[发明专利]基于稳态的能流平衡关系对高温气体温度的接触测量法

权利要求书

1.基于稳态的能流平衡关系对高温气体温度的接触测量法，其特征在于，包括：探头(1)、耐高温陶瓷支架(2)、电流表(3)、电压表(4)和直流电源(5)；

所述探头(1)安装于耐高温陶瓷支架上，材质为丝径一致且电阻和温度关系已知的钨丝；所述电压表(4)和电流表(3)分别用于测量探头(1)两端的电压和流过的电流；所述直流电源(5)用于向探头(1)提供恒定的直流电压；

接触测量法具体包括以下步骤：

步骤1，将所述探头(1)的钨丝放入需要测量温度的高温气体环境中，通过直流电源(5)在探头(1)两端加上恒定的直流电压，则在稳态下探头钨丝和周围环境的能量交换满足如下的能流平衡关系：

式中，V为电压表(4)测量的加在探头钨丝两端的电压，I为电流表(3)测量的通过探头钨丝的电流，VI为加在探头钨丝上的电功率；β为环境与探头钨丝的传热系数，S₁为探头钨丝表面积，T_S为环境气体温度，T_W为探头钨丝温度，β·S₁(T_S-T_W)为环境与探头钨丝热传导的功率；ε为探头钨丝的发射率，σ为斯忒藩-玻尔兹曼常量，S₂为探头钨丝的辐射总面积，εσT_W⁴·S₂为探头钨丝的灰体辐射总功率；

步骤2，通过电压表(4)和电流表(3)测量探头钨丝两端的电压V和通过探头钨丝的电流I，计算所测的电压与电流的比值可以确定探头钨丝的电阻R：

R＝V/I (2)

步骤3，探头钨丝的电阻R和探头钨丝温度T_W满足：

R＝R(T_W) (3)

对公式(3)作反函数可得：

T_W＝T(R) (4)

式中，T为探头电阻的函数，将步骤2计算得到的探头钨丝电阻值R带入公式(4)即可求得探头钨丝的温度T_W；

步骤4，将步骤2测量得到的V、I值、步骤3计算得到的T_W值、斯忒藩-玻尔兹曼常量σ、已知的环境与探头钨丝的传热系数β以及测量获得的探头钨丝表面积S₁和探头钨丝的辐射总面积S₂带入公式(1)就可获得所测环境气体温度T_S

2.根据权利要求1所述的基于稳态的能流平衡关系对高温气体温度的接触测量法，其特征在于：所述钨丝缠绕成螺旋状结构，长度远大于测量装置其余部分的长度。

3.根据权利要求1所述的基于稳态的能流平衡关系对高温气体温度的接触测量法，其特征在于：所述钨丝的表面黑度趋于1，直径≤0.5mm。

4.根据权利要求1所述的基于稳态的能流平衡关系对高温气体温度的接触测量法，其特征在于：所述高温气体的温度范围为2000-6000K。

5.根据权利要求1所述的基于稳态的能流平衡关系对高温气体温度的接触测量法，其特征在于：所述探头钨丝的传热系数β或者探头钨丝的辐射总面积S₂可通过光谱辐射法，进行交叉比对后确定。