·422· 北京科技大学学报 1997年第5期 率较大，精度和灵敏度较高，且不需要如热电偶那样进行参比端补偿等.铂膜热电阻属于新型 感温元件，它的外形与电阻应变片相似，可直接粘在测管段外壁表面上，热响应快：可在较大 的测量范围内，准确地将表面温度转变为电阻的线性输出.管壁温度差由铂膜电阻变换为电 阻差，再通过电桥，将电阻的变化转变为电压的变化 显然，当管道内无流体或虽有流体但流体为静止状态时，加热环两侧的管壁温度分布是 对称的.2个热电阻因为相对加热环位置对称，处在同一等温线上，因而它们的电阻值相等， 所以电桥处于平衡状态，无电压输出；当管内流体流动时，破坏了加热环的温度场，由于流体 的流动带走热量，使加热环的上游侧的管壁温度降低，下游侧的管壁温度升高，2个热电阻的 电阻值不再相等，从而引起电桥的不平衡，电桥的输出电压将发生变化，电压变化的大小和快 慢决定于下列因素：①流体的速度；②流体的物理性质（密度，粘度，比热，导热系数）：③管道的 物理性质与几何尺寸；④加热环的尺寸及加热功率；⑤温度传感器的位置.一般地，后4项是可 以预先确定的，从而就可以在电桥输出电压与流体速度之间建立起一个对应关系，即通过测 量电桥输出电压来确定流体的速度与流量. 为了寻求流体速度与电桥输出电压之间的关系，在加热功率一定的条件下，运用相似原 理与因次分析方法，推导出实验方案中各参数之间所蕴含的函数关系式为： D (1) 式中，U一电桥输出电压；E一供桥电源电压；D,一两铂电阻之间的距离；d一管道内径；Re一 雷诺数，化=出，P,一分别为流体的速度，密度与动力粘度：一普朗特数，=些， 一流体的比热与导热系数按此关系式的内容开展实验，整理实验数据，就能得到反映现象变 化规律的函数关系， 2实验与数据处理 实验以水为被测介质，管道材料为A3管子，内径d=15.5mm,管壁厚度为2.95mm,温 度传感器采用Pt100铂膜电阻.两热电阻之间的距离D,=110~220mm,水流速度v在 10.15~155.87cm/s之间变化. 在实验室条件下，对不同的铂电阻间距，利用前面所提出的方法，测定了不同流速下的电 桥输出电压值考虑到在水温不变的情况下（本实验所测介质为非循环水，可保持水温恒定）， 水的普朗特数是一个常数（实验时水温为16℃，所以Pr=8.04).故可将式(1）表示为： (2) 将实验所得数据描绘在双对数坐标系上，发现因变量与自变量之间具有线性特性，因而 可以把式(2)整理成如下形式： 名=A( (3) 其中A,m,n为需由实验数据确定的常量.. 4 2 . 1 5 7 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 9 9 率较 大 , 精 度和 灵敏 度 较高 , 且不 需 要如 热 电偶那 样进 行 参比端补 偿等 . 铂膜 热 电阻 属于新 型 感温 元件 , 它 的外 形 与 电 阻应 变 片相 似 , 可 直接 粘 在测 管 段外 壁 表 面 上 , 热 响应快 ;可 在较 大 的测 量范 围 内 , 准确 地 将 表 面温 度转 变 为 电阻 的线 性 输 出 . 管 壁温 度 差 由铂膜 电 阻变换 为 电 阻差 , 再 通过 电桥 , 将 电阻 的变 化转 变为 电压 的变化 . 显然 , 当管 道 内无 流体 或 虽有 流体但 流体为静 止状 态 时 , 加热 环 两侧的管 壁温 度分 布是 对称 的 . 2 个 热 电阻 因为 相 对加 热环 位置 对称 , 处在 同 一等温 线上 , 因而 它们 的电阻 值相 等 , 所 以 电桥 处 于 平衡 状 态 , 无 电压 输出; 当管 内流 体流 动 时 , 破 坏 了加 热 环 的温 度 场 , 由于流 体 的流 动带 走热 量 , 使 加 热 环的 上游 侧 的管壁 温度 降低 , 下 游侧 的管壁 温 度 升高 , 2 个 热 电阻 的 电阻值 不 再相 等 , 从而 引起 电桥 的不平衡 , 电桥 的输 出 电压将发生变 化 . 电压变 化的大 小和 快 慢 决 定于 下 列 因素 :① 流体的 速度 ;②流 体的物 理性 质 ( 密度 , 粘 度 , 比 热 , 导热 系数;) ③管道 的 物理 性质 与几 何 尺寸 ; ④加热 环 的尺寸 及 加热 功率 ; ⑤温 度传 感 器 的位置 一般地 , 后 4 项是 可 以 预 先确 定 的 , 从而 就 可 以 在 电桥 输出 电压 与流 体速度 之 间建 立起 一个 对应 关 系 , 即通过 测 量 电桥输 出 电压来确定 流体的速度 与流量 . 为了 寻求 流体速 度 与 电桥输 出 电压之 间 的关 系 , 在 加 热功 率一 定 的条件 下 , 运用 相似 原 理 与 因次 分析 方法 , 推 导 出实 验方 案 中各 参数 之 间所 蕴含 的 函 数关 系式为 : 旦 _ 厂忍 , 、 , rP 、 E ` 、 “ ( 1) 式 中 , u 一电桥输 出 电压 ; E 一供桥 电源 电压 ; D s一 两铂 电阻之 间 的距离 ; d 一管 道 内径 ; R 。 一 币 : , , n _ v中 _ _ _ 二 。 。 , 、 浦 、 品 , , , , 七 , 、 , 卜 , . 。 , . _ 、 白。 、 , D _ _ 巡 _ , 雷诺数 , 伦 = 二牛 , v , p , “ 一分 别 为流体的速度 , 密度 与动力 粘度 ; rP 一普 朗特数 , rP 一 牛 , 。 , 又 ~ 一 ” ~ 一 ’ 一 尸 ` ” 厂 ’ 厂 一 ’ 一 ’ - 一 ’ 一 ” 一 ’ 一 ’ 一 ’ 一 ’ - - - - 一 ” ” - - - - 一 一 - 一 又 一流 体的 比热 与 导热 系数 . 按此 关 系式 的 内容 开 展实 验 , 整理 实验 数 据 , 就 能得 到反 映现 象 变 化规律 的 函 数关 系 . 2 实验与数据处理 实验 以 水 为被测 介 质 , 管 道 材料 为 A 3 管 子 , 内径 d 二 巧 . 5 m m , 管 壁厚 度 为 .2 95 ~ , 温 度 传 感 器 采 用 R 10 0 铂 膜 电 阻 . 两 热 电 阻 之 间 的 距 离 D 、 = 1 10 一 2 20 m m , 水 流 速 度 、 在 10 . 15 ~ 15 5 . 8 7 c ln/ s 之 间变 化 . 在 实验 室条件 下 , 对不 同 的铂 电阻 间距 , 利 用前面所 提 出的方 法 , 测 定 了不 同流速下 的 电 桥 输 出电压 值 . 考虑 到在 水 温不 变的情 况 下 ( 本实 验所 测介 质 为非循 环水 , 可保持水 温恒 定 ) , 水的普朗特 数是 一个 常数 ( 实 验时水温 为 16 ℃ , 所 以 rP = 8 . 0 4) . 故 可将式 (l )表 示 为 : 旦_ 沂(华 , 动 E “ “ 口 (2 ) 将实验 所得 数 据描 绘 在双 对数 坐 标系 上 , 发现 因变量 与 自变 量之 间具 有 线性 特 性 , 因而 可 以 把式 ( 2) 整理 成 如下形 式 : 旦 _ , 、 。 E ` 、鲜a / (3 ) 其中 A , m , n 为需 由实验 数据 确定 的常量