[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

说明书

本发明涉及温度测量仪表技术领域，针对开放状态下高温热源温度的测量存在的问题，本发明公开了一种基于稳态的能流平衡关系对高温气体温度的接触测量法。首先建立探头钨丝与周围环境的稳态方程然后通过测量装置的电流表和电压表测得探头钨丝两端的电压值V和流过的电流值I，从而计算得到探头钨丝电阻R和探头钨丝温度T_W，然后将上述电压值V、电流值I、探头钨丝温度T_W、直接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以及已知的环境与探头钨丝的传热系数β和斯忒藩‑玻尔兹曼常量σ带入上述建立的稳态方程即可求得环境气体温度T_S。本发明方法操作简单，成本低，可以对2000‑6000K的温度进行接触测量，大大提高了接触测量的测温范围。

技术领域

本发明涉及温度测量仪表技术领域，特别是2000℃以上温度的测量，具体为一种基于稳态的能流平衡关系对高温气体温度的接触测量法。

背景技术

工业上的很多应用，例如工件的热处理、化学反应的环境以及通过燃烧获得能量等，需要在高温环境下进行，如果在一个封闭炉体内进行，炉体内通常可以认为达到了热平衡，炉体内物体温度可以认为是相同的。因此，在多数情况下，采用热电偶方便地测量炉体内的温度，如专利CN108955927A公开的一种适用于800～2300℃下氧化和还原气氛的钨铼热电偶以及专利CN208520488U公开的一种双铱铑热电偶温度计。但是在一些应用中，例如，大气压等离子体炬以及航空发动机燃烧等应用，热源往往是处于开放的状态，同时温度的值大大超出了目前接触法能够测量的范围。在这种情况下就需要非接触的光学测量方法，比较重要的如光谱测温法，然而这需要置备昂贵的光学设备且需要具备一定基础的专业人员才能进行测量，所以在高温的开放热源测温领域(如等离子体、高温反应炉等)亟需开发一种方便的测量方法来填补这个空白。

发明内容

针对开放状态下高温(2000℃以上)热源温度的测量存在的问题本发明提供了一种基于稳态的能流平衡关系对高温气体温度的接触测量法。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种基于稳态的能流平衡关系对高温气体温度的接触测量法，包括：探头、耐高温陶瓷支架、电流表、电压表和直流电源；

所述探头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；所述电压表和电流表分别用于测量探头两端的电压和流过的电流；所述直流电源用于向探头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，通过直流电源在探头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为电压表测量的加在探头钨丝两端的电压，I为电流表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，为探头钨丝的灰体辐射总功率；

步骤2，通过电压表和电流表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，探头钨丝的电阻和探头钨丝温度满足：

R＝R(T_W) (3)