1、第八章低温测量技术 1温度测量 1 金属电阻温度计 电阻温度计的测温原理是利用导体或半导体的电阻率随温度变化而变化的特性 安装电阻温度计时很重要的一环是消除热应力与机械应力 因为应力会产生附加电阻 一种安装方法是将铂丝 直径约0 1mm 缠绕成一螺旋体 外径约0 5mm 然后将螺旋体缠绕在 个约5mm宽的开口云母文撑物上 如图6 2所示 感温单元经退火去应力后被包在一个铂管中 管中充满了室温下30一40mmHg 4 5kPa 的He气 然后管子密封 工业生产中常采用销装铂电阻温度计 这些温度计通常被封装在直径大约4mm 长大约0 12mm的圆柱体金属壳体中 常用的材料 铂 铜 铅 铟常用的温度
2、计 pt100 2 热电偶 热电偶可用于常温范围温度测量 也可用于低温环境中的温度测量 热电偶的一个接点被放人被测温度中 另一个接点放人参考温度环境中 参考点可采用冰浴 低温测量时 为提高精度 可采用液氮浴 或用液氢浴 作为参考点 则总的热电势将减小 采用低温参考点的好处是可大大减小沿热电偶导线的传导热 热电偶的一种不利之处是热电势太小 通常是毫伏级的 这个问题可用几个热电偶构成热电偶堆来解决 热电偶堆的热电势是堆积热电偶的热电势之和 就是说 对M个热电偶叠加 热电势是单个热电偶的热电势的M倍 铜一康铜 T型 热电偶 200 至环境温度铬铝一铝铬 K型 热电偶 200 至环境温度镕铝一金铁 3
3、 铁 热电偶 10一180K 2流量测量 1 孔板流量计 孔板流量计去测量低温流体的流量时 如果流体接近饱和状态 流体通过孔板时会产生一个闪发压降 因为闪发并不是瞬间产生的 所以用水作流体得到的标定曲线可被直接用于测量 只要保证孔板上游的流体为单相流体 由此所产生的误差在1 之内 为了保证测量孔板流量计上游的系统速度分布 在孔板流量计上游至少应有10倍于管径的直线长度 下游应至少有5倍于管径的直线长度 孔板流量计由 个中心带尖角孔的厚度为1 6mm至3 2mm的薄板构成 对液体质量流量的测量 孔板流量计的方程为 2 文丘利管流量计 孔板流量计的一个不足之处是当流体流过孔板时 有很大的摩擦与湍流
4、能量损失 为了避免这个问题 常用文丘利管作为流量计 其简图示于图6 10中 文丘利管流量计包括一个圆锥形的收缩管与一个直的喉管 其后有一个渐扩管 入口的圆锥角大约为20 至22 出口角大约为5 至7 喉口直径大约为管径的一半 测压点分别放在流量计上游大约为1 2管径的地方与喉口中心处 通过文丘利管的流量可由同孔板计一样的关系式确定 3 涡轮流量计 涡轮流量计是通过测量放在流道中心的自由旋转涡轮的转速来指示流量的 一个永久磁铁放在流量计体中 每当涡轮叶通过磁体面时 磁穿透率回路中的变化即在输出端产生了一个电压脉冲 其频率与涡轮的转速成正比 脉冲速率可用频率计显示 或在阴极射线管示波器屏幕上显示
5、在低流量时 流体的粘度变化会导致标定系数的变化 但在高流量时 在流量计的通常工作范围 粘度修正通常可忽略 4 超声波流量计 低温液体的流量测量几乎都采用传播速度法 其原理如图6 12所示 从两个超声波收发器中反复交替收发超声波脉冲 由传播时间差求出流速 计算方法如下 从原理上来说 从常温到低温广大区域 只要是单相流 不管是气体还是液体 都使用超声波流量计进行测量 超声波流量计用于测量低温流体的流量时 必须注意的问题是 由于超声波收发器的材料选取不当 在低温区有可能不能工作 要防止收发器的振动向管壁等处传播 这一点若不能控制 则流量信号与噪音信号难以分辨 常温下用的流量计虽然可使用橡胶等缓冲材料
6、防止情况 的发生 但在低温区不能使用这种缓冲材料 必须采用特殊的缓冲方法 3液位 液面 测量 1 压差式液面计 根据低温液体和气体的密度不同 测量其液位高度所广生的静压力 通过静压力的大小来指示液面高度 它包括重量法 浮子法和流体静力学压差法等 压差式液面计 又称汉普逊液面计 的结构如图10 24所示 为了提高精度 可使用密度小的液体作为指示液 把贮液泡做得大些 指示管做成倾斜式的 也可以提高测量精度 这种液面计的特点是结构简单 能连续指示 缺点是漏热大 精度差 引出管容易冻结 适用静止的贮槽 与汉普逊液面原理相同的还有膜盒式液位计 它的精度虽差一些 但适合运输槽车和大型贮榴中直接读数 2 浮
7、力液面计 利用轻质多孔物 相对密度一般为0 04 的浮力指示液面 其结构原理见图10 25 按指针的移动来指示液面高低 指针的重量约为多孔物的三倍左右 浮力液面计的优点是简单直观 且漏热不大 3 电阻液面计 利用电阻随温度而变 以及气体与液体的热导率不同的原理制成的 当一电阻线通电后 便产生焦耳热 使本身的温度升高 由于液体和气体的热导率不同 放热情况不一样 就使电阻线在液体中和气体中的温度不一样 从而有不同的电阻值 由该电阻的变化来指示液面的位置 常用的电阻有碳电阻 热敏电阻 锰钢电阻等 这种液面计的精度差 特别是在加液过程中 由于气液夹带及容器内温度梯度少 其精度更差 优点是可以远距离测量
8、 4 电容液面计 利用低温液体和气体的介电常数不同而制成的 其结构示图见图10 28 4蒸发率的测定 日蒸发率 标准状态下 101 3kPa 0 储存适量的低温液体 在达到热平衡后的蒸发速率 一般以24h计算 它指一天 24h 内蒸发的数量与容器的公称容积之比 蒸发率指标是衡量低温容器绝热性能最重要的参数 1 称重法 称重法比较简单 可靠 适用于小型容器 容器装好低温液体后 置于重量计上 精度较高的纳磅秤也可 待达到热平衡时 测出24h内液化气体损耗的数量 用这种方法测量时 测量的时间间隔长一点为好 这样误差较小 测量精度提高 2 蒸气流量测量法 通过流量计 如湿式流计 干式流量计 煤气表 转子流量汁等一些仪表 测量蒸发气体的流量 湿式流量计的精度比干式高 使用转子流量计测量时 需进行修正 流量计测量的气体流量是在一定的温度 压力条件下的气体流量 由于测量时的压力 温度等条件不同 尽管从流量计上测得的流量相同 但实际的质量是不相同的 因此 需作必要的修正 首先 要将测得的流量换算标准状态的流量 液化气体从液态蒸发为标准状态下的气态 假设其体积增加了n倍 则低温液体的损失速率为 实际上液体的损耗速率要大于此值 因为随着气相空间的增大 应用冷气体来填补 因此要对此进行修正 那末 低温液体的实际损耗速率 单位为L h 为 低温容器每天的蒸发率便可以由下式确定 标准蒸发率
