第八章热量测量

1、第八章第八章 热量测量热量测量热工测量与自动控制热工测量与自动控制 热流量热流量是一定面积的物体两侧存在温差时，单位时间内是一定面积的物体两侧存在温差时，单位时间内由导热、对流、辐射方式通过该物体所传递的热量。由导热、对流、辐射方式通过该物体所传递的热量。通过物体的热流量与两侧温度差成正比，与厚度成反比，并与材料的导热性能有关。稳态导热通过物体热流密度不随时间改变，其内部不存在热量的蓄积；不稳态导热通过物体的热流密度与内部温度分布随时间而变化。 为测量建筑物、管道或各种保温材料的传热量及物性参数，常需要测量通过这些物体的热流密度。目前多采用热阻式热流计来测量，热流计由热流传感器和显示仪表组成。

2、一、热阻式热流计一、热阻式热流计 .原理：原理：根据傅立叶定律傅立叶定律当热流通过平板状的热流传感器时，传感器热阻层上产生温度梯度，可以得到对于一维稳定导热，通过热流传感器的热流密度为 W/m2 为已知量，只要测得，即可求得，进而求得。xtqx、热流密度：单位时间内通过单位面积的热量。热流密度：单位时间内通过单位面积的热量。tq 两等温面温差，两等温面温差，两等温面之间两等温面之间的距离，的距离，m m。W/m2 tq2公式公式导热系数导热系数 3温差的测量温差的测量 采用热电偶采用热电偶tcEcEtECcEq带入热流密度公式，带入热流密度公式，热电偶系数热电偶系数C下降，对于相同的热流量下降

3、，对于相同的热流量q， 升高，灵敏升高，灵敏度增加。度增加。C增加，对于相同的热流量增加，对于相同的热流量q， 减少，灵敏减少，灵敏度下降。度下降。EE实现的方法：串联热电偶。实现的方法：串联热电偶。 4热流计系数热流计系数C C的物理意义的物理意义：当热流传感器有单位热电势输出时，垂直通过它的热流密度。 当和C值不受温度影响为定值时，C为常数；当温度变化幅度较大，和C不是定值，而是温度的函数时，C就不是常数，而将是温度的函数。cCcv提高热阻提高热阻降低降低C提高灵敏度的措施提高灵敏度的措施v提高热电偶系数提高热电偶系数C。tncEnE 5.组成组成： 热流计由热流传感器和显示仪表组成。 热

4、流传感器的组成：热流传感器的组成： 热电堆：很多对热电偶串联 基板：层压板（常温下）；陶瓷板（高温下）； 保护层：涤纶薄膜 显示仪表：显示仪表：指针式、数字式 热流计构造：平板型、圆弧型热流计构造：平板型、圆弧型l以平板型为例：l选一块，厚度为1mm的环氧树脂玻璃 纤 维 板 ， 将 中 间 挖 空 尺 寸 为100*100mm，挖下的这块剪成10*100mm的小条，作为热电堆基板，在这些热电堆基板上绕制热电堆，再用环氧树脂封于边框内，将热电堆串联起来，将两端头焊在接线片上，在平板的两个端面上贴上涤纶薄膜作为保护层。6 6、测量过程：、测量过程： 热流经热流传感器（HFS），在传感器上产生轻微

5、的温差。这种温度梯度与热流成正比。 热流传感器内以适当方式排列的多个微型热电偶结 （热电堆）产生电动势（mV）输出。电动势（mV）输出乘以校正常数，得到热流值。 热流传感器含热电偶或热电堆，可同时记录热流和温度。 7 7. .分类：分类：根据值的大小，热流传感器分为：高热阻型：小，/值大，测量灵敏度高，热惰性 大，反应时间长，测量误差大。低热阻型：大，值小。热流传感器的种类很多，常用的有板式（WYP型）：用于测量平壁面可挠（WYR型）：用于测量管道。其外型有平板型与圆弧型等。8.显示仪表：显示仪表：早期采用电位差计、动圈式毫伏表以及数字式电压表进行测量，然后用标定曲线或经验公式计算出热流密度。

6、目前应用的主要有两种，一种为指针式指针式的热流指示仪表，一种为数字式数字式的热流指示仪表。新开发的数据采集、显示和计算功能分开的智能型智能型热流计专用仪表开始应用。二、热流传感器的标定二、热流传感器的标定ECq标定的目的是使通过热流传感器测出的热流量最接近实际值。（ ）.标定对象：热流传感器系数C因为：组成热流传感器的热电堆的材质、加工工艺等都会影响热流传感器系数C。常温下，标定的C值可视为仪器常量，但在远离标定温度时，如测量冷库壁面热流时，C会发生变化，需对其重新标定。热流传感器系数C对于给定的热流传感器不是一个常数，而是工作温度的函数。.标定方法：平板直接法、平板比较法、单向平板法 标定所

7、得的系数是传感器的固有性能，它不应随标定设备和外界的条件而改变。 标定热流传感器时，为了确定热流传感器的系数C，必须要有一个稳定的具有确定方向（单向或双向）的一维热流，其热流密度的数值能够准确测定，其大小可以根据需要给出，也就是说需要一个标准热流发生器。为了满足热流传感器工作原理中关于其表面是等温面的要求，标准热流发生器的表面必须是一个等温面，其温度应能根据需要而改变。若要确定传感器的热阻，还必须在标定的同时测出传感器两面的温差及传感器的厚度。 三、热阻式热流计的安装及使用误差：三、热阻式热流计的安装及使用误差： 1.1.安装方法安装方法 三种：埋入式、表面粘贴式和空间辐射式埋入式、表面粘贴式

8、和空间辐射式。其中前两种为常用方法。 热流测头的选用：热流测头的选用：热流测头应尽量薄，热阻要尽量小，被测物体的热阻应该比测头热阻大得多。被测物体为平面时采用板式测头，被测物体为弯曲面时采用可挠式测头。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安装测点位置：安装测点位置：应选在能反映反映被测对象平均热流密度的位置平均热流密度的位置。如：圆形保温管道，应选在管道上部与水平夹角约45度和135度处。此处的热流密度大致等于其截面上的平均值。安装时应避开温度异常点，应于所测壁面紧密接触，不得有空隙并尽可能与所测壁面平齐。有条件时，应尽量采用埋入式安装。为此常采

9、用胶液、石膏、黄油、凡士林等粘贴热流传感器。对于硅橡胶可挠式热流传感器，可以采用双面胶纸。 2 2使用误差分析使用误差分析 （1 1）热流传感器的热阻的影响）热流传感器的热阻的影响 a.破坏原有热阻层的传热状态，改变原有热阻层的热阻值。(其主要原因是导热系数不一致及被测热阻层厚度的有所改变。) b.改变了原有热传递情况（原有的等温面发生了扭曲）。（可用一维传热来近似估计误差） c.粘结剂等材料增加了接触热阻，影响热阻层原有的传热情况。（2 2）热流传感器的响应时间）热流传感器的响应时间埋入式测量过程是个稳定过程，而粘贴式测量要经过一个热量传递的过程才能稳定，有一定的响应时间，需稳定后才能读数。

10、（3 3）对流和辐射引起的误差）对流和辐射引起的误差根据公式可知对流换热系数的变化会引起一定的误差对流换热系数的变化会引起一定的误差。但对流换热热阻远小于保温层热阻，因而误差很小。辐射的影响辐射的影响：是由热流传感器与被测表面辐射系数的差辐射系数的差别别外界辐射变化所造成的。在测试外保温设备热流密度时阳光的辐射也会引起误差。 热水热量与冷水冷量的测量原理相同，这里只介绍热水热量的测量方法。 一、热水热量的测量原理一、热水热量的测量原理 式中：Q流体吸收或放出的热量，W； V通过流体的体积流量，m3/s； 流体的密度，kg/m3； h1、h2流进、流出流体的焓，Jkg。 第二节第二节 热量的测定

11、热量的测定 dhhqQV)(21dttcqQpv)(21只要测得供回水温度和热水流量，即可得到热水吸收（放出）的热量。利用该原理也可以制造测量液体输送的冷量的仪表，或制造同时测量热量和冷量的计量仪表。二、热水热量测量仪表的构造二、热水热量测量仪表的构造1.一体式热量表由流量传感器、温度传感器和计算器（积分仪）组成。流量传感器，主要有三种：l一种为超声波流量传感器；l一种为叶轮式流量传感器：l一种为电磁式流量传感器。温度传感器：一般为铂电阻或热敏电阻。计算器（积分仪）：采用微处理器芯片,体积变小、计算精度高。目前生产的热水热量测量仪表的计算器有与流量传感器形成一体的和相互分离的两种，以方便用户使

12、用。2.分开式热量表将测量、计算和显示功能分开的热量表，以满足现场测定无需人值班和便于计算机管理的需要。类型：根据外观结构：一体式和组合式根据流量计类型：机械式、超声波式和电磁式三三. .热水热量表的应用热水热量表的应用热量表的安装要满足流量和温度传感器的安装要求，计算器（积分仪）要安在通风良好、便于观察的位置。它的周期维护时间为56年。热水热量表的标定可分别将流量传感器、温度传感器和积分仪分别标定，也可整体标定。 四、热水热量表的使用四、热水热量表的使用l 流量计的安装： 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 应根据仪表要求选择回水管或供水管 测试流量范围应与系统流量

13、对应 注意安装方向l 温度传感器安装： 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 倾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蒸汽的热量与蒸汽的流量及蒸汽与凝水的焓差有关。蒸汽流量可以用流量计测得，蒸汽的焓可以通过测量蒸汽压力和温度求得，凝水的焓与凝水的温度有关，考虑能到蒸汽焓值较凝水焓值大得多，因此，只要知道蒸汽的质量流量和焓值，即可求得蒸汽的热量。 第三节蒸汽热量的测量第三节蒸汽热量的测量 蒸汽流量测量流量测量是用标准孔板流量。（将流量信号转换成差压信号，再经差压变送器转换成 010mA的信号，送给

14、热量计）。蒸汽温度测量温度测量是用安装在供汽管上的铂电阻（将数据一并送入热量计）。热量计热量计进行蒸汽热量的计算，并进行热量的累积和显示。感谢关注！传热的基本方式热传导热传导热传导又称导热。是指热量从物体的高温部分向同一物体的低温部分、或者从一个高温物体向一个与它直接接触的低温物体传热的过程。对流传热对流传热对流传热是依靠流体的宏观位移，将热量由一处带到另一处的传递现象。在化工生产中的对流传热，往往是指流体与固体壁面直接接触时的热量传递。辐射传热辐射传热 又称为热辐射 因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。物体将热能变为辐射能，以电磁波的形式在空中传播，当遇到另一物体时，又被全部或部分地吸收而变为热能。 返回返回 导热系数（热导率）导热系数（热导率）是反映材料导热性能的物理量。 物理意义：表示相距单位长度的两平面的温度相差为一个单位