溫度恢復系數標定試驗

段紀成，姚永利，史軍黨，程 凱（陜西鼓風機（集團）有限公司，西安 710061）

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溫度恢復系數標定試驗

段紀成，姚永利，史軍黨，程 凱
（陜西鼓風機（集團）有限公司，西安 710061）

摘 要：本文通過試驗實例介紹了溫度恢復系數應用原理，實用的計算方法和實際應用的標定溫度恢復系數的實驗裝置及試驗結果。實現了熱電阻溫度傳感器應用到實際溫度測量中進行溫度的準確測量。

關鍵詞：溫度恢復系數；標定；試驗

0　前言

在壓縮機模型級及壓縮機的熱力性能試驗測試中，溫度測量是一個必不可少的關鍵要素。尤其是各截面氣流參數的準確測定直接影響壓縮機模型級和壓縮機的最終測試結果的準確性。

為了準確的測量氣流溫度，我們可以使用總溫探針進行溫度測量，但由于總溫探針的感溫元件需暴露在氣流中，十分容易損壞。而用帶保護套的熱電阻（或熱電偶）溫度傳感器進行溫度測量，由于插入氣流的溫度傳感器（保護套）總是對氣流有擾動作用，而且溫度傳感器（保護套）與氣流之間總存在相對速度，改變了溫度傳感器附近氣流的局部速度，所以，直接測量出氣流溫度實際上是無法實現的。因此，我們引入溫度恢復系數對所測溫度值進行修正，以求達到準確測量。對于特定的溫度傳感器而言，其溫度恢復系數需要進行試驗標定。

1　原理

氣流靜溫Ts就是插入氣流中的無散熱的溫度傳感器的感溫元件隨氣流一起移動（感溫元件與氣流沒有相對運動）時的平衡溫度。氣流總溫To就是氣流的滯止溫度。在穩定流動中，滯止溫度的變化可以用來度量熱或功的轉移。在實際操作條件下，對于測量而言，滯止溫度比氣流靜溫更容易實現。氣流總溫和氣流靜溫之間的關系為：

其中：To為氣流總溫，Ts為氣流靜溫，c為氣流速度，Cp為定壓比熱，k為絕熱指數，M為氣流馬赫數。

實際溫度測量過程中，由于感溫元件引起的氣流擾動，這個擾動尤其在相對較小的通道內對整個流動可以產生一個顯著的影響，所以，由熱感受器（熱電阻溫度傳感器等）所讀出的溫度值既不是氣流的總溫To，也不是氣流的靜溫Ts，而是介于這兩者之間的一個有效溫度Tp。即：

為了評價在氣流中測量溫度的熱傳感器（熱電阻溫度傳感器等）的品質，更準確的進行溫度測量，引入溫度恢復系數γ，定義為：

根據伯努利方程式，氣流速度為：

其中：Po為氣流總壓，Ps為氣流靜壓

氣流馬赫數為：

其中：R為氣體常數

2　試驗裝置

對于特定的熱電阻溫度傳感器，其溫度恢復系數需要試驗進行標定，我們設計了一套試驗裝置。利用一臺壓縮機為其提供風源，壓縮機出口接調節閥門和連接管道。用管道將氣流引入風室，為了得到相對穩定的流場和很低的氣流速度（＜5 m/s），風室的容積需要設計的較大，且截面積較大（遠大于后面噴嘴的截面積），在風室末端接截面積較小的噴嘴，氣流由噴嘴流向大氣，可以得到較高的穩速氣流。

由于在風室和噴嘴之間無外加功，在忽略風室和噴嘴散熱（風室和噴嘴外壁進行保溫處理）的情況下，我們可以在風室內測得氣流總溫和氣流總壓。將熱電阻溫度傳感器置于噴嘴出口，所讀出的溫度值即為有效溫度。氣流靜壓為大氣壓力。

3　標定試驗

我們通過調節風源壓縮機的轉速和壓縮機出口連接管道上的調節閥門開度，從而改變進入風室和噴嘴氣流的流量、壓力、溫度，可以測得不同工況點的相關測試參數。利用上述原理公式計算即可繪制出特定熱電阻溫度傳感器溫度恢復系數對應氣流馬赫數（或氣流速度）的特性曲線（見表1）。

表1

工況點　1　2　3　4　5　6　7　8　9　10　 11馬赫數　0.0987 　0.1191 　0.1320 　0.1602 　0.1899 　0.2322 　0.2707 　0.3114 　0.3502 　0.3998 　0.4996恢復系數1　 0.5475 　0.6190 　0.6456 　0.6541 　0.6531 　0.6631 　0.6630 　0.6685 　0.6727 　0.6770 　0.6861恢復系數2　 0.5484 　0.6335 　0.6546 　0.6583 　0.6653 　0.6690 　0.6597 　0.6590 　0.6604 　0.6638 　0.6728

4　結束語

在壓縮機模型級和壓縮機的熱力性能試驗中，氣流連續流動是必須的。由于溫度恢復系數的引入，我們可以利用常規的帶保護套的熱感受器（熱電阻溫度傳感器）代替受氣流沖擊容易損壞的總溫探針進行溫度測量，降低試驗成本。特定熱電阻溫度傳感器通過溫度恢復系數的試驗標定，提高了溫度測量的準確性，進而保證了壓縮機模型級和壓縮機最終試驗結果的準確性。

參考文獻：

［1］徐忠.離心壓縮機原理［J］.西安交通大學.

［2］壓縮機測試技術與控制［J］.西安交通大學出版社，1988.

［3］林其勛.熱工與氣動參數測量［J］.西北工業大學，1994.

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.13.221