[发明专利]一种测温方法、测温元件和测温装置

权利要求书

1.一种测温方法，用于测量流体的温度，所述流体在温度测量期间保持稳态，其特征是，所述测温方法包括：

将第一热电偶的第一测量端置入所述流体中并通过与第一热电偶电连接的第一仪表获取第一温度，所述第一热电偶设有彼此连接的第一导体和第二导体，所述第一测量端位于第一导体和第二导体的连接处；

采用第二热电偶和与其电连接的第二仪表获取所述第一导体上第一位置处的第二温度；

采用第三热电偶和与其电连接的第三仪表获取所述第二导体上第二位置处的第三温度；

将第一测量端与第一位置之间的第一导体沿其延伸方向分为至少两个第一微元，将第一测量端与第二位置之间的第二导体沿其延伸方向分为至少两个第二微元；

在温度测量期间内使第一热电偶经历若干次不同的热平衡状态并在每次达到热平衡状态时均获取第一温度、第二温度和第三温度；

在每次热平衡状态下为第一测量端所在截面、每个第一微元和每个第二微元建立能量守恒方程；联立各次热平衡状态下的所有能量守恒方程形成能量守恒方程组，代入各次热平衡状态下的第一温度、第二温度和第三温度，求解得到流体温度；

在温度测量期间内经历的热平衡状态的数量应大于或等于能量守恒方程组的未知变量的数量；所述未知变量应为变量集中的变量，所述变量集中的变量包括流体温度、第一导体的出射辐射发射率、第二导体的出射辐射发射率、第一导体吸收入射辐射的热流密度、第二导体吸收入射辐射的热流密度、第一导体与流体的对流换热系数和第二导体与流体的对流换热系数。

2.如权利要求1所述的一种测温方法，其特征是，在温度测量期间内刺激第一热电偶改变热平衡状态的方法为第一刺激方法、第二刺激方法、第三刺激方法、第四刺激方法和第五刺激方法中的任一种或任一组合；所述第一刺激方法为对第一热电偶施加电流；所述第二刺激方法为改变通过第一热电偶的电流大小；所述第三刺激方法为用流动的冷却液冷却第一热电偶；所述第四刺激方法为改变用于冷却第一热电偶的流动的冷却液的初始温度；所述第五刺激方法为改变用于冷却第一热电偶的流动的冷却液的流速。

3.如权利要求1所述的一种测温方法，其特征是：在第一导体横截面的直径与第二导体横截面的直径相等、每个第一微元长度均相等且每个第二微元长度均相等的条件下，第一测量端所在截面的能量守恒方程为：

其中，i＝1且j＝1；

第一微元的能量守恒方程至少包括邻接第一测量端的第一微元的能量守恒方程和邻接第一位置的第一微元的能量守恒方程，在第一微元的数量为三个以上时，还包括其他第一微元的能量守恒方程；

所述邻接第一测量端的第一微元的能量守恒方程为：

其中，i＝1；

所述邻接第一位置的第一微元的能量守恒方程为：

其中，i＝m；

所述其他第一微元的能量守恒方程为：

其中，i＝2,3,…,m-1；

第二微元的能量守恒方程至少包括邻接第一测量端的第二微元的能量守恒方程和邻接第二位置的第二微元的能量守恒方程，在第二微元的数量为三个以上时，还包括其他第二微元的能量守恒方程；

所述邻接第一测量端的第二微元的能量守恒方程为：

其中，j＝1；

所述邻接第二位置的第二微元的能量守恒方程为：

其中，j＝n；

所述其他第二微元的能量守恒方程为：

其中，j＝2,3,…,n-1；

上述各能量守恒方程式中：

i为第一微元的序号，其取值范围为从1至m的自然数，越靠近第一测量端i值越小，其中，m为第一微元的数量值；

j为第二微元的序号，其取值范围为从1至n的自然数，越靠近第一测量端j值越小，其中，n为第二微元的数量值；

p为热平衡状态的序号，其取值范围为从1至q的自然数，其中，q为热平衡状态的数量值；

d为第一导体横截面的直径；

Δx为每个第一微元的长度，其值等于第一测量端与第一位置之间的第一导体的长度L_A除以第一微元的数量值m；

Δy为每个第二微元的长度，其值等于第一测量端与第二位置之间的第二导体的长度L_B除以第二微元的数量值n；

σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数；

Tf为流体温度；

ε_A为第一导体的出射辐射发射率；

ε_B为第二导体的出射辐射发射率；

α_AG为第一导体吸收入射辐射的热流密度；

α_BG为第二导体吸收入射辐射的热流密度；

h_A为第一导体与流体的对流换热系数；

h_B为第二导体与流体的对流换热系数；

Tw_p为第p次热平衡状态时获取的第一温度；

TA_p为第p次热平衡状态时获取的第二温度；

TB_p为第p次热平衡状态时获取的第三温度；

TA_p(i)为第p次热平衡状态时第i个第一微元的温度；

TA_p(i-1)为第p次热平衡状态时与第i个第一微元邻接且更远离第一位置的第一微元的温度；

TA_p(i+1)为第p次热平衡状态时与第i个第一微元邻接且更远离第一测量端的第一微元的温度；

TB_p(j)为第p次热平衡状态时第j个第二微元的温度；

TB_p(j-1)为第p次热平衡状态时与第j个第二微元邻接且更远离第二位置的第二微元的温度；

TB_p(j+1)为第p次热平衡状态时与第j个第二微元邻接且更远离第一测量端的第二微元的温度；

KA_p(i)为第p次热平衡状态时第i个第一微元的导热系数，其由第一导体的材料决定并是TA_p(i)的函数且函数关系已知；

KA_p(i-1)为第p次热平衡状态时与第i个第一微元邻接且更远离第一位置的第一微元的导热系数，其由第一导体的材料决定并是TA_p(i-1)的函数且函数关系已知；

KA_p(i+1)为第p次热平衡状态时与第i个第一微元邻接且更远离第一测量端的第一微元的导热系数，其由第一导体的材料决定并是TA_p(i+1)的函数且函数关系已知；

KB_p(j)为第p次热平衡状态时第j个第二微元的导热系数，其由第二导体的材料决定并是TB_p(j)的函数且函数关系已知；

KB_p(j-1)为第p次热平衡状态时与第j个第二微元邻接且更远离第二位置的第二微元的导热系数，其由第二导体的材料决定并是TB_p(j-1)的函数且函数关系已知；

KB_p(j+1)为第p次热平衡状态时与第j个第二微元邻接且更远离第一测量端的第二微元的导热系数，其由第二导体的材料决定并是TB_p(j+1)的函数且函数关系已知；

I_p为第p次热平衡状态时通过第一热电偶的电流值；

RA_p(i)为第p次热平衡状态时第i个第一微元的电阻，其由第一导体的材料决定并是TA_p(i)的函数且函数关系已知；

RB_p(j)为第p次热平衡状态时第j个第二微元的电阻，其由第二导体的材料决定并是TB_p(j)的函数且函数关系已知。