Transcript 03SK第四章温度测量1

第四章 温度测量
*概述
1.温度测量的重要性
2.温度的测量方法：计量某些与温度相关的物理量
3.温度计的分类
(1) 接触式测温
特点：要求感温元件侵入被测介质或与被测对象
直接接触，并且与被测介质达到热平衡。
优点：价廉、系统简单易于实现、可靠性好；
缺点：干扰流场或破坏被测表面、频响低、测温
范围有限、测量高温高速介质误差大。
第四章 温度测量
*概述
种类：膨胀式温度计、电阻温度计、热电偶温度
计等。
(2) 非接触式测温
特点：感温元件与被测对象不直接接触。
优点：不干扰流场和被测对象表面、灵敏度高、响
应快、测温范围广尤其适于测高温；
缺点：对封闭壳体内部对象不易实现、影响测温精
度因素多、系统相对复杂、价格相对较高。
种类：光学高温计、红外测温仪等。
第四章 温度测量
*概述
4.温标
(1) 常用温标：热力学温标T（K）、 摄氏温标t(ºC)、
华氏温标t(ºF)
(2) 换算关系： t(ºF)=[9/5 t(ºC)+32º] ºF
T (ºK)=273.15 + t(ºC)
5.本章主要内容
测温仪表：电阻温度计、热电偶、示温漆、亮度温
度计、比色高温计、红外热像仪等；
测温对象：气体（高温、高速气体）、固体表面；
校准：静态标定和动态校准。
电阻温度计
概述
(1) 定义：利用导体或半导体的电阻值随温度变化
的性质来测量温度的温度计叫电阻温度计。
(2) 分类：热电阻、热敏电阻。
a.热电阻
定义：感温元件是导体。
温度特性：随着温度的升高电阻值升高。一般温度
每升高1 ºC，电阻值升高0.4~0.6%。
2
3
R

R
(
1

At

Bt

Ct
)
电阻值与温度之间的关系为： t
0
电阻温度计
概述
b.热敏电阻
定义：感温元件是半导体。
温度特性：随着温度的升高电阻值下降。一般温度
每升高1 ºC，电阻值下降3~6%。
电阻值与温度之间的关系为： RT  A exp(B / T )
电阻温度计
概述
(3) 材料要求
在测温范围内化学及物理性能稳定，电阻温度系
数大、热容量小、电阻与温度之间的关系近于线性、
容易复制和价格便宜等。
(4) 特点
优点：性能稳定、灵敏度高、精度高、无参考端温度补偿
问题、测温系统简单、适于中低温测量。
缺点：一般热惯性较大、不能测点的温度、精度受导线电
阻影响。
(5) 常用电阻温度计
铂热电阻、铜热电阻
电阻温度计
铂热电阻
(1) 温度-电阻关系
 200 ~ 0 C : Rt  R0[1  At  Bt 2  Ct 3 (t 100)]
0 ~ 850C : Rt  R0 (1 At  Bt )
2
(2) 温度系数：=0.003850 ºC -1
(3) 常用铂电阻温度计：Pt100和Pt10
(4) 常用温度范围： －200~850 ºC
(5) 允差：A级(0.15+0.002|t|)、B级(0.3+0.005|t|)
(6) 优点：化学物理性能稳定、测温精度高、易复制
缺点：价格相对昂贵、不易在还原气氛中使用。
电阻温度计
铜热电阻
(1) 温度-电阻关系：Rt=R0(1+t)
(2) 温度系数：=0.004280 ºC -1
(3) 常用铜电阻温度计：Cu100和Cu50
(4) 常用温度范围： -50~150 ºC
(5)允差：0.1% R0
(6) 优点：电阻与温度有良好的线性关系、温度系
数比铂大、易复制、价廉；
缺点：易氧化、温度范围小、尺寸大、响应较慢
电阻温度计
热敏电阻
热敏电阻是由氧化锰、氧化镍、氧化铁等金属氧化
物烧结而成的。
1 1
B(  )
T T
R
(
T
)

R
(
T
)
e
(1) 温度-电阻关系：
0
0
(2) 温度系数：=-B/T2
(3) 常用温度范围： -170~300 ºC
(4) 优点：温度系数大、灵敏度高、不受引线电阻
影响便于远距离测量、可制成任意大小和形状、薄
膜热敏电阻的响应可到毫秒量级；缺点：无统一分
度表、非线性严重、互换性差、不适于高温测量。
电阻温度计
热电阻的结构
(a) 铂电阻
1-引出线；2-铂丝；3- 云母骨架；4-保护用云母
片；5-银绑带；6-铂电阻横截面；7-保护套管；
8-石英骨架；9-法兰；10-接线盒
(b) 铜电阻
1- 引线；2-塑料骨架；
3-铜线；4-内保护套管；
5-外保护套管
电阻温度计
热电阻测量电路
平衡电桥法
(1) 两线制
设Rx  Rt  ra  rb
电桥平衡时:
Rx
R2

R3  R3
R1
由于ra和rb受环境温度
影响，因而无法精确测
出Rt，从而带来测量误
差。
电阻温度计
热电阻测量电路
(2) 三线制
电桥平衡时:
Rt+ra=(R3+rb)R2/R1
=R3+rb；
其中： R1 =R2，
ra=rb=rc
则：Rt=R3
示值精度：0.5级
记录精度：1.0级
电阻温度计
热电阻测量电路
动圈式仪表
原理：
国产动圈式仪表的型
号为XCZ－102，精度
为1.0级。
注意事项：不允许在
断开热电阻时接通动
圈式仪表的电源，不
然，会因动圈内有过
大电流而损坏仪表。
电阻温度计
热电阻测量电路
电位差计
UN
I 
RN
U t  IRt
Ut
Rt  R N
UN
电阻温度计
热电阻测量电路
恒流源法
Ut
Rt 
I
特点：恒流源
内阻高，可不
计导线电阻的
影响。精度只
取决于恒流源
的精度。
电阻温度计
热电阻测温系统误差分析
(1) 热电阻分度误差1
(2) 自热效应误差2
(3) 导线电阻变化带来的误差3
(4) 显示仪表的基本误差4
热电偶温度计
热电偶测温原理
热电效应：不同材料导体、闭合回路、接点温度不同
热电偶：两种不同材料构成的这种热电变换元件
热电极：构成热电偶的两种不同材料的导体
热端：接点之一，也称为工作端或测量端
冷端：接点之二，也称为
自由端或参考端
热电偶温度计
热电偶测温原理
接触电势eAB
温差电势eA(T,T0)
eA (T , T0 )  eA (T )  eA (T0 )
热电偶温度计
热电偶测温原理
总热电势=接触电势+温差电势
EAB (T , T0 )  eAB (T )  eAB (T0 )  eA (T , T0 )  eB (T , T0 )
 eAB (T )  eAB (T0 )  [eA (T )  eA (T0 )]  [eB (T )  eB (T0 )]
 [eAB (T )  eB (T )  eA (T )]  [eAB (T0 )  eB (T0 )  eA (T0 )
 EAB (T )  EAB (T0 )  EAB (T )  EBA (T0 )
热电偶温度计
热电偶测温原理
如热电偶材料一定： EAB (T , T0 )  f (T )  f (T0 )
如参考端温度一定： EAB (T , T0 )  f (T )  C   (T )
热电偶分度表：参考端温度为0℃ 时，热电势与
测量端温度t的一一对应关系
热电偶温度计
热电偶回路的性质
均质材料定律
由一种均质材料组成的闭合回路，不论导体的
截面、长度及各处温度分布如何，也不论两个接
点是否有温差，都不会产生热电势，即回路中的
总热电势为零。
均质：温度变化10ºC热电势变化0.005mV以内。
热电偶温度计
热电偶回路的性质
中间导体定律
在热电偶回路中，插入第三种（或多种）均质
导体，只要插入导体两端温度相同，则对热电偶
的总热电势没有影响。
热电偶温度计
热电偶回路的性质
中间温度定律
E AB (t, t0 )  E AB (t, t n )  E AB (t n , t0 )
热电偶温度计
热电偶回路的性质
连接导线定律
如果连接导线不是AB而是A'B ' ，可以证明
EABB' A' (t, tn , t0 )  EAB (t, tn )  EA' B' (tn , t0 )
热电偶温度计
热电偶回路的性质
如tn在一定范围内变化时，A'B'的热电特性与AB
的热电特性接近，则
EABB' A' (t, tn , t0 )  EAB (t, tn )  EAB (tn , t0 )  EAB (t, t0 )
补偿导线：在一定温度范围内，其热电特性与被连接的热
电偶的热电特性相接近的连接导线，称为该热电偶的补
偿导线。
补偿导线的作用：
(1) 将热电偶参考端从温度波动的地方(tn)延伸到温度稳定
的地方(t0)。
(2) 节省贵金属材料
热电偶温度计
热电偶材料
热电偶材料应满足的条件
(1) 有较高的热电势输出，线性好；
(2) 测温范围宽，物理、化学及热电特性稳定；
(3) 电导率要高，电阻温度系数和比热小；
(4) 易于复制，工艺性及互换性好，便于采用统一
的分度表；
(5) 机械性能和焊接性能要好;
(6) 资源丰富价廉。
热电偶温度计
标准化热电偶
定义：工艺成熟、应用广泛、热电特性稳定，并已列入工
业标准化文件中，有统一分度表的那些热电偶。
(1) 铂铑10-铂热电偶—S型
优点：热电特性稳定，抗氧化性能好，便于复制，可用于
精密测温及作为标准热电偶；
缺点：价格较贵，机械强度稍差，热电势小，灵敏度较低，
在还原性气氛及二氧化碳、硫、硅和碳所产生的蒸气中
易被沾污变质，需加保护管；
测温范围：0~1600 ºC；
正负极识别：正极较硬，负极柔软。
热电偶温度计
标准化热电偶
(2) 铂铑30-铂铑6热电偶—B型
优点：与S型热电偶相比，稳定性更好，测温上限
更高，而且抗沾污能力好，机械强度好，由于室
温下其热电势极小，故一般不需要参考端温度补
正；
缺点：价格比S型更贵，热电势更小，灵敏度更低；
测温范围：600~1800 ºC；
正负极识别：正极较硬，负极稍软。
热电偶温度计
标准化热电偶
(3) 镍铬-镍硅热电偶—K型
优点：热电特性呈近似线性关系，热电势率大，灵
敏度高，价廉，机械强度好。500 ºC以下可在还
原、中性和氧化性气氛中可靠地工作。丝径范围
大；
缺点：500 ºC以上只能在中性和氧化性气氛中工作；
测温范围：室温~1300 ºC；
正负极识别：正极不亲磁，负极稍亲磁。
热电偶温度计
标准化热电偶
(4) 铜-康铜热电偶—T型
优点：热电势率大，热电特性较好，易复制、价廉；
缺点：易氧化，使用温度不宜超过300 ºC。
测温范围：-200~300 ºC；
正负极识别：正极红色，负极银白色。
热电偶温度计
非标准化热电偶
(1) 钨铼系热电偶(钨铼5-钨铼20、钨铼5-钨铼26、钨
铼3-钨铼25等)
特点：超高温热电极材料，热电极本身使用温度可
达2800 ºC。热电特性几乎呈线性、灵敏度高。
但抗氧化性能差。
(2) 铱铑系热电偶(铱铑40-铱、铱铑50-铱、铱铑60-铱
等)
特点：是目前在真空和中性气氛中，特别是氧化性
气氛中唯一可长期测量2000 ºC高温的热电偶。
热电偶温度计
热电偶的基本结构
1-接线盒；2-保护套管；
3-绝缘套管；4-热电偶丝
(1) 裸丝
(2) 带包皮热电偶
塑料包皮：耐温100 ºC以下；
氟塑料包皮：耐温300 ºC以下；
玻璃丝包皮：耐温500 ºC以下；
石英包皮：耐温900 ºC以下。
热电偶温度计
热电偶的基本结构
要求：
(1) 在整个测温范围内能可靠地工作；
(2) 有足够的绝缘电阻及电绝缘强度；
(3) 有足够的机械强度、耐振和耐热冲击等。
热电偶温度计
热电偶的基本结构
铠装热电偶
a. 结构：热电偶丝、绝缘材料、金属套管三者组
合冷加工，由粗坯逐步拉制而成；
b.特点
优点：尺寸小，测量端热容小，动态响应快；机械
强度好，能耐高压、耐强震动、耐冲击；挠性好；
缺点：绝缘材料易吸潮，断口处要立即用环氧树脂
封口，使用前要烘烤，并检查绝缘性能；如太硬，
还要进行退火处理。
热电偶温度计
热电偶的基本结构
(4) 薄膜热电偶
结构：由两种金属薄膜连接
而成。有片状、针状和热
电极材料直接蒸镀在被测
表面上三种形式。
特点：测量端小而薄，约为
0.01~0.1m。故响应快，
时间常数为微秒级。测温
上限受粘接剂耐热性的影
响，一般到300 ºC
1-热电极；2-热接点；
3-绝缘基板；4-引出线
热电偶温度计
热电偶参考端温度处理
(1) 冰点法保持参考端温度为0ºC
1－冰水混合物；
2－保温瓶；
3－油类或酒精；
4－蒸溜水；
5－试管； 6－盖；
7－铜导线；
8－显示仪表
热电偶温度计
热电偶参考端温度处理
(2) 参考端温度t0为不等于0ºC的定值
(a) 热电势修正法
EAB (t,0)  EAB (t, t0 )  EAB (t0 ,0)
(b) 调整仪表起始点法
热电偶温度计
热电偶参考端温度处理
(3) 参考端温度t0波动时的补偿方法
a. 补偿导线法
作用：将参考端从温度波动的地方延伸到温度较低而且较
稳定的新位置；
标准热电偶配对补偿导线：
S、B型——铜-铜镍或B型用铜线；
K型——补偿型为铜-铜镍，延伸型为本身；
T型——为铜-铜镍。
注意事项： 必须配对使用；极性切勿接反；两连接点温
度必须相同，且不超过规定的温度范围。
既然延伸型补偿导线材料与热电偶本身一样，为何还要使
用补偿导线？
第二节 热电偶温度计
2.5 热电偶参考端温度处理
b. 冷端温度补偿器
原理：根据电桥平衡原理
，让电桥在20 ºC时达到平
衡，当偏离20 ºC时，电桥
输出
E (t ,20)
AB
n
根据中间温度定律
ECD (t, tn )  ECD (tn ,20)  ECD (t,20)
热电偶温度计
热电偶参考端温度处理
c. 温度补偿盒
作用：在不需要外部电源的情况下，为多点热电偶
参考端提供均匀的、稳定的、已知的温度场。高
精度铂电阻温度计置于该装置内，用来修正热电
偶参考端的温度。
主要技术指标：
温度均匀性：各通道间温差小于0.2 ºC；
绝缘电阻：各通道之间，通道对地，500M；
使用环境温度：-40 ºC~+60 ºC。
热电偶温度计
热电偶测温回路
热电偶温度计
差动热电偶
注意：(1) 两支热电偶补偿导线延伸出来的新冷端
温度必须相同；(2) 两支热电偶的热电势E和温度T
之间的关系必须呈线性。
热电偶温度计
热电偶并联测量线路
目的：用于测量多点温度的平均值。
E
1
( E1  E2  E3 )
3
注意：只有当三支热电偶均工作在线性部分时，
该电势平均值才能代表各点温度的平均值
热电偶温度计
热电偶的校验
目的：保证和提高热电偶精度；
方法：定点法和比较法。
定点法：利用纯金属(如金、银、锌、锑、铜等) 在
熔化或凝固过程中，其平衡点具有固定不变的温
度作为检定标准，对被检热电偶进行分度。
比较法：利用高一级的标准仪器，在电阻炉或恒温
槽中直接比较的一种分度方法。
热电偶温度计
热电偶的校验
热电偶温度计
热电偶的校验
热电偶温度计
热电偶测温系统的误差分析
(1) 热电阻偶分度误差1
(2) 补偿导线误差2
(3) 冷端线补偿器误差3
(4) 测量仪表的基本误差4
接触式测温技术及误差分析
概述
接触式测温感受元件输出＝被测对象温度的两个必
须满足的条件：
(1) 热力学平衡：感受元件与被测对象组成热力学
孤立系统，并达到热平衡。
(2) 响应速度：响应能够无延迟地跟随被测对象温
度的变化而变化，即要使温度计的热容和热阻
都为零。
接触式测温技术及误差分析
概述
解决办法：
(1) 分析被测对象，选择合理的测温技术，尽可能
地减小各种影响测温准确度的因素；
(2) 通过对各种影响因素的分析，使用简化的模型
来对温度计的输出进行一些近似的修正，以获得
准确的温度值。
流体温度测量
接触式测温技术的一般问题及热平衡方程
(1)测量端与气流之间
的对流换热
Q  A0 (Tg  T j )
(2) 测量端与周围环境
之间的辐射换热
4
4
QR   s A0 X1,2 [Tj  Tw ]
 A0 [T  T ]
4
j
4
w
(3) 测量端的导热 Q  f
T j
x
流体温度测量
接触式测温技术的一般问题及热平衡方程
(4) 测量端的储热 Qs  cV T j
t
测量端的热平衡方程式为: Q  Q  Q  Q

r

s
即有：
A0 (Tg  T j )  A0 (T  T )  f
4
j
4
w
T j
x
 cV
T j
t
从而得到：
 4
f T j
cV T j
4
T  Tg  T j 
[T j  Tw ]  (
)
(
)

A0 x
A0 t
流体温度测量
影响接触式测温的因素
(1)
(2)
(3)
(4)
传热方面的原因：包括辐射和导热误差；
气动原因：速度误差；
动态响应原因：动态响应误差；
催化效应和火焰稳定效应：
气体温度测量
高速气流温度测量及速度误差分析
总温：气流速度绝能等熵滞止到零时的温度。
2
v
T  T  Tv  T 
2c p
*
其中：T为静温，代表气体分子无序运动的动能；
Tv为动温，表示气体分子定向运动的动能。
由于气流静温不容易测量，通常都是通过测量
总温与速度来求得。
气体温度测量
高速气流温度测量及速度误差分析
T
1
气体动力学函数： ( M a )  T * 
k 1
2
1
Ma
2
T
k 1 2
 ( )  *  1 

k 1
T
马赫数与速度系数
之间的关系为：
2
2
Ma
2  k  1
k 1 2
1
Ma
2
气体温度测量
高速气流温度测量及速度误差分析
有效温度Tg：当温度探针置于气流中时，它感受
到的温度由于气流部分滞止而高于静温，但又不
能完全滞止而低于总温，此温度称为有效温度。
Tg  T
Tg  T
复温系数：
r *
 2
T  T v /(2c p )
k 1 2
M
*
速度误差： T  T *  T  (1  r )[ 2
]
T
v
g
k 1 2
1
M
2
气体温度测量
高速气流温度测量及速度误差分析
影响速度误差的因素
(1) 复温系数越小，速度误差越大；
(2) Ma数越高，速度误差越大。
减小速度误差的措施
(1) 采用滞止罩，并使测量端平行于气流方向；
目的：使流过测量端的气流速度降低到一定程度，
从而使速度误差减小到允许范围之内而予以忽略。
一般讲，当流过测量端的气流Ma数 <0.2时，可
忽略速度误差。
气体温度测量
高速气流温度测量及速度误差分析
气体温度测量
高速气流温度测量及速度误差分析
(2) 用实验方法测出复温系数r值，在已知Ma数下，
计算出静温和总温，从而求出速度误差，对测温
结果进行修正。
1
T  Tg
k 1
1 r
M a2
2
k 1
1
M a2
2
T *  Tg
k 1
1 r
M a2
2
气体温度测量
高速气流温度测量及速度误差分析
复温系数的测定
k 1 2
Ma
*
*
2
r  1  (T  Tg ) /(
)T
k 1 2
1
Ma
2
2
p*
Ma 
[( )
k 1 p
k 1
k
 1]
k
k 1
p*
*
r  1  (T  Tg ) /[1  ( ) ]T
p
*
气体温度测量
高速气流温度测量及速度误差分析
气体温度测量
高速气流温度测量及速度误差分析
难点：
(1) 被校热电偶只有速度误差即Tg=Tj；
(2) 测准T*-Tg：采用温差法。
气体温度测量
高温气流温度测量及辐射误差分析
辐射误差：由于测量端与环境之间的辐射换热，引
起测量端温度Tj偏离气流有效温度 Tg的误差。

4
4
Tr  Tg  T j 
(T j  Tw )

(1) 减小辐射误差的具体方法
a. 减小测量端与其“可视”壁面的温差：最简单而
有效的办法是对测量端加装屏蔽罩。
气体温度测量
高温气流温度测量及辐射误差分析
气体温度测量
高温气流温度测量及辐射误差分析
b. 增大对流换热系数


B v m
  N u  ( BR )  1m ( )
d
d
d

m
e
对于气流绕流球形测量端的换热情况，可实验求得
B=0.33；m=0.6，此时
 0.6v 0.6
  0.33
c. 提高壁温
d. 减小热电极的黑度
 d
0.6
0.4
( Pr  0.7)
气体温度测量
高温气流温度测量及辐射误差分析
(2) 辐射误差的校准与估算
Tr 
K rad
(
Tj
p T0
Ma
p0
)
3.82
Tw 4
[1  ( ) ]
Tj
式中：Krad为辐射修正系数，由实验确定；Ma为气流马赫
数；p为气流静压；p0为参考静压，取0.1MPa；T0为参考
温度，取555K；Tj为传感器指示温度；Tw为气流管道壁面
温度。
气体温度测量
导热误差分析
导热误差：由于测量端与热电偶安装座之间的温
差，使得测量端沿热电极及支杆导热而造成的测
量误差。
根据无限长枢轴热传导理论，在稳态且忽略
辐射换热的条件下：
Tg  Tb
Tc  Tg  T j 
 U 
ch L

F 

气体温度测量
导热误差分析
减小导热误差的具体措施：
(1) 增大L/d：
对于裸丝支杆式热电偶，可用“侵入总直径数”的概念来
考虑侵入长度的影响，以把实验数据加以推广。裸丝支杆
式热电偶的“侵入总直径数”为
L极
L杆
L



d
d极
d杆
只要侵入的总直径数相同，则不同尺寸的热电偶的导热误
差也大致相同。对高Re数，L/d>10时，导热误差就比较小
了。但当Re数 很低 ，而且准确度要求较高时 ，则要求
L/d>20。
气体温度测量
导热误差分析
(2) 选用导热系数小的材料做热电极、绝缘套管、
支杆及屏蔽罩等，以增加导热热阻；
(3) 增大对流换热系数；
(4) 提高安装座温度。
气体温度测量
动态气流温度测量及动态误差分析
动态温度测量：气流温度随时间变化的不稳定状态
的温度测量。
动态响应误差：由于热电偶本身具有热惯性，所以
热电偶测量端温度Tj的变化不但在时间上滞后于
Tg的变化，而且在量值上也将偏离Tg，其偏差
（Tg-Tj）即为热电偶的动态响应误差。
热平衡方程式：
Q  Qs
A0 (Tg  T j )  Vc
dTj
dt
气体温度测量
动态气流温度测量及动态误差分析
Vc dTj
Tg  T j 
A0 dt
令时间常数：
Vc
 
A0
动态响应误差：
Tg  T j  
T  Tg  T j  
dTj
dt
dTj
dt
气体温度测量
动态气流温度测量及动态误差分析
时间常数 的测定
(1) 热电偶对温度阶跃的响应
第三节 气体温度测量
3.5 动态气流的温度测量
通过对动态响应误差公式积分得到：
Tg  T j  (Tg  T j 0 )e

t

当t=  时：T  T  (T  T ) 1  0.368 (T  T );
g
j
g
j0
g
j0
e
1
或 T j  T j 0  (1  )(Tg  Tg 0 )  0.632 (Tg  Tg 0 )
e
(2) 参考时间常数：  s 
Vc
A0
气体温度测量
动态气流温度测量及动态误差分析
减小动态响应误差的方法
(1) 采用尺寸较小和V/A0较小的测量端；
(2) 增大换热系数；
(3) 控制导热的影响
气体温度测量
催化效应及火焰稳定效应
催化效应：可燃气体遇到贵金属时，会在贵金属
的催化作用下进行燃烧，从而使测量端温度偏高。
影响催化效应的主要因素有：
(1) 热电极材料和燃气的成分及浓度；
(2) 燃气温度；
(3) 气流速度；
(4) 热电极表面状况。
气体温度测量
催化效应及火焰稳定效应
火焰稳定效应：当热电偶插入燃气时，由于其下游
形成低速回流区，因此就可能形成稳定的火焰，从
而使测量端温度偏高。
热电偶的火焰稳定效应所引起的偏差，将随燃
气浓度、温度及热电偶直径的减小而减小。在一般
情况下，这种效应可不予考虑。
总温热电偶的设计
设计原则
总温热电偶：在热电偶的结构上采取一定措施，把
热电偶的速度误差、传热误差和动态响应误差减小
到允许的误差范围之内，使测温时能直接读取气流
总温的热电偶。
减小误差的主要措施为：
(1) 装滞止罩，降低罩内气流速度以减小速度误差
(2) 装屏蔽罩及增加罩内气流速度以减小辐射误差
(3) 增加裸丝侵入长度及增加流过测量端的气流速
度以减小导热误差；
(4) 减小测量端尺寸及其体积V和表面积A0的比值V/A0，并
增加流过测量端的气流速度以减小动态响应误差。
总温热电偶的设计
设计原则
总温热电偶设计需考虑的主要因素：
(1) 温度范围；
(2) 测量位置；
(3) 强度；
(4) 测温目的(精度要求)；
(5) 主要误差源；
(6) 堵塞；
(7) 安装方式；
(8) 加工难度。
总温热电偶的设计
屏罩设计
(1) 确定屏罩最佳内流速度
T  Tv  Tr  Tc );
 4
4
Tr 
[T j  Tw ];

其中：
v2
Tv  (1  r )
;
2c p
Tc 
Tg  Tb
4
ch[ L
]
d
;

B
d
1 m
v
( )

m
总温热电偶的设计
屏罩设计
T
令
 0 来确定最佳内流速度
v
Tv Tr

 0;
若不考虑导热误差，则
v
v
v佳  {
m d
 c p [T j  Tw ]
}
B (1  r )
1 m
m
4
4
1
m 2
总温热电偶的设计
屏罩设计
(2) 根据连续方程确定排气孔直径
k 1
2
k 1
1

M

q( j佳 ) M j佳
nf
2


[
] 2 ( k 1)
Fj
q( )
M  1  k 1 M 2
j佳
2
d 
4F j M
j佳
nM 
k 1
2
k 1
1
M
2 ( k 1)
2
[
]
k 1
2
1
M j佳
2
总温热电偶的设计
屏罩设计
(3) 屏蔽罩入口应加工导角；
(4) 排气孔应紧靠裸丝根部，并应尽量与热电极
处于同一侧；
(5) 屏蔽罩与气流方向平行。
总温热电偶的设计
测量气流温度的几种典型热电偶
(1) 滞止式热电偶
滞止罩：若出气孔比进气孔小得多，则屏罩内的
气流速度较小，故热电偶的复温系数较大，速度
误差较小，这种屏罩主要起滞止气流速度的作用
总温热电偶的设计
测量气流温度的几种典型热电偶
(2) 屏蔽式热电偶
总温热电偶的设计
测量气流温度的几种典型热电偶
(3) 采样热电偶
总温热电偶的设计
测量气流温度的几种典型热电偶
(4) 多点热电偶
五点棒状热电偶
总温热电偶的设计
测量气流温度的几种典型热电偶
耙状热电偶
涡轮进口梳状热电偶
总温热电偶的设计
测量气流温度的几种典型热电偶
(5) 水冷式热电偶
特点：
壳体能承受高温，但其辐射误差和导热误 差大。
总温热电偶的设计
测量气流温度的几种典型热电偶
(6) 双屏抽气式热电偶
总温热电偶的设计
测量气流温度的几种典型热电偶
双屏抽气热电偶的指示温度与抽气率的关系
Ma=0.35；静压p=9.81X104Pa(绝对)。
总温热电偶的设计
测量气流温度的几种典型热电偶
双屏抽气热电偶示值稳定的条件：
热电偶进口气流总压与抽气处排气静压之差大
于120mm汞柱后，热电偶示值就趋于稳定。一般
用真空泵抽气。
优点：传热和速度误差小；
缺点：响应较慢，结构较复杂，体积较大。
使用场合：作为相对标准，用来校验其它热电偶的
速度误差与传热误差；或在屏蔽式热电偶无法满
足准确度要求时，用来测量燃气温度。
总温热电偶的设计
测量气流温度的几种典型热电偶
(7) 高响应热电偶
总温热电偶的设计
测量气流温度的几种典型热电偶
机载小惯性热电偶