金属壁面温度热电偶安装方法与测点位置确定

文摘：介绍了应用热电偶测量金属壁面温度的方法。文中提出了在金属表面焊一块导热性好的铜溜子，然后把热电偶平躺在金属表面，热端焊在铜溜子内，贴壁面.敷设300mm后，再引出保温层的最理想、最合理的安装方法。并对新、旧方法进行了比较。
1问题的提出
　　使用热电偶测量金属壁面温度，热电偶将改变被测点原有的换热状态，使测点的温场发生畸变，给测量结果带来误差。误差将随热电偶丝的直径、导热系数的增大而增加。某发电机组金属壁面温度共165点，原安装方法是:在金属表面垂直焊接一根中16的不锈钢管，做为温度计套管，把铠装热电偶插入不锈钢管内，顶端用锁母锁住。该安装方法的优点是热电偶有保护套管，使用寿命较长，热电偶更换方便;缺点是套管直径大且垂直安装严重影响金属表面温场。测量误差较大。
　　为确保金属壁面不超温，测点应尽量选在温度较高的管壁上。
2热电偶的安装方法的选择
　　理论上讲:热电偶愈细引入的测量误差越小。热电偶丝不应直接从测点引出，应该紧贴在被测物体表面上敷设-段距离后再引出。这样可把导热引起测点温场畸变降到很小程度。这段距离至少为热电偶丝直径的20~100倍。为了不改变物体表面与周围介质的换热状态，壁面上安装热电偶后不应改变原有壁面的状态。例如不应造成表面的凸凹而导致对流换热的改变。把热电偶焊在一块铜板上，铜板再焊到被测物表面上，由于铜具有良好的导热性能，可使测点附近温场的畸变较小，因此测量误差较小。
　　由此可知:在金属表面焊一块铜溜子,然后把热偶平躺在金属表面。热端焊在铜溜子内，贴壁面敷设300mm后，再引出保温层，这是最理想、最合理的安装方法。问题是,原安装方法误差究竟有多大?热电偶焊在铜溜子内会不会因超温而改变热电偶热电特性?没有套管热电偶使用寿命如何?
　　如若测温不准，热偶使用寿命再长也毫无意义，所以关键是，弄清新方法与旧方法,在测温误差上差别究竟有多大，热电偶焊在铜溜子上会不会影响热电偶热电特性?为搞清这些问题，在试验室做了小型试验。
　　试验装置如图1所示。
 
0号到4号为5支同型号的镍铬一镍硅热电偶。试验前经试验室校验全部合格。
0号和4号热电偶平躺焊在φ40合金钢管内壁，测量内壁温度。
1号热电偶,采用新焊接方法,即热偶焊在铜溜子内，并紧贴壁面敷设在管壁上。
2号热电偶也用铜溜子焊在管道表面，但未紧贴璧面敷设，而是直接引出保温层。
3号热电偶直接插在套管内，用锁母锁昆。采用原安装方法。
试验条件:
室温为25℃
　　用带冷端温度补偿的巡测仪，采样时间5s,进行5支热电偶的热电势测量.并直接显示热端温度。巡测仪测量误差为±2℃,冷端补偿误差为±1℃.
试验步骤:
a.合金钢管和3号热电偶套管全部用矿碴棉严密保温,用电加热丝升温到510C后.恒温，测5支热电偶热端温度值。
b.拆去3号热电偶套管保温层后.待温度恒定后，测量5支热电偶温度值。
c，合金钢管和套管保温层全部拆去，待恒温后，测5支热电偶温度值。
d.快速升温和降温，测取5支热电偶温度。试验数据分别列于表1,表2,表3,表4，表5
　　从表中数据可知:
 
　　试验条件:室温为25℃;恒温条件下误差计算方法:在同样条件下与零号热偶相比较
 
　　试验条件:快速升温到104℃;未加保温层;室温25℃;共记录16组数.选其中3组数据;读数时间间隔为5秒。误差计算方法:在同样条件下与0号热偶相比较。
 
　　试验条件:慢速降温;未加保温;室温25℃;共记录13组数，选其中4组数;误差计算方法与0号热电偶相比。
 
　　试验条件:室温25℃;保温层完好;读数时间间隔5s;15s升温38℃;误差计算方法:在同样条件下与零号热偶相比较
 
　　试验条件:室温25℃;保温层完好;降温速度5分钟降51℃;1分钟读一组数;误差计算方法:在同样条件下与0号热偶相比较。
　　从表中数据可知:无论保温好坏、恒温还是升降温。1号热电偶都较好地随内壁温度变化而变化,最大误差仅4℃.不但静态测的准，而且动态反应速度也很快。2号热电偶在保温很好时，误差最大为负21℃,保温全拆时，误差为45℃.3号热电偶，正常保温时误差为负30℃，保温全拆时误差为58℃。
　　试验完，把5支热偶拆下又送回试验室校验，其中4号热偶(测量内壁温度)从管道上焊'下时,因热偶丝断未再检验。其它4支.热电偶除3号超差1℃外，其它均合格。
　　由小型试验结果可知:采用新的热电偶安装方法很有必要。新方法的施工要求是:
a.在被测物表面焊上铜溜子。
b.在铜溜子熔化时，焊入热偶。
c.焊热偶时应避免焊枪火焰直接加热，热接点焊接时用毫伏计测量热偶输出，确保其不超温。
d.热偶焊好后应紧贴壁而敷设300mm后，再引出保温层。
3测点位置的选择
　　测点位置的选择原则是尽量选在金属壁面温度最高处。屏过为顺流布置，测点选在相应排出口的第5根管子上。高再选在相应排出口第二根管子上。高过选在相应排出口第二根管子处，调节加热面在相应排出口最上一根管子处。
　　汽机壁面温度除采用新方法安装外，测点位置没有变动。
4存在问题
a.热电偶直接焊在管壁表面上，测量误差可以减小，但在机组运行时，热电偶损坏无法更换。再者因热电偶只能在保温层外加装套管，铠装热电偶易被保温材料腐蚀，或被铁丝网割断。选用新的安装方法后，热电偶使用寿命可能缩短。这是有待解决的问题。
b.汽机金属外壁温度测量的热电偶采.用新方法安装，但内壁温仍用原来的安装方法，内外壁温差，可能与大修前记录有较大差别，应提请汽机运行人员注意。
c.由于现场施工条件限制，个别热偶的焊接并未按施工要求安装。如未能紧贴管壁300mm敷设热偶、热电偶热端未能焊在铜溜子内，而是浮在铜溜子上面等，在下次大修时应尽量避免。