温度恢复系数标定试验

段纪成，姚永利，史军党，程 凯（陕西鼓风机（集团）有限公司，西安 710061）



温度恢复系数标定试验

段纪成，姚永利，史军党，程 凯
（陕西鼓风机（集团）有限公司，西安 710061）

摘 要：本文通过试验实例介绍了温度恢复系数应用原理，实用的计算方法和实际应用的标定温度恢复系数的实验装置及试验结果。实现了热电阻温度传感器应用到实际温度测量中进行温度的准确测量。

关键词：温度恢复系数；标定；试验

0　前言

在压缩机模型级及压缩机的热力性能试验测试中，温度测量是一个必不可少的关键要素。尤其是各截面气流参数的准确测定直接影响压缩机模型级和压缩机的最终测试结果的准确性。

为了准确的测量气流温度，我们可以使用总温探针进行温度测量，但由于总温探针的感温元件需暴露在气流中，十分容易损坏。而用带保护套的热电阻（或热电偶）温度传感器进行温度测量，由于插入气流的温度传感器（保护套）总是对气流有扰动作用，而且温度传感器（保护套）与气流之间总存在相对速度，改变了温度传感器附近气流的局部速度，所以，直接测量出气流温度实际上是无法实现的。因此，我们引入温度恢复系数对所测温度值进行修正，以求达到准确测量。对于特定的温度传感器而言，其温度恢复系数需要进行试验标定。

1　原理

气流静温Ts就是插入气流中的无散热的温度传感器的感温元件随气流一起移动（感温元件与气流没有相对运动）时的平衡温度。气流总温To就是气流的滞止温度。在稳定流动中，滞止温度的变化可以用来度量热或功的转移。在实际操作条件下，对于测量而言，滞止温度比气流静温更容易实现。气流总温和气流静温之间的关系为：

其中：To为气流总温，Ts为气流静温，c为气流速度，Cp为定压比热，k为绝热指数，M为气流马赫数。

实际温度测量过程中，由于感温元件引起的气流扰动，这个扰动尤其在相对较小的通道内对整个流动可以产生一个显著的影响，所以，由热感受器（热电阻温度传感器等）所读出的温度值既不是气流的总温To，也不是气流的静温Ts，而是介于这两者之间的一个有效温度Tp。即：

为了评价在气流中测量温度的热传感器（热电阻温度传感器等）的品质，更准确的进行温度测量，引入温度恢复系数γ，定义为：

根据伯努利方程式，气流速度为：

其中：Po为气流总压，Ps为气流静压

气流马赫数为：

其中：R为气体常数

2　试验装置

对于特定的热电阻温度传感器，其温度恢复系数需要试验进行标定，我们设计了一套试验装置。利用一台压缩机为其提供风源，压缩机出口接调节阀门和连接管道。用管道将气流引入风室，为了得到相对稳定的流场和很低的气流速度（＜5 m/s），风室的容积需要设计的较大，且截面积较大（远大于后面喷嘴的截面积），在风室末端接截面积较小的喷嘴，气流由喷嘴流向大气，可以得到较高的稳速气流。

由于在风室和喷嘴之间无外加功，在忽略风室和喷嘴散热（风室和喷嘴外壁进行保温处理）的情况下，我们可以在风室内测得气流总温和气流总压。将热电阻温度传感器置于喷嘴出口，所读出的温度值即为有效温度。气流静压为大气压力。

3　标定试验

我们通过调节风源压缩机的转速和压缩机出口连接管道上的调节阀门开度，从而改变进入风室和喷嘴气流的流量、压力、温度，可以测得不同工况点的相关测试参数。利用上述原理公式计算即可绘制出特定热电阻温度传感器温度恢复系数对应气流马赫数（或气流速度）的特性曲线（见表1）。

表1

工况点　1　2　3　4　5　6　7　8　9　10　 11马赫数　0.0987 　0.1191 　0.1320 　0.1602 　0.1899 　0.2322 　0.2707 　0.3114 　0.3502 　0.3998 　0.4996恢复系数1　 0.5475 　0.6190 　0.6456 　0.6541 　0.6531 　0.6631 　0.6630 　0.6685 　0.6727 　0.6770 　0.6861恢复系数2　 0.5484 　0.6335 　0.6546 　0.6583 　0.6653 　0.6690 　0.6597 　0.6590 　0.6604 　0.6638 　0.6728

4　结束语

在压缩机模型级和压缩机的热力性能试验中，气流连续流动是必须的。由于温度恢复系数的引入，我们可以利用常规的带保护套的热感受器（热电阻温度传感器）代替受气流冲击容易损坏的总温探针进行温度测量，降低试验成本。特定热电阻温度传感器通过温度恢复系数的试验标定，提高了温度测量的准确性，进而保证了压缩机模型级和压缩机最终试验结果的准确性。

参考文献：

［1］徐忠.离心压缩机原理［J］.西安交通大学.

［2］压缩机测试技术与控制［J］.西安交通大学出版社，1988.

［3］林其勋.热工与气动参数测量［J］.西北工业大学，1994.

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