热工设备表面散热检测计算方法研究论文.docx

武汉理工大学论文（设计） - 1 - 摘要摘要 能源是制约经济发展的颈瓶，随着经济的发展，能源危机越发显得突出和重要。因此，提高能源的利用效率，在生产中切实做好节能降耗工作对缓解能源危机，保障国民经济持续、稳定、健康发展具有重要的意义。 水泥生产是国民经济中的一个耗能大户，以新型水泥预分解生产工艺为例，每生产 1吨水泥约消耗 0.1 到 0.12 吨标准煤，其能耗占到水泥生产成本的 40%60%，其中窑体表面散热损失又占熟料实际热耗的 20%左右。为了实时监控窑体表面温度，尽可能减少表面散热，就必须解决好热工设备表面散热的测量与计算问题。现有的计算中所用到的表面综合换热系数的计算范围，其温度范围上限仅为 240，已严重不能满足新型干法水泥窑表面散热计算的需要。为此，本论文对现有的计算温度区间的相关参数及理论进行了重新的分析研究，得到了计算综合换热系数的回归方程，并应用于对实际范例的计算，结果表明，所得到的方程较好地解决了不同情况下表面综合换热系数的计算问题。我们得到的回归方程如下： 转动设备表面散热综合换热系数方程： 当风速 W=0 时： =0.246t + 35.34 当风速 W0 时： 在温差t118.13 - 18.57 w- 4.76w2 0.0027 w +0.515时： =（0.0027w + 0.265）t + 4.76w2 + 18.57w + 35.36 在温差t118.13 - 18.57 w- 4.76w2 0.0027 w +0.515时： =（-0.1774w5+1.0957w42.5536w3+2.7461w21.3201w+0.2743）t 0.88w2 + 22.14w + 76.90 不动设备表面散热综合换热系数系数方程： 当风速 W=0 时： =0.251t + 25.07 当 W0 时： =（0.0009w3 - 0.0149w2 + 0.0808w +0.176）t - 0.305w2 + 11.793w+ 41.64 关键词：关键词： 能源危机 综合换热系数 回归方程 节能 武汉理工大学论文（设计） - 2 - Abstract Energy is restriction economic development , along with the development of economy, energy crisis the more looks outstanding and important. Therefore raise energy, use efficiency, in production, make energy saving conscientiously to fall, consume , work is ensured for alleviating energy crisis, have continued national economy , stabilize , healthy development have important meaning. Cement production is that one in national economy consumes can big household, decompose in advance with new cement to produce technology, for example. Per produce 1 tons of cement contract consumption 0.1 to 0.12 ton standard coals, Its specific power consumption takes the of cement production cost 40% 60%, again take the 20% of cooked material actual hear rate in which kiln body surface heat loss due to radiation control. For the monitoring kiln body surface temperature of real time, reduce surface scattered heat as far as possible, must solve the hot measure and calculation of work equipment surface scattered heat problem. The calculation of the surface comprehensive coefficient of heat exchange that uses in existing calculation scope, its temperature scope upper limit is only 240 , already serious can not satisfy new dry law cement kiln the needs of surface scattered hot calculation.Therefore this paper for existing calculation, theory and the related parameter of temperature interval have gone on again analyse research,have gotten calculation to synthesize the regression equation of the coefficient of heat exchange, and application in the calculation for actual example.As a result, the equation that gets has solved different condition better to take off the calculation of the surface comprehensive coefficient of heat exchange problem. The regression equation that we get is as follows: Turn the equipment surface equation of the scattered hot comprehensive coefficient of heat exchange: When wind speed W=0: =0.246t + 35.34 When wind speed W0: In difference in temperaturet118.13 - 18.57 w- 4.76w2 0.0027 w +0.515: =（0.0027w + 0.265）t + 4.76w2 + 18.57w + 35.36 In difference in temperaturet118.13 - 18.57 w- 4.76w2 0.0027 w +0.515: =（-0.1774w5+1.0957w42.5536w3+2.7461w21.3201w+0.2743）t 0.88w2 + 22.14w + 76.90 Do not move the equipment surface scattered equation of the hot comprehensive coefficient coefficient of heat exchange : When wind speed W=0: =0.251t + 25.07 When wind speed W0： =（0.0009w3 - 0.0149w2 + 0.0808w +0.176）t - 0.305w2 + 11.793w+ 41.64 Keyword: Energy crisis The comprehensive coefficient of heat exchange Regression equation Energy saving 武汉理工大学论文（设计） - 3 - 第一章第一章 绪论绪论 能源是制约经济发展的颈瓶，随着经济的发展，能源危机越发显得突出和重要。因此，提高能源的利用效率，在生产中切实做好节能降耗工作对缓解能源危机，保障国民经济持续、稳定、健康发展具有重要的意义。 能源是是人类社会发展最强大的动力引擎。世界各国的发展实践表明：国家和地区经济发展的速度和发达程度越来越明显地取决于现代能源供应保障系统的能力和建设状态。例如.2000 年.，占世界人口 12%的西欧和北美发达国家.其一次能源消费却，占了全球的 44%【1、2】。我国的能源消费结构中，是以煤炭为主要能源的国家。煤炭是中国最主要的能源。长期以来，中国一次能源消费的 70%以上来自煤炭【3】。煤炭在一次能源消费结构中的比重一直很大。尽管中国始终在致力于提高本国能源的自给水平，但是发展的社会经济却对有限的资源基础提出了越来越大的挑战。我国能源短缺与水泥工业快速发展急需大量能源的矛盾将日益尖锐。2005 年水泥工业的能源问题己摆在而前。我国水泥工业主要以煤炭为燃料，以电能为动力，是典型的耗能大户。虽然我国煤炭资源丰富，但分布并不平均，且低挥发份煤和含硫量大的煤较多，能够用于水泥工业的煤质越来越差。水泥工业是能源资源消耗较大的产业，按照 8 亿吨水泥熟料 10 亿吨水泥产量考虑【4】，则每年我国水泥工业需要标准煤炭9600万吨(按每吨熟料热耗为120kg标准煤计)， 占全年煤炭总产量的8.5%。虽然我国是煤炭大国，但世界七大煤炭大国中，只有我国的存采比不足百年，其余六国均在 210 年以上【5】，充分认识能源对经济和社会发展的支撑作用。 水泥工业是国民经济中的一个耗能大户。水泥生产中的能耗费用在整个生产成本中的能耗费用在整个生产成本中占有相当大的比例。因此，长期以来世界各国对降低水泥生产的单位能耗作了不懈的巨大努力。至今的主要作法表现在一方面纷纷以新开发出来的高效节能设备取代水泥工艺过程中能耗高的老设备或节能新技术改造老设备，并努实现工艺过程的优化，从而大大降低了燃料能和电能的消耗；另一方面则努力采用新技术以加强工艺过程中废热的回收利用，从而使废热的利用率达到了一个较高的水平；另外通过掺混合材料水泥的生产和降低能耗水泥的开发也获得了可观的节能效益。经过几十年来人们的艰苦努力，发达国家水泥生产的单位能耗指标已有了很大的下降。我国在这方面也取得了显著的成效，但与发达国家相比，仍有较大差距。由此可见水泥窑的能耗偏高，高能耗已经成为制约水泥企业经济效益提高的重要因素。因此，采用各种措施来实现水泥窑的节能降耗目标是推动水泥工业技术进步的重要任务。 水泥窑是一种高能耗的热工设备，近代发展起来的各种新型干法窑的主要特色是产量高和热耗低。即使这些低热耗的水泥窑能源消耗也要占到水泥生产成本的 40%60%【6】，熟料热耗主要有四方面：熟料形成热。成品带走的热量。废气与飞灰带走的热量。系统表面的散热损失。其中窑体表面散热损失又占熟料实际热耗的 20%左右。如云南水泥有限公司3.3m52m 五级旋风筒预热器窑的标定数据：熟料形成热占 37.195%；成品带走的热量占 5.42%；废气与飞灰带走的热量占 28.83%；系统表面的散热损失占 22.58%；其它占 5.98%。由此可见，减少系统的散热损失非常重要，且所需资金又少的节能办法就是采用隔热材料提高窑体隔热保温效果，使用隔热砖的水泥窑窑体表面的热流量减少、温度降低。如果能把表面散热降到 10%以下，每年按照 8 亿吨水泥熟料来计算，则每年我国水泥土业可节约标准煤炭 960 万吨(按每吨熟料热耗为 120kg 标准煤计)以上。在保持原有燃料消耗的水平上，窑温增高，加速了水泥生料的预分解和熟料的煅烧，从而提高了熟料的质量和产量，使熟料热耗降低，能少排放上百万吨二氧化硫，并可降低排风机电耗。所以，我们作为一个水泥生产大国，从长远战略方针来看中国经济和社会发展，节能降耗是一个迫切的任务。为推动全社会开展节能降耗，缓解能源颈瓶制约，建设节约型社会，促进经济社会可持续发展，为建设节约型社会，为实现中国水泥工业可持续发展，战略思路是在武汉理工大学论文（设计） - 4 - 科研开发与工程设计中，要以节约资源、能源和可持续发展为主导，全面提升技术经济指标与世界先进同步，使水泥产品高质量、装备大型化、生产集约化，逐步使中国水泥工业成为产业结构合理的水泥制造业。我国水泥工业应积极发展新型干法生产技术，淘汰技术落后且能耗大的立窑、中空干法窑、湿法窑及立波尔窑等。近二、三年中国新型干法生产线的熟料标煤耗己达到 104 kg标煤/t【7】， 水泥综合电耗己降到 100kWh/t, 可望达到 95 kWh/t，而 1998 年的熟料热耗 175 kg标煤t，水泥综合电耗 114 kWht（平均）【8】，表明中国水泥工业进入新世纪后，已发生了突破性变化。 为了实时监控窑体表面温度，尽可能减少表面散热，就必须解决好热工设备表面散热的测量与计算问题。现有的计算中所用到的表面综合换热系数的计算范围，其温度范围上限仅为 240，已严重不能满足新型干法水泥窑表面散热计算的需要。为此，本论文对现有的计算温度区间的相关参数及理论进行了重新的分析研究，得到了计算综合换热系数的回归方程，并应用于对实际范例的计算，结果表明，所得到的方程较好地解决了不同情况下表面综合换热系数的计算问题。 能源是社会生产力的核心和动力源泉，是发展国民经济、改善人民生活水平的重要物质基础，是我国可持续发展的物质基础。正确认识和处理好能源与经济发展的关系涉及到经济和社会可持续发展的各个方面。 中国要落实科学的发展观.实现经济社会的可持续发展和全而实现小康社会的战略日标，必须以能源与经济的协调发展为基本前提。因此，节约能源促进可持续发展。 武汉理工大学论文（设计） - 5 - 第二章第二章 表面散热的测定与计算方法表面散热的测定与计算方法 所有热设备如立窑、回转窑、分解炉、预热器、冷却机及热设备之间的联结管道的表面散热量的测量，均在各热工设备的表面进行。 表面散热量的测定可用热流量计直接测出热设备的表面散热量。若没有热流量计，可测出热设备的表面温度，然后计算出散热量。 测定时将各种需要测定的热设备，按其本身的结构特点和表面温度的差别，划分成若干个区域，计算出每一区域的表面积的大小，分别在每一区域测算其表面散热量，其总和就是该热设备的表面散热量。 2.1 测量方法测量方法 2.1.1 2.1.1 膨胀式温度计膨胀式温度计 膨胀式温度计利用了液体或固体热胀冷缩的性质，它有液体膨胀式和固体膨胀式两种。 2.1.1.1 2.1.1.1 液体膨胀式温度计（玻璃液体温度计）液体膨胀式温度计（玻璃液体温度计） 液体膨胀式温度计就是玻璃液体温度计，广泛用于设备、管道、容器上的温度测量，其测量范围内200+500。这种温度计的优点是结构简单，使用方便，价格便宜和精确度高。 温度计毛细管里面充液体，常用的液体有水银或某种有机液体，如甲苯、酒精、煤油、戊浣和石油醚等。前者测量范围为 0500，后者多用来测量低温，最低可测200。 普通玻璃管温度计 普通玻璃管温度计按其本身形状和结构，可分为三种基本类型，即棒式温度计、内标式温度计和外标式温度计。 棒式温度计，由温包连接一根厚壁的玻璃毛细管而成。温度标尺可直接刻在毛细管的外表面上。安全泡的作用是避免在温度过高时，液体顶破温度计。 内标式温度计，由温包和一根较薄的玻璃毛细管相连，在毛细管后面有一片乳白色玻璃的温度标尺，毛细管同标尺板均固装在一根圆形的玻璃保护套内，套管一端封闭，另一端熔接在温泡上。内标式温度计有较大的热惰性，但在生产和普通实验条件下使用时，观测是比较方便的。 外标式温度计，由接有温包的毛细管直接固定在刻有温度标尺的板上而成（板可用塑料、木料、金属等做成） ，这种温度计的测量液体一般是用染成红色或蓝色的酒精。它基本上只用于测量不超过 5060的空气温度。 玻璃液体温度计按其测量精度可分为三类：工业用的、实验室用的和标准温度计。 标准水银温度计有一等和二等之分，其分度值为 0.050.1，用于校验其它温度计。分度值为 0.1、0.2的一般用于实验室；分度值为 0.5、1、2、5的适于工业上应用。 工业用温度计大多为内标式水银温度计，它有着较长的尾部，且其尾部可以做成直的或弯成 90 、120和 135等角度的几种。工业用温度计的插入深度是固定的，用它测温度时，其尾部应全部插入被测介质内。 安装有工业设设的温度计，为保护其安全起见，通常放在专用的金属保护套管内。为改善套管内壁和温包间的传热，在温包和套管壁间的环形空隙内注入油（当温度计刻度在200以下时）或石墨粉、铜屑（当温度计刻度在 750以下时） 。在套管中注入油或石墨粉、铜屑的高度只要盖住温度计的温包即可，过多会增加仪表的热惰性。 带电接点的玻璃管水银温度计 除普通玻璃管温度计外， 还有一种带电接点的的玻璃管水银温度计。 它与继电器配合，武汉理工大学论文（设计） - 6 - 广泛用于恒温控制、讯号报警等自动装置上。其性能比较稳定，灵敏度也高。 吸附式表面温度计 水泥厂的回转窑是在旋转的，用普通的棒式温度计无法测定其表面温度。建筑材料科学研究院研究了一种吸附式表面温度计（见图 2-1）来测量表面温度，效果较好。 吸附式表面温度计市场上没有供应，需要自己动手制作。把制得的吸附式表面温度计和普通水银温度计放在 CaCl2溶液中，利用 CaCl2溶液不同浓度具有不同沸点这一性质，作了一些实验，得到的数据列入表 2-1 中【9】。 吸附式表面温度计和普通水银温度计测温比较 表 2-1 温度计 测得温度（） 吸附式表面温度计 35 47 100 122 129 150 普通水银温度计 35 49 100 124 130 151 从这组数据的比较中可以看出，两个温度计的差别是很小的。 所需材料：强磁铁一块，400（或 300）水银温度计一支，锌（或铅）一些，内径为 17mm 长为 30mm 的钢管一段，凡士林一些。 制作步骤： （1）将磁铁车削成外径约为 50mm、内径约为 23mm、高约为 12mm 的空心圆柱体。 （2）将 30mm 长的钢管一端磨平，在磨平端上方 18mm 处钻一直径为 8mm 的圆孔。 （3）将锌（或铅）熔融。 （4）在钢管内部涂上一薄层凡士林（防止锌与钢管粘住） ，把钢管放在光滑的瓷板上，再将水银温度计水平放入水孔内（注意刻度向上） ，放入磁铁中，锌与磁铁空隙处用石棉 绳压紧（以防锌柱向外散热） ，即制得吸附式表面温度计。 测定前，先将吸附式表面温度计暴露在空气中的锌柱用石棉绳包好，然后轻轻放上，一定要拿平了轻轻放上，以免强磁铁靠近筒体时，磁力的作用将磁铁猛然吸过去而造成冲击作用损坏玻璃管。待测点上要去掉污垢可以加强传热；锌块周围都用石棉绳包住，减少1 2 3 4 图 2-1 附式表面温度计的构造 1环形磁钢；2锌柱；3石棉绳；4水银温度计 武汉理工大学论文（设计） - 7 - 散热这样可使锌块尽量接近被测物体表面温度，使测量出的温度读数较为准确。温度计吸附在被测筒体上的半小时就可读数。 玻璃管液体温度计的常见故障为工作液柱的断裂，对淮柱断裂可用下述方法处理。 （1）对有安全泡的温度计用热修法： 针温度计缓缓插入温度略高于测量上限的恒温槽中，使液柱断裂部分与整个液柱在安全泡中连接起来，再垂直取出温度计，使其在空气中逐渐冷却至室温。 （2）对没有安全泡的温度计用冷修法： 将温度计插入干冰和酒精的混合液中进行冷缩（若无干冰时，可用冰、盐混合物） ，直到毛细管中的水银全部收缩到玻璃温包中为止。取出温度计时，注意温包切勿与金属物体相碰。 其优点：用于测量窑体的温度准确。缺点：测量温度的时间常数大，锌温度计与窑体温度达到平衡的时间约为 20min，铅温度计约为 30min（锌的导热系数为 100，铅为 30） 。所以反应不够灵敏，微小的温度变化要 10min 后才能反映出来。 2.1.1.2 2.1.1.2 固体膨胀式温度计固体膨胀式温度计 固体膨胀式温度计具有一定的耐振性能，可用来测量气体或液体的温度，它采用叠焊在一起的双金属片作为测量元件。这两金属片的线膨胀系数不同，当又金属片受热温度升高时，金属片 A 伸长量小，金属片 B 伸长量大，引起双金属片弯曲，弯曲的程度与温度高低成正比。为了增大仪表的灵敏度，常将双金属片制成盘旋形或螺旋形，把它们的一端固定，另一端的变形通过传动放大，就能带动指针指示出温度值。 2.1.2 2.1.2 压力式温度计压力式温度计 压力式温度计的测温原理是：封闭在容器中的液体、气体或某种液体的饱和蒸气，受热后温度升高，体积膨胀或压力变化，其变化的值通过弹簧管压力计显示出温度来。主要用来测量气体、蒸气及液体的温度。 压力式温度计，由温包、毛细管和弹簧管压力计组成。温包作为测温元件，温包内所充工作介质可以是液体、气体、也可以是某种液体的蒸气。压力式温度计按其工作介质不同，分成充液体式，充气体式或充蒸气式三种。 液体压力式温度计所充的工作介质以水银最为广泛， 测温范围可达 650。 测量 150和 400以下的温度可分别采用甲醇和二甲苯。 当温包周围温度弯化时，温包内的液体体积就要膨胀或收缩 ，其变化量等于弹簧管内容积随其变形而产生的容积变化量。温度计在使用时，毛细管和弹簧管中液体也会因受到周围温度变化而发生体积变化，引起测量误差，常用的纠正办法是在弹簧管自由端和指针机构之间装上一条双金属片，当周围温度变化时，双金属片受温度影响而膨胀，偏转的方向与盘弹簧扭转方向相反，借以被偿其误差。 气体压力式温度计的工作原理是基本查理定律： 2211TPTP （2-1） 式（2-1）表示在气体容积保持恒定的条件下，气体绝对压力随气体的绝对温度增加而增加。因此，当含有一定容积气体的温包受热时，增大的压力推动盘弹簧动作。由于盘弹簧和毛细管中的气体也会因感受了周围温度弯化而产生压力变化，从而造成测量误差，此误差也可用双金属片来补偿，其工作气体以氮气用得最广，它能测量的景高温度是 500550。 蒸气压力式温度计的工作原理是：低沸点液体的饱和蒸气压只和温度有关，并且仅是武汉理工大学论文（设计） - 8 - 和分界面（气、液分界面）的温度有关。在温包的一部分容积内（约占 2/3 容积）盛放易挥发的液体，而在其它空间以及毛细管、盘弹簧内是这种液体的饱和蒸气，由于分界面处于温包内，因而这种温度计的读数仅和温包温度、即被测介质温度有关。这种温度计不会因毛细管和盘弹簧周围温度的变化以及整个容积的变化而影响读数。 蒸气压力式温度计的主要测量误差是由于低沸点液体的初始饱和蒸气压力与大气压力的差别很小，因此大气压力的变化影响测量准确度，要比气体压力式温度计大。 采用的低沸点液体有：氯甲烷（20+100） ；氯乙烷（0120） ；二乙醚（0150） ；丙酮（0170） ；苯（0120） 。 压力式温度计的测量距离最大可达 60m，精度为 1.5 与 2.5 级。这种温度计的优点是不怕振动。缺点是测温距离远时，滞后较大。 压力式温度计有指示式、记录式、报警式（带电接点）等各种类型。 水泥厂中带电气接点压力式温度计常用于袋式除尘器温度监视，电除尘器进入废气的温度测量，煤磨混合气体的温度测量，磨机轴承润滑油油温的测量等。 2.1.3 2.1.3 热电偶温度计热电偶温度计 热电偶是目前温度测量领域里应用最广泛的测温元件之一。它与其它温度测量元件相比具有突出的优点，这就是：能测量较高的温度；热电偶能把温度讯号转换成电压信号，因而便于讯号的远传和记录，也有利于集中检测和控制；性能稳定，准确可靠；结构简单，讯号测量方便，经济耐用，维护方便等。正是由于它具备了这些突出的优点，所以无论是在工业生产还是科学研究领域里都广泛地使用热电偶来测温。 其缺点：热电偶元件易受化学腐蚀，热电偶的冷端温度对测量有很大影响。 2.1.3.1 2.1.3.1 热电偶的测温原理热电偶的测温原理 如果把两种不同的金属或合金导体 A 和 B 组合成如图 2-2 所示的闭合回路，这就是最简单的热电偶回路。当 A 和 B 相接的两处温度不同时，例如 tt0，在回路中就产生一定大小的电动势),(oABttE，这个物理现象称为热电效应，这个电动势被称为热电势。 两种不同的金属 A 和 B 互相接触时由于 金属材料不同，金属导体内部的电子密度就 不同（所谓电子密度是指单位体积里自由电 子的数目，自由电子的数目多就说明电子密 度大） ，电子密度不同的金属接触在一起就 要发生自由电子的扩散现象，自由电子从密 度大的金属跑到密度小的金属里去。假如导 体 A 的自由电子密度 NA比导体 B 的 NB大，则 就有一些电子从 A 跑到 B 中去，如图 7-43 所示。A 失去了电子带正电，B 得到了电子 带负电，因而 A、B 之间产生了一定的电位差， 这个电位差就是接触电势。同时这个电位差 就在接触处建立了如图中所示的静电场，这 个静电场的方向要把电子从 B 导体吸向 A 导体，电场对电子的作用与扩散现象正好相反。在一定的条件下（即在一定的温度下） ，从 A 扩散到 B 去的电子数目和由于电场力的作用从 B 跑到 A 的电子数目达到了动态平衡，这时就建立了一定大小的接触电势。接触电势。接触电势的大小与温度的高低及导体中的电子密度有关。温度越高，接触电势越大；两金属的电子密度的的比值越大，接触电势也越大，当势电偶的材料一定时，接触电势只与温度有关： t0 A+ B NA NB A B 静电场方向 自由电子的密度 NANB t 图 2-2 热电偶原理 武汉理工大学论文（设计） - 9 - )()(ooABtftE （2-2） )()(tftEAB （2-3） 回路的热电势： )()()()(),(ooABABoABtftftEtEttE （2-4） 在热电偶回路中，A 和 B 两种导体称为热电极。T 端叫做热端，又称工作端；ot端叫做冷端，又称自由端。 如果将自由端温度ot固定，则)(otf=常数，回路的热电势为： )()(),(ttfttEoAB常数 （2-5） 这样，),(oABttE的大小只与工作端的温度t有关了，只要能够测出),(oABttE的大小，就能间接知道被测量温度t的高低，这就是热电偶为什么能够测量测度的原理。图 2-2 的闭合回路实际上只是热电偶的原理性线路，仅用这个线路是根本无法测量温度的。要测量温度就得测量热电势的大小，要测量热电势就得接入测量仪表及联结导线，最简单的实际测温势电偶线路如图 2-3（a）所示。在冷端 t0把焊接处打开，接入联接铜导线和动圈式 动圈仪表 EAB（t0） C t0 ECA（t0） EBC（t0） t0 t0 t0 t0 A B A B A B t EAB（t） （a） （b） （c） 图 2-3 热电偶回路接入第三种金属 仪表，这就相当于在热电偶闭合回路中接入第三种金属，这样一来，热电偶的热电势是否受第三种金属的影响呢？下面来讨论这个问题。 图 2-3（b）所示，A、B 为热电极，C 为加接的第三种金属（导线和动圈仪表） 。从图2-3(b)可以看出，这个电路的热电势为： )()()(oCAoBCABtEtEtEE （2-6） 如果ott ，则电路中的热电势为零，式（2-6）可写成 0)()()(oCAoBCoABtEtEtEE （2-7） 武汉理工大学论文（设计） - 10 - 即： )()()(oABoCAoBCtEtEtE （2-8） 将式（2-8）代入式（2-6）得： )()(oABABtEtEE （2-9） 式（2-9）的热电势和图 2-3(c)的热电势一样，这说明了在势电偶回路中，接入第三种金属材料，只要第三种金属材料两端的温度相同，热电偶产生的热电势保持不变，不受第三种金属接入的影响。 2.1.3.2 2.1.3.2 常用热电偶及其材料常用热电偶及其材料 热电偶可用不同材料制成，常见的有以下几种： 铂铑-铂热电偶 铂铑是正极，它是由 90%的铂和 10%的铑制成的合金；铂是负极，是纯铂丝。因这种热电极材料很昂贵，故一般热电偶丝的直径都在 0.5mm 以下。由于容易得到化学纯的铂和铂铑，物理稳定性较高，因而测量准确性高，便于复制。可用于精密的温度测量或作为标准热电偶。在氧化性及中性气氛中，具有较高的特理化学稳定性。在长期使用条件下可测量 1300以下的温度，在良好的使用环境下可短期测量高达 1600的温度。 这种热电偶的主要缺点是灵敏度低， 平均只有 0.009mv/； 铂丝易受还原性气氛侵蚀；铂铑丝中的铑分子在长期使用中受高温作用而挥发，并使铂丝受污染而变质，从而引起热电性能改变，失去测量准确性。 此外，这种热电偶成本高，比较昂贵。 镍铬-镍铝（镍铬-镍硅）热电偶 镍铬是正极，镍铝（镍硅）是负极，丝的直径大多在 1.22.5mm 之间。因为两电极中都含有大量的镍，抗氧腐蚀性能较强，化学称定性较高，可在氧化性或中性介质中长期测量 900的温度，短期测量可高达 1300。其次是材料的复制性好；灵敏度高，约0.041mv/，相当于铂铑-铂热电偶的 4 倍多。 这种热电偶的主要缺点是在高温下易受还原性气体的侵蚀而变质精度比不上铂铑-铂热电偶， 但在工业生产中已完全能满足使用要求， 是目前工业生产中使用最广泛的热电偶。 镍铬-老铜热电偶 镍铬为正极，考铜为负极。热电偶丝的直径以 1.22mm 较多。这种热电偶适应于还原及中性气氛中使用，因考铜合金丝易受氧化而变质；而且不能承受太高的温度，长期使用可达到 600， 短期使用可测量 800的温度。 其突出的特点是灵敏度高， 约 0.078mV/，相当于铂铑-铂热电偶的 8 倍多，此外价格较便宜。 以上介绍的三种在工业生产及科学实验中应用最广泛最普遍的热电偶，其中 LB 热电偶的突出特点是精度较高，能面坑温，因此常用于精密的温度测量及高温测量中，但价格较高，而 EU 和 EA 热电偶价格便宜，因此在温度低于 1000，精度要求不是很高的场合下都应尽量采用 EU 和 EA 热电偶。 除上面常用的三种热电偶外，还有一引起新型的热电偶材料，其中钨铼系热电偶已开始被水泥工业所采用。钨铼系热电偶是目前一种较好的超高温热电材料，其景高使用温度受绝缘材料的限制，一般可用到 2400。国产钨铼5-钨铼20热电偶，以钨铼5作正极，钨铼20作负极，使用范围为 3002000。 2.1.3.3 2.1.3.3 热电偶的结构热电偶的结构 热电偶的结构型式是多种多样的，它完全是根据被测温度对象的具体情况决定的。例如在被测气氛良好的情况下，只要把两根热电极之间加以绝缘防止短路就可以插到被测介质中，这是最简单的情况。 为了避免电偶遭受有害介质的化学作用，以及避免机械损伤，热电偶一般都装在带有武汉理工大学论文（设计） - 11 - 接线盒的保护套管中。 带有保护套管的热电偶的结构为，下部为保护套管，上部为接线盒，接线盒内有接线柱，可以借助于接线柱把势电偶和导线联接起来。接线盒除了可以方便地进行接线外，还有防尘和防水的作用。 热电偶的两根热电极是用电弧、 乙炔焰等方法把他们焊接在一起的。热电偶插在保护套管里，为了避免两金属丝之间的短路，在两金属丝之间用绝缘子隔开，绝缘子有单管的也有双管的。 有的保护套管上还有安装热电偶用的安装螺丝或安装法兰。 根据热电偶的使用条件不同，常用保护套管的材料有：无缝钢管、不锈钢管、石英管和陶瓷管等。 热电偶的结构除上述这种普通常用的结构外，还有一些特殊需要的结构。如水泥厂常要测窑体表面温度，而且回转窑还在转动，所以适应这种情况使用的热电偶的结构就比较特殊，下面介绍一下这种结构的热电偶WNEA22 型表面温度计。 WMEA22 的型表面温度计， 其热电极是由镍铬-考铜组成， 制成 0.50.1mm 的薄片，弯成弓形。在热电极两旁有两片和热电极形状相似的弹簧片保护。它们都安装在支架上，支架上装有四个滚轮，支架和支杆之间靠螺栓和螺丝旋钮连接在一起，支杆末端是手柄。热电极靠 1.5 米长的补偿导线和显示仪表毫伏计相接。测定时，用手拿住手柄，将四个滚轮压在转动的筒体 1 上，支架不动，滚轮随筒体转动。热电极的热接点贴在筒体上受热温度升高，其产生的热电势通过补偿导线传至毫伏计显示出温度来，这温度就是筒体表面温度。支杆和支架之间的角度可旋动螺丝旋钮，松开后调节角度，调至方便测定为止。 2.1.3.4 2.1.3.4 热电偶的二次仪表和冷端温度补偿热电偶的二次仪表和冷端温度补偿 热电偶的二次仪表 热电偶输出的毫伏信号，测量其毫伏数常用毫伏计（动圈仪表）及直流电位差计。用直流电位差计测量热电偶的毫伏数准确度较高，但使用麻烦，常用于校正热电偶；用毫伏计来测量热电偶的毫伏数，虽测量准确度不如直流电位差计，但毫伏计结构简单，使用方便，其准确度完全能满足工业上的要求，所以工业上广泛应用毫伏计来测量热电偶的毫伏数。与热电偶配套的毫伏计的刻度不是刻的毫伏数，因为这样还须查表查出其对应的温度来，很麻烦，所以目前与热电偶配套的毫伏计的刻度直接刻的是温度，这样使用就非常方便。但使用时，一定要注意是否配套，不要搞错。另外，还应注意毫伏计上规定外线电阻数值，如果外线电阻达不到要求数值，可以串联一个外接电阻调整之，否则会影响其测量准确度。 热电偶冷端温度补偿 热电偶的分度表是在冷端温度为 0时分度的。在实际测定时，热电偶的工作端（热端）和冷端离得很近，另外由于冷端暴露在空间受到周围介质温度波动的影响，所以冷端温度不会保持在 0不变，因而会引起误差。为了消除或减小这些误差，可采用以下几种方法加以补偿修正。 （1）补偿导线法：为了使热电偶的冷端温度保持恒定，当然可以把热电偶做得很长，使冷端远离工作端，并连同二次仪表一起安置在在或波动较小的地方，但这样做会使安装不方便，另一方面也要多耗费许多贵重的金属材料。因此，一般是用一种特殊的导线（称补偿导线）将电偶的冷端延伸出去。这种导线在一定温度范围内（0100）又具有和所连接的热电偶相同的热电性能，其材料又是廉价金属，对廉价金属制成的热电偶，则可用其本材料作补偿导线。 常同热电偶的补偿导线列于表 2-2。在使用补偿导线时，必须注意的是热电偶与补偿导线连接处的温度不能超过 100，否则将会引导起较大测量误差。其次是补偿导线有正负极性之分，注意不能接反，否则也将会引导起很大的测量误差。 武汉理工大学论文（设计） - 12 - 常用热电偶的补偿导线 表 2-2 热电偶名称 补偿导线 正级 负极 材料 颜色 材料 颜色 铂铑-铂 镍铬-镍铝（硅） 镍铬-考铜 铜 铜 镍铬 红 红 褐绿 镍铜 康铜 考铜 白 白 白 （2）冷端温度校正法：上述的补偿导线只能将热电偶冷端移至较低较稳定的地方，但是冷端温度还不是 0，因此对仪表指示值需要用下法校正。 计算法：如果冷端温度保持不变，而且已知其温度为ot，则测得的热电势),(ottE要小于冷端为 0时的热电),( otE。 此时， 为求得真实温度可利用),( otE=),(0ttE+),(0otE进行修正。 对于具有零位调节器的显示仪表，如果冷端温度是恒定的，也可以预先把显示仪表指针调整到已知的冷端温度上，这样就等于把校正值直接加到显示仪表上，显示仪表的指示值就是热端的实际温度值了。 如果与热电偶配套的显示仪表是按温度刻度的，测量精确度要求不高时，则可以直接把已知的冷端温度ot加到显示仪表的读数上去。 （3）冰槽法：既然热电偶分度表都是在冷端为 0的情况下得到的，那么在测量温度时，如果也把热电偶的冷端置于 0的温度下，就不需要进行校正了。这就是设置一个温度恒为 0的冰点槽，则温度就是 0。但必须注意冰和水都要比较清洁，冰要砸成碎块。在盖子上插进几个盛油的试管（试管里的油是为了保证传热性能良好）