大限度減小測混過程中的誤差。
文檔編號G01K7/02GK101221074SQ200710063370
公開日2008年7月16日 申請日期2007年1月10日 優先權日2007年1月10日
發明者張哲巔, 嶽 王, 穆克進, 肖雲漢 申請人:中國科學院工程熱物理研究所