Измерение температуры пламени с помощью термоэлектрического термометра. Один из простейших методов измерения температуры заключается в том, что вводят в пламя небольшой по размерам термоэлектрический термометр.
Температура такого термометра может, однако, существенно (на 100—200°С) отличаться от температуры газа, так как она определяется из теплового баланса: (3) где — тепло, переданное от пламени к термометру через конвекцию; — тепло каталитического горения на термоэлектродах термометра; — тепло, отведенное через термоэлектроды и соединительные провода; — тепло, излучаемое термометром в окружающую среду.
Специальными мерами стремятся обратить в нуль величины и. Величина зависит от температуры термоэлектродных проволок, пламени, стенок, а также от диаметра проволоки и излучательной способности участвующих в лучистом теплообмене элементов.
Мысленно можно разложить на две компоненты, соответствующие теплообмену излучением между проволокой и стенками печи. Для конвекционного потока тепла исходное значение критерия Нуссельта зависит, помимо прочего, от диаметра проволоки.
Для соблюдения условий, заложенных в основу теории прохождения потока через цилиндр, диаметр рабочего спая термопары термометра должен в возможно большей степени соответствовать диаметру термоэлектронной проволоки; соединительные провода должны быть расположены в направлении наименьшего температурного градиента. При соблюдении этих условий можно считать, что тепловой поток от рабочего спая в подводящие провода пренебрежимо мал ( 0). На основании изложенного выше можно рассчитать действительную температуру пламени по результатам измерений одним термометром.
Получили также развитие способы измерения температуры, основанные на зависимости между показаниями термометра и диаметра термоэлектродной проволоки: в определенное место пламени один за другим вводят два (или более) термометра с разной толщиной термоэлектродов и исходя из результатов измерений рассчитывают действительную температуру пламени: (4) где d — диаметр термоэлектродной проволоки; индекс «1» относится к тонкому термоэлектроду, индекс «2» — к толстому, индекс w — к стенке.
Этот, а также и большинство других методов с использованием двух термометров не учитывают обмена излучением между термометром и пламенем. Пренебрежение этим обменом в случае несветящегося пламени не приводит к большой погрешности измерения. В случае светящегося оптически толстого пламени обменом излучением между термоэлектродной проволокой и стенкой можно пренебречь по сравнению с обменом между термоэлектродной проволокой и пламенем.
Вследствие сильной абсорбции пламени термометр «не видит» стенку. В этом случае применение уравнения (4) не приводит к полезным результатам. Естественно, что влияние излучения стенки или пламени зависит также и от места измерения. При практическом применении метода двух термометров часто возникают погрешности измерения того же порядка, что и рассчитанные [дробь в уравнении (4)]. Поэтому предложено измерять температуру лишь одним возможно более тонким термоэлектрическим термометром, а поправку примерно оценивать из зависимостей, приведенных на рис.1. Последовательность расчетов следующая.
Из уравнения (3) имеем где - излучательная способность; - поверхность термометра. После несложных преобразований получим (5) Коэффициент рассчитывается из уравнения (5) и рис.1, который соответствует Тw=300 К (рис.2 – зависимость коэффициента от измеренной температуры). Действительная температура приблизительно дается уравнением (5), в которое вводятся измеренные значения Т1 и Тw и значения, определенные для данной температуры Т1 и диаметра проволоки d. Вследствие своей массы термоэлектрические термометры при высокочастотных турбулентных колебаниях температуры пламени не могут точно за ними следовать и дают средние значения температуры, полученные интегрированием первой степени температуры во времени. 1.1.2.5.