[发明专利]一种测温方法、测温元件和测温装置

说明书

本申请公开了一种测温方法、测温元件和测温装置，其中测温方法包括将主热电偶置于流体中获取第一温度，将两个辅助热电偶置于主热电偶的第一导体和第二导体上以获取第二温度和第三温度；对主热电偶施加多次刺激，使其经历多个热平衡状态，并在每个热平衡状态均获取第一温度、第二温度和第三温度；在每个热平衡状态下为主热电偶建立能量守恒方程，联立所有能量守恒方程组求解得到流体温度。相关的测温元件和测温装置为实现上述方法提供物质基础。采用上述技术方案，能够提高对稳态流体的测温精度，进一步地，还允许采用冷却液对主热电偶进行冷却，因此无需采用贵金属热电偶即可实现对高温流体或超高温流体温度的精确测量。

技术领域

本申请涉及流体温度测量领域，具体涉及一种测温方法、测温元件和测温装置。

背景技术

热电偶与待测流体(液体或气体)直接接触，测量流体温度。测量温度其实为热电偶两个导体的节点温度。对于对焊热电偶而言，节点为焊接面。在测量高于环境温度的流体时，热点偶测量温度通常会低于待测流体温度。在测量低于环境温度的流体情况下，则正好相反。测量温度与流体温度的差值主要与流体温度、组分、速度、周围环境的材料、周围环境的温度、热电偶尺寸、材料、放置位置和放置角度均相关。待测流体温度与环境温度的温差增大，热电偶尺寸增大，测量温度和流体温度的差值也越大。

发明内容

本申请的目的在于克服背景技术中存在的上述缺陷或问题，提供一种测温方法、测温元件和测温装置，其中，测温方法能够提高对稳态流体的测温精度，而测温元件和测温装置则为实现上述测温方法提供物质基础。

为达成上述目的，采用如下技术方案：

第一技术方案涉及一种测温方法，用于测量流体的温度，所述流体在温度测量期间保持稳态，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。

第二技术方案基于第一技术方案，其中，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。

第三技术方案基于第一技术方案，其中，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；