建筑环境测试_热量和物位

1、LOGO第十章第十章 热量测量热量测量第十章第十章 热量测量热量测量概述概述常用热量测量仪表常用热量测量仪表 热量测量仪表的标定热量测量仪表的标定热量测量应用实例热量测量应用实例10.1 10.1 概概 述述主要测量仪器及原理主要测量仪器及原理仪器测量原理应用场合热阻式热流计 导热中的傅立叶原理 测量设备、管道、建筑围护结构等壁体的导热量 辐射式热流计 辐射换热中的斯蒂芬-波尔兹曼原理 测量高温物体表面的辐射热换量 热量表热力学中的焓差原理计量流过管道、设备的流体热量10.2 10.2 常用热量测量仪表常用热量测量仪表l热阻式热流计热阻式热流计 l热水热量积算仪热水热量积算仪 l蒸汽热量指标积

2、算仪蒸汽热量指标积算仪10.2.110.2.1热阻式热流计热阻式热流计 当壁体上有传热存在时，紧贴在壁面上的薄板传感器上形成一维导热，传感器两侧表面上产生温度梯度，通过将这一温度梯度转换为电信号，并根据传感器的导热特性，利用傅立叶定律可计算出通过传感器的导热量。当传感器很相对与传热壁体很薄时，通过传感器的导热量可以认为等于被测表面的热量。tqtCECECEq+测头系数（C）：当传感器有单位热电势输出时，垂直通过它的热流密度按热阻值：高热阻型：精度高，附加热阻和时间延迟大，适用厚壁稳态热流测量；低热阻型：反应灵敏，测温误差相对误差大，适合于动态热流测量。按测温方式：热电偶（热电堆）和热电阻（或热

3、敏电阻）。按力学性能：硬平板式和可挠式 。传感器类型：传感器类型：1-热阻层； 2-薄膜热电阻；3、4-热电极连线 热电阻热流传感器1-热阻层； 2-薄膜热电阻热电阻热流传感器热电阻热流传感器 硬平板式硬平板式 可挠式可挠式 1-1-埋入式；埋入式；2-2-表面粘贴式；表面粘贴式；3-3-空间辐射式空间辐射式热流传感器热阻、响应时间和使用环境的影响安装情况安装情况未安装未安装粘贴式安装粘贴式安装埋入式安装埋入式安装传感器热阻传感器热阻响应时间响应时间-需要经过一段过渡过程重需要经过一段过渡过程重新稳定新稳定无影响无影响使用环境使用环境传感器表面特性与原结构传感器表面特性与原结构不一致，引起表面

4、流换热不一致，引起表面流换热和辐射换热变化和辐射换热变化无影响无影响212111tt212111Rtt212111Rtt使用误差分析使用误差分析原理：热水吸收或放出的热量，与热水流量和供回水焓差有关结构：流量计：主要有机械式、超声波式和电磁式，计量流过系统体积流量。温度传感器：一般为铂电阻或热敏电阻，测量系统供回水温度。计算器：焓差计算和积分运算10.2.2 10.2.2 热水热量积算仪热水热量积算仪)(21ttcqQpv对上式进行时间积分，可获得在一段时间内流体吸收或放出的总热量。放出的总热量。dttcqQpv)(21类型：类型：根据外观结构：一体式和组合式根据外观结构：一体式和组合式根据流

5、量计类型：机械式、超声波式和电磁式根据流量计类型：机械式、超声波式和电磁式使用：使用：l 流量计的安装：流量计的安装： 应安装在流动平稳的直管段上应安装在流动平稳的直管段上 应根据仪表要求水平安装或垂直安装应根据仪表要求水平安装或垂直安装 应根据仪表要求选择回水管或供水管应根据仪表要求选择回水管或供水管 测试流量范围应与系统流量对应测试流量范围应与系统流量对应 注意安装方向注意安装方向l 温度传感器安装：温度传感器安装： 温度探头处于管道中流速最大的位置温度探头处于管道中流速最大的位置 应对安装探头的地方进行保温处理应对安装探头的地方进行保温处理 倾斜安装探头方向须迎向水流方向，并设保护套内倾

6、斜安装探头方向须迎向水流方向，并设保护套内 l 安装前，应对系统管路进行彻底清洗，以保证管道中没有污染物和杂质安装前，应对系统管路进行彻底清洗，以保证管道中没有污染物和杂质原理：工作原理与热水热量指标积算仪相同，也是通过蒸汽的流量、蒸汽与凝水焓差计算热量的。但过热蒸汽的焓通过测量蒸汽压力和温度求得，饱和蒸汽的焓通过测量蒸汽的温度求得，蒸汽放热后形成凝水的焓通过测量凝水温度求得。实际上由于凝水回收不可靠，有些蒸汽热量指标积算仪只记入蒸汽的供热量，而不减去凝水余热量，则不需测量凝水焓值。10.2.3 10.2.3 蒸汽热量积算仪蒸汽热量积算仪 差压变送器 标准孔板 混饱和蒸汽 混饱和蒸汽 开方器

7、干度设定 热量运算电路 213位数字显示 流量系数设定 热量运算电路 累积热量 Q 瞬时热量指示 Q 瞬时流量指示 W 瞬时温度指示 T 稳压电源 +5V -5V 220V 蒸汽热量积算仪蒸汽热量积算仪10.3 10.3 热量测量仪表的校正热量测量仪表的校正 热流传感器系数热流传感器系数C C受传感器材质、加工工艺、工作温度等影响，受传感器材质、加工工艺、工作温度等影响，因此每个传感器都要分别标定。因此每个传感器都要分别标定。 标定条件：标定条件：建立一个稳定的具有确定方向的一维热流；建立一个稳定的具有确定方向的一维热流；热流密度的大小是可控的。热流密度的大小是可控的。标定方法：标定方法：平板

8、直接法、平板比较法、单向平板法平板直接法、平板比较法、单向平板法10.3.1 热阻式热流计的传感器标定热阻式热流计的传感器标定平板直接法平板直接法在热板和冷板之间建立起一个垂直于冷、热板面（也垂直于热流计）的稳定的、可调的一维热流场 。计算热流密度为：FIRq22根据计算热流密度和热流计的输出电势标定测头系数。标定过程标定过程l应保证冷、热板之间温差大于10；l 传热稳定后，每30 min连续4次测量热流计和热电偶输出电势及热流密度；l 4次测量结果的偏差小于1%，且不是单方向变化时，一次标定结束；l 在相同温度下，两块热流传感器的位置应互换后再次标定，取两次平均l值作为该温度下热流传感器标定

9、系数。平板比较法平板比较法标定装置包括热板、冷板和测量系统。标定装置包括热板、冷板和测量系统。把待标定的感器与标准的热流传感器以把待标定的感器与标准的热流传感器以及绝热材料做成的缓冲块一起放在表面及绝热材料做成的缓冲块一起放在表面温度保持稳定均匀的热板和冷板之间，温度保持稳定均匀的热板和冷板之间，热板和冷板温度可控。利用标准热流传热板和冷板温度可控。利用标准热流传感器测定的系数感器测定的系数C C1 1、C C2 2和输出电势和输出电势E E1 1、E E2 2，就可以求出热流密度就可以求出热流密度q q，从而可确定被，从而可确定被标定的热流传感器的系数标定的热流传感器的系数C CB B。 标

10、定过程：标定过程：同平板直接法同平板直接法A热板；B待标热流传感器；C冷板；E传感器保护圈；H热缓冲板；T表面温度 EECECEqCB22211平板比较法平板比较法原理及构成原理及构成标定装置包括热板、冷板和测量系统。标定装置包括热板、冷板和测量系统。除了使中心计量热板除了使中心计量热板A A和保护热板和保护热板B B的温的温度相等，而且还要使度相等，而且还要使A A底部的温度和背底部的温度和背保护板下的温度相等，因此中心计量热保护板下的温度相等，因此中心计量热板的热量不能向周围及底部损失，惟一板的热量不能向周围及底部损失，惟一可传递的方向是通过热流传感器，保证可传递的方向是通过热流传感器，保

11、证了一维稳定热流的条件。了一维稳定热流的条件。标定过程：标定过程：同平板直接法同平板直接法 D1、D2、D3热流传感器；G 橡皮板；其余同平板直接法 FIRq22CECEq检定方法检定方法10.3.210.3.2热水热量表的检定热水热量表的检定分项检定：分别对温度、流量传感器分项检定：分别对温度、流量传感器和积算器按相关规程进行独立检定，和积算器按相关规程进行独立检定，检定结果按绝对误差求和的办法，计检定结果按绝对误差求和的办法，计算得出热量表的总精度。算得出热量表的总精度。国家标准国家标准JJG225-2001JJG225-2001热能表检定规程热能表检定规程是热量表检定的依据是热量表检定的

12、依据 整体检定：对处于工作状态下的热量表，直接检定其所显示的累计热量值。整体检定：对处于工作状态下的热量表，直接检定其所显示的累计热量值。 整体检定可采用热平衡法和比较法。整体检定可采用热平衡法和比较法。 热平衡法：使热量的真实值与被检热量表的显示值对比。热平衡法：使热量的真实值与被检热量表的显示值对比。比较法：比较精度等级更高的标准器与被检仪表的测量结果，从而评价被检比较法：比较精度等级更高的标准器与被检仪表的测量结果，从而评价被检 仪表的精度仪表的精度 分项检定示意图分项检定示意图lzQQQQ热平衡法检定原理热平衡法检定原理1 电源；2 电能表；3水箱； 4 加热管； 5 温度传感器； 6

13、 待检热表；7 流量计； 8 散热装置； 9 水泵比较法检定原理比较法检定原理1 电加热器； 2 标准温度计； 3被检热表；4 散热装置；5 标准流量计； 6 水泵；7 标准积算器l非平壁表面散热热流密度与热流测点的几何位置有关，应选择有代表非平壁表面散热热流密度与热流测点的几何位置有关，应选择有代表性的位置安装热流传感器。性的位置安装热流传感器。 如：于水平安装的有均匀保温层圆形管道，一般选在截面上与管道水如：于水平安装的有均匀保温层圆形管道，一般选在截面上与管道水平中心线夹角约为平中心线夹角约为4545和和135135处。处。 l热流传感器的选择除了要考虑被测壁面的热流范围和测量精度要求外

14、，热流传感器的选择除了要考虑被测壁面的热流范围和测量精度要求外，还考虑传感器对壁面形状、温度、传热状态的适应性。还考虑传感器对壁面形状、温度、传热状态的适应性。 如管道和非平壁设备表面，应选择可挠式传感器；如管道和非平壁设备表面，应选择可挠式传感器； 无保温的冷、热水管道和设备，应选择耐低温或耐高温的传感器；无保温的冷、热水管道和设备，应选择耐低温或耐高温的传感器； 自身热阻很小的管道和设备，应选择热阻较小的薄型传感器；自身热阻很小的管道和设备，应选择热阻较小的薄型传感器； 不稳定传热壁面应选择热惰性小、响应时间短的低热阻型传感器。不稳定传热壁面应选择热惰性小、响应时间短的低热阻型传感器。10

15、.4 10.4 本专业热量测量的应用本专业热量测量的应用 10.4.1 10.4.1 建筑设备及管道表面热流测量建筑设备及管道表面热流测量l热流传感器多选择高热阻型平板式；热流传感器多选择高热阻型平板式；l应将热流传感器置于围护结构平面中心位置；应将热流传感器置于围护结构平面中心位置；l安装方法以粘贴式为主，若长期检测，则可采用埋入式；安装方法以粘贴式为主，若长期检测，则可采用埋入式；l测量薄壁结构时，传感器附加热阻不可忽视，应对测量结果测量薄壁结构时，传感器附加热阻不可忽视，应对测量结果进行修正；进行修正；l测量中应将热流传感器紧贴壁面，并采用胶液、石膏、黄油、测量中应将热流传感器紧贴壁面，

16、并采用胶液、石膏、黄油、凡士林等填充热流传感器与壁面之间的间隙，以降低接触热凡士林等填充热流传感器与壁面之间的间隙，以降低接触热阻误差；阻误差；l室外测量时，应采取涂色、贴膜等措施，使热流计表面黑度室外测量时，应采取涂色、贴膜等措施，使热流计表面黑度与被测壁体黑度接近，防止太阳辐射对表面辐射换热的影响与被测壁体黑度接近，防止太阳辐射对表面辐射换热的影响 建筑围护结构传热测量建筑围护结构传热测量实例1 供暖建筑耗热量指标测试1.测试目的2.检测对象3.测试方案4.测试结果10.5 10.5 热量测量的应用实例热量测量的应用实例LOGO第八章物位测量第八章物位测量物位测量物位测量u概述概述u常用物

17、位测量仪表常用物位测量仪表u差压式液位计的量程迁移修正差压式液位计的量程迁移修正u应用事例应用事例物位测量的基本原理物位测量的基本原理物位的概念物位的概念物位：物料在空间的累积高度 液位：容器中介质液面的高低料位：固体块、散粒状物质的堆积高度界面：两种液体介质的分界面 物位测量的基本原理物位测量的基本原理1.力学原理2.波传播原理3.机械运动原理4.电气式物位检测5.射线穿透原理 8.2 常用物位测量仪表常用物位测量仪表浮力式液位测量仪表浮力式液位测量仪表 浮力式液位测量仪表计主要有浮子液位计和浮筒液位计两种，前者为恒浮力测量，后者为变浮力测量。 恒浮力式液位计是依靠浮标或浮球浮在液体中随液面

18、变化而升降，以浮标的位置代替液面位置，通过位移转换机构将浮子的位移反映在标尺上。8.2 常用物位测量仪表常用物位测量仪表)-(0 xxChAgm)-(0 xxChAgm钢带浮子式液位计1-浮子；2-钢绳；3-配重及指针 )-(0 xxChAgm)-(0 xxChAgm浮球式水位控制器结构图1-浮筒；2-浮球；3-连杆；4-非导磁管；6-磁钢；5、7上、下限水银开关；8-调整箱组件8.2.18.2.1浮力式液位测量仪表浮力式液位测量仪表 浮筒式液位计是变浮力液位测量仪表。其液位传感器由浮筒和弹性元件组成。浮筒一般为圆筒形空心金属筒，当浮筒的一部分被液体浸没时，浮筒受的重力、浮力和弹性力形成力平衡

19、。m浮筒质量，kg； A 浮筒横截面积，； h浮筒浸没在液体中的长度，m； 液体密度，kg/m3； C弹簧的刚度，N/mm； x0弹性元件弹力与浮筒重力平衡时产生的位移，mm； 弹性元件弹力与浮力平衡时产生的位移，mm。)-(0 xxChAgm)-(0 xxChAgm)-(0 xxChAgmx浮筒弹簧式液位计结构图 1-浮筒；2-弹簧；3-差动变压器 浮筒弹簧式液位计结构图浮筒弹簧式液位计结构图浮筒扭力管式液位计结构1-浮筒； 2-杠杆； 3-扭力管； 4-芯轴；5-外壳 浮筒扭力管式液位计结构浮筒扭力管式液位计结构8.2.2 8.2.2 差压式液位计差压式液位计gHPPPABBPgHPPPP

20、0B静压法测量液位的原理AHA由图可知：由图可知：Ba 压力计式液位计 b 差压式液位计 液位压力、差压式液位计意图 1-容器；2-压力表（a），差压计(b)；3-液位零面；4-导压管8.2.3 8.2.3 电气式物位计电气式物位计 电气式物位计是利用传感器直接把物位变化转换为电参数的变化原理测量物位。根据电量参数的不同，可分为电阻式、电容式和电感式等。 电阻式液位计原理图 1-电阻棒；2-绝缘套3-测量电桥 浮子式电感液位控制器 1、3-上下限线圈； 2-浮子 电容式物位传感器1-内电极；2-外电极 8.2.4 8.2.4 其他物位计其他物位计声学物位计声学物位计 声学式物位计通过测量声波从

21、发射至接收到被测物位界面所反射的回波的时间间隔来确定物位的高低，其常用的声学信号为超声波。超声波物位计按传声介质不同，可分为气介式、液介式和固介式三种，常用的是前两种。超声波物位计的几种测量原理超声波物位计的几种测量原理液介单探头液介单探头 液介双探头液介双探头 气介单探头气介单探头 气介双探头气介双探头微波物位计微波物位计 在电磁波谱中将波长为11000mm的电磁波称为微波。微波的特点是在各种障碍物上能产生良好的反射，具有良好的定向辐射性能；在传输过程中受到粉尘、烟雾、火焰及强光的影响小，具有很强的环境适应能力。常用的微波物位计有反射微波物位计和调频连续波式物位计两种。 反射微波物位计的原理

22、是通过微波发射天线倾斜一定的角度向液面发射微波束，波束遇到物面即发生反射，反射微波束被微波接收天线接收，从而测定液位。 反射式微波液位计原理反射式微波液位计原理射线式物位计射线式物位计 射线式物位检测系统主要由射线源、接收器和电子线射线式物位检测系统主要由射线源、接收器和电子线路等部分组成。路等部分组成。射线式物位计原理框图8.3 8.3 差压式液位计的量程迁移修正差压式液位计的量程迁移修正 量程迁移有3种：1.无迁移 2.负迁移3.正迁移差压变送器测量液位原理差压变送器测量液位原理 差压变送器的量程迁移示意图差压变送器的量程迁移示意图负迁移负迁移设隔离液密度为，这时差压变送器正、负压室所受到

23、的压力分别为：gPg121ggPHhPg22gPhPg)( -gg-gg212122121hhHhHhPPP所以 式中 容器内液面上部的气相压力，Pa 迁移量，PagP212()ghhgPgp正迁移正迁移设连接负压室与容器上部取压点的引压管中充满气体，并忽略气体产生的静压力，则差压变送器正、负压室所受压力分别为g11ggPHhPgPPgggg1111hHHhPPP所以 8.48.4 应用实例应用实例系统水箱水位、锅炉汽包水位的测量系统水箱水位、锅炉汽包水位的测量 系统水箱水位和运行平稳的底压锅炉汽包水位可以用简单的连通管液位计、电极式水位计和电接点水位计测量。 连通管液位计是在水箱或汽包上设置

24、连通管，将水箱或汽包的水位等高地显示在与汽包连通的玻璃管中。常用的连通管液位计有管式和板式两种。系统水箱水位、锅炉汽包水位的系统水箱水位、锅炉汽包水位的测量测量管式管式 板式板式 电极式水位信号器电极式水位信号器电极式水位信号器 电接点式水位传感器电接点式水位传感器电接点式水位传感器电接点式水位传感器图8-23 低置水位计测量系统 大中型锅炉的汽包位置都很高，不利于人员观察记录，为了方便司炉人员及时观察水位，许多锅炉的汽包水位测量采用了低置水位计测量系统，该系统由凝结箱、膨胀室、低置水位计和连通管组成。 低置水位计测量系统实例实例1 1大型锅炉煤粉仓料位重锤式自动测量装置大型锅炉煤粉仓料位重锤式自动测量装置 重锤式物位测量是利用悬锤自身的重力，将连接重锤的绳索拉直，当悬锤接触料位后，绳索失去向下的拉力，变得松弛。测量由料仓顶端到开始松弛的绳索长度，再用料仓的高度减去绳索下降长度，就可得到物料的实际高度即料位。测量过程依靠人工感觉绳索是否松弛来判断悬锤是否接触到料位，无法实现自动测量。 重锤式自动测量装置由悬