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簡述影響熱導池電阻絲溫度的四個因素

發布時間: 2022-05-11  點擊次數: 647次

電阻絲的平衡溫度除了取決于氣體的熱導率外,還受以下四個因素的影響。

① 電阻絲軸向熱傳導造成的熱量散失  電阻絲末端引線是金屬導線,它的導熱能力遠遠大于氣體,對于固體,其傳導的熱量與它的截面積和兩端的溫度差成正比,與導線的長度成反比,此外還與導線的材質有關。為了減少電阻絲軸向傳熱造成的熱量散失,在導線的材質及兩端的溫度差一定時,可以用減少電阻絲的直徑以及增加電阻絲的長度的方法,把這部分熱量散失減到最小。對于工業熱導式氣體分析儀來說,所用電阻絲的長度和直徑的比值一般在2000-3000以上時,即可滿足精度要求。

② 氣體以對流的方式散失熱量    在熱導池內,通過氣體對流的方式散失熱量是不可避免的。因為熱導池內部各部件直徑存在著溫度差,電阻絲附近溫度高,氣體受熱體積膨脹而向上運動,從而形成自然對流。在對流過程中,由于氣體分子的位置移動,把一部分熱量從電阻絲傳遞給了池壁。對流傳熱與氣體的性質、電阻絲與池壁直接的溫度差、對流空間的大小、形狀、氣體流路的形式、氣體流量及氣體壓力的大小有關。電阻絲與池壁直接溫度差越大,氣體的對流作用就越強,所以在設計熱導池時,應在保證一定靈敏度的前提下盡量減少溫度差。另外,縮小對流空間也是抑制對流作用的一種有效措施,使氣室的尺寸盡可能小,一般氣室直徑為3-7mm。此外,對樣品氣體的壓力也應有一定的限制,對樣品氣體的流量采取穩流措施。這樣,氣體對流傳熱就會減弱,而且比較穩定。

③ 電阻絲與池壁直接以輻射的方式散失熱量  兩物體之間由輻射而傳導的熱量可由公式取得。

從以上關系式可以看出,兩個物體間輻射傳遞的熱量與物體的絕對溫度四次方之差成正比,與輻射面積成正比,還與兩物體互相包圍的角系數及兩物體總輻射系數成正比。所以,降低電阻絲與池壁之間的溫度差,減少電阻絲散熱表面積和降低電阻絲與池壁之間的輻射系數,都可以減弱熱輻射強度。三者中影響最大的溫度差都限制在200以內,這樣,輻射作用就比較弱了,同時,在保證一定機械強度的前提下,盡量減少電阻絲的直徑,來達到減小輻射面積的作用。把熱導池內壁拋光,鍍一層黃金或鎳,就可降低池壁吸收輻射能的能力。采取了這些措施之后,以輻射形式散失的熱量就能減少到可以忽略不計的程度了。

④ 樣氣在熱導池內升溫所帶走的熱量   樣氣在進入熱導池錢基本是常溫,當它流經熱導池時,必然會從電阻絲周圍吸收部分熱量而使本身溫度升高。樣氣連續地通過熱導池,便源源不斷地從熱導池帶走熱量。很明顯,樣氣的壓力、流量發生變化時,被帶走的熱量是不一樣的。

通過以上分析可知,熱導池電阻絲上的熱量是以多種形式向外散失的。盡管在設計、制造和具體使用中采取了多種措施,也只能將除了氣體熱傳導以外所散失的熱量減少到一定程度,而不能*避免。正因為這樣,熱導式氣體分析儀采取比較法進行測量。所謂比較法,就是利用被測組分濃度已知的標準樣氣,按規定的使用條件(如壓力、流量等)通入分析器,對儀表進行標定,在校準的基礎上再用來進行測量。利用這種方法便可將除了氣體熱傳導以外的其他幾種散熱途徑給測量帶來的影響抵消了。但有一點必須強調指出,上述諸點對測量造成影響的因素在整個分析過程中必須是穩定的,否則,盡管采用比較法測量,也還會給分析結果帶來嚴重影響。正因為如此,多數熱導式氣體分析儀都設有檢測器恒溫控制和樣氣壓力流量控制。

   以上討論了如何盡可能地保證熱導池電阻絲的散熱只和氣體的熱傳導有關的問題。


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