第八章 熱量測(cè)量-2014

1、第八章 熱量測(cè)量 熱流密度的測(cè)量熱流密度的測(cè)量熱量及冷量的測(cè)量熱量及冷量的測(cè)量蒸汽熱量的測(cè)量蒸汽熱量的測(cè)量第第1 1節(jié)節(jié) 熱阻式熱流計(jì)熱阻式熱流計(jì)熱流密度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的熱量熱流密度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的熱量tqx 兩等溫面溫差兩等溫面溫差，兩等溫面之間的兩等溫面之間的距離距離，mW/m2 tqx 1 1、公式、公式一、工作原理一、工作原理2 2、溫差的測(cè)量、溫差的測(cè)量 采用熱電偶采用熱電偶ECtEtC EqCEC熱電偶系數(shù)熱電偶系數(shù)v 熱流密度熱流密度q一定時(shí)，一定時(shí)，C減小減小， 增大，靈敏度增加。增大，靈敏度增加。反之，反之，C增加，增加， 減少，靈敏度下降。減少，靈敏度下

2、降。EE熱流傳感熱流傳感系數(shù)系數(shù)實(shí)現(xiàn)的方法：熱電偶實(shí)現(xiàn)的方法：熱電偶串聯(lián)串聯(lián)3 3、熱流傳感器系數(shù)、熱流傳感器系數(shù)C C當(dāng)熱流計(jì)有單位熱電勢(shì)輸出時(shí)，垂直通過(guò)它的當(dāng)熱流計(jì)有單位熱電勢(shì)輸出時(shí)，垂直通過(guò)它的熱流密度熱流密度CCc 提高熱阻提高熱阻提高靈敏度提高靈敏度的措施的措施 提高熱電偶系數(shù)提高熱電偶系數(shù)EnEnCt總C二構(gòu)造二構(gòu)造v平板型（平板型（WYP）v可撓型（可撓型（WYR）熱流傳感器的結(jié)構(gòu)圖熱流傳感器的結(jié)構(gòu)圖(a) 平板熱流傳感器平板熱流傳感器 (b) 可撓式熱流傳感器可撓式熱流傳感器1-骨架骨架 2-熱電堆片熱電堆片 3-引線柱引線柱 硬平板式硬平板式 可撓式可撓式 v選一塊厚度為選一

3、塊厚度為1mm的環(huán)氧樹脂玻璃纖維板，邊框?yàn)榈沫h(huán)氧樹脂玻璃纖維板，邊框?yàn)?30mm130mm左右，將若干塊左右，將若干塊10mm100mm的的熱電堆片鑲嵌在邊框中制成熱流傳感器。熱電堆片鑲嵌在邊框中制成熱流傳感器。熱電堆片熱電堆片是由很多熱電偶串聯(lián)并繞在基板上組成是由很多熱電偶串聯(lián)并繞在基板上組成。熱電堆的。熱電堆的引出線相互串聯(lián)，將兩端頭焊在接線片上，表面貼引出線相互串聯(lián)，將兩端頭焊在接線片上，表面貼上滌綸薄膜作為保護(hù)層上滌綸薄膜作為保護(hù)層類型類型測(cè)頭尺寸測(cè)頭尺寸（mm）熱流傳感器系熱流傳感器系數(shù)（數(shù)（W/m2.mV)使用場(chǎng)合使用場(chǎng)合平板型平板型1101102.511.6平壁面熱流平壁面熱流可

4、撓型可撓型110554116，安裝曲率半，安裝曲率半徑徑50mm管道等彎曲管道等彎曲表面的熱流表面的熱流v熱電堆的制作熱電堆的制作 采用采用焊接、電鍍、噴涂、電沉積焊接、電鍍、噴涂、電沉積等方法制作等方法制作熱電堆片示意圖熱電堆片示意圖1- 芯板芯板 2-熱電偶接點(diǎn)熱電偶接點(diǎn) 3-熱電極材料熱電極材料A 4-熱電極材料熱電極材料B三、熱流傳感器的標(biāo)定三、熱流傳感器的標(biāo)定1、平板直接法平板直接法平板直接法原理圖平板直接法原理圖A-中心計(jì)量板中心計(jì)量板 B-保護(hù)板保護(hù)板 C-冷板冷板 D-熱流傳感器熱流傳感器 E-傳感器保護(hù)圈傳感器保護(hù)圈 F-背保背保護(hù)板護(hù)板 H-熱板表面熱電偶熱板表面熱電偶 I

5、-熱流傳感器表面熱電偶熱流傳感器表面熱電偶 J-冷板表面熱電偶冷板表面熱電偶 K-熱熱板與背保護(hù)板表面溫差熱電偶板與背保護(hù)板表面溫差熱電偶 M-保溫材料保溫材料 2QI RqFFqCE2、平板比較法平板比較法qCE平板比較法原理圖平板比較法原理圖A-熱板熱板B-待標(biāo)熱流傳感器待標(biāo)熱流傳感器 C-冷板冷板E-傳感器保護(hù)圈傳感器保護(hù)圈H-熱緩沖板熱緩沖板T-表面溫度表面溫度 11222C EC EE四、熱阻式熱流計(jì)的安裝及使用誤差四、熱阻式熱流計(jì)的安裝及使用誤差1、安裝方法安裝方法v 埋入式埋入式v 表面粘貼式表面粘貼式v 空間輻射式空間輻射式2、熱阻式熱流計(jì)的使用誤差分析熱阻式熱流計(jì)的使用誤差分

6、析v 熱流傳感器的熱流傳感器的熱阻熱阻的影響的影響v 熱流傳感器熱流傳感器響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間的影響的影響v 對(duì)流和輻射對(duì)流和輻射引起的誤差引起的誤差熱流傳感器對(duì)被測(cè)溫度場(chǎng)的影響熱流傳感器對(duì)被測(cè)溫度場(chǎng)的影響(a)原有的溫度場(chǎng)；原有的溫度場(chǎng)；(b)埋入熱流傳感器后的溫度場(chǎng)；埋入熱流傳感器后的溫度場(chǎng)；(c)粘貼熱流傳感器后的溫度場(chǎng)粘貼熱流傳感器后的溫度場(chǎng)1-被測(cè)熱阻層；被測(cè)熱阻層；2-對(duì)流空氣層對(duì)流空氣層1）熱流傳感器的熱阻的影響）熱流傳感器的熱阻的影響v未安裝熱流傳感器時(shí)，通過(guò)熱阻層的熱流密未安裝熱流傳感器時(shí)，通過(guò)熱阻層的熱流密度為度為v安裝熱流傳感器時(shí)，通過(guò)熱阻層的熱流密度：安裝熱流傳感器時(shí)，通過(guò)

7、熱阻層的熱流密度：粘貼式：粘貼式：埋入式：埋入式：121211ttq121211ttqR 121211ttqR 當(dāng)各參數(shù)已知時(shí)，就可以得到這兩種安裝方式當(dāng)各參數(shù)已知時(shí)，就可以得到這兩種安裝方式的相對(duì)誤差的相對(duì)誤差v粘貼式：粘貼式：v埋入式：埋入式：121211111qqqR 121211111qqqR 結(jié)論結(jié)論：被測(cè)熱阻層導(dǎo)熱系數(shù)越小、越厚，安裝熱流傳感被測(cè)熱阻層導(dǎo)熱系數(shù)越小、越厚，安裝熱流傳感器引起的誤差越??；在其他測(cè)量條件完全相同時(shí)，埋器引起的誤差越??；在其他測(cè)量條件完全相同時(shí)，埋入式比粘貼式引起的誤差小一些入式比粘貼式引起的誤差小一些 2）熱流傳感器的響應(yīng)時(shí)間）熱流傳感器的響應(yīng)時(shí)間v用熱

8、流計(jì)監(jiān)視熱工設(shè)備的運(yùn)行，采用用熱流計(jì)監(jiān)視熱工設(shè)備的運(yùn)行，采用埋入式埋入式安裝，安裝，測(cè)量過(guò)程可看成是測(cè)量過(guò)程可看成是穩(wěn)定穩(wěn)定過(guò)程；而過(guò)程；而粘貼式粘貼式安裝是在測(cè)安裝是在測(cè)量熱流密度時(shí)在被測(cè)表面上突然加了一層熱阻，破量熱流密度時(shí)在被測(cè)表面上突然加了一層熱阻，破壞了原來(lái)壁面的傳熱情況，要經(jīng)過(guò)一個(gè)熱量傳遞的壞了原來(lái)壁面的傳熱情況，要經(jīng)過(guò)一個(gè)熱量傳遞的過(guò)渡過(guò)程才能過(guò)渡過(guò)程才能達(dá)到穩(wěn)定達(dá)到穩(wěn)定，這時(shí)才能開始讀數(shù)。否則，這時(shí)才能開始讀數(shù)。否則，會(huì)造成讀數(shù)誤差。會(huì)造成讀數(shù)誤差。3）對(duì)流和輻射引起的誤差）對(duì)流和輻射引起的誤差 v對(duì)流換熱系數(shù)引起的測(cè)量誤差很小對(duì)流換熱系數(shù)引起的測(cè)量誤差很小v輻射對(duì)測(cè)量的影響是

9、由于輻射對(duì)測(cè)量的影響是由于熱流傳感器與被測(cè)表面的熱流傳感器與被測(cè)表面的發(fā)射系數(shù)不同發(fā)射系數(shù)不同及及外界輻射外界輻射的變化兩方面造成的，輻的變化兩方面造成的，輻射系數(shù)的差別對(duì)射系數(shù)的差別對(duì)保冷保冷工程的影響較為突出工程的影響較為突出v粘貼熱流傳感器前的熱流密度為粘貼熱流傳感器前的熱流密度為v粘貼熱流傳感器后的熱流密度為粘貼熱流傳感器后的熱流密度為例：例：某冷水保溫管，管壁溫度為某冷水保溫管，管壁溫度為10，保溫層外空氣溫度為，保溫層外空氣溫度為30，原保溫層表面黑度為，原保溫層表面黑度為0.1，空氣表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為，空氣表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為10W/(m2.K) ，熱流傳感器表面的黑度為熱流傳感器表面的黑

10、度為0.9，計(jì)算由于輻射系，計(jì)算由于輻射系數(shù)的測(cè)量誤差。數(shù)的測(cè)量誤差。解：解： 計(jì)算可得未貼熱流傳感器時(shí)散出的熱流密度為計(jì)算可得未貼熱流傳感器時(shí)散出的熱流密度為粘貼后為粘貼后為 相對(duì)誤差相對(duì)誤差 44012()qTT44012()qTT 44012()qtTT 21211.5/qW m 22304.4/qW m 122143.9%qqqq 多點(diǎn)式熱流計(jì) 測(cè)定項(xiàng)目測(cè)定項(xiàng)目: 熱流和溫度熱流和溫度 測(cè)定范圍測(cè)定范圍: 熱流熱流: 0 - 9999 9W/m2或或kcal/m2.h溫度溫度: K型熱電偶型熱電偶 -2001200 T型熱電偶型熱電偶 -200400 產(chǎn)品型號(hào)產(chǎn)品型號(hào): HFM-215

11、產(chǎn)品展商產(chǎn)品展商: 鴻盛科儀有限公司鴻盛科儀有限公司特點(diǎn)特點(diǎn)v便于攜帶和數(shù)據(jù)處理，體積小且重量輕便于攜帶和數(shù)據(jù)處理，體積小且重量輕v5.5英英吋吋彩色顯示屏幕，可顯示熱流圖型、棒狀圖彩色顯示屏幕，可顯示熱流圖型、棒狀圖型、數(shù)字顯示等型、數(shù)字顯示等v六個(gè)頻道的測(cè)定，可儲(chǔ)存每六個(gè)頻道的測(cè)定，可儲(chǔ)存每1秒循環(huán)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，共秒循環(huán)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，共27個(gè)小時(shí)個(gè)小時(shí)v數(shù)據(jù)可儲(chǔ)存在內(nèi)藏式數(shù)據(jù)可儲(chǔ)存在內(nèi)藏式3.5吋吋軟盤中軟盤中v可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)功能儲(chǔ)存數(shù)據(jù)可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)功能儲(chǔ)存數(shù)據(jù)v具有網(wǎng)絡(luò)卡和收發(fā)電子郵件功能具有網(wǎng)絡(luò)卡和收發(fā)電子郵件功能v包含充電電池和包含充電電池和AC電源電源產(chǎn)品名稱產(chǎn)品名稱: 便攜式熱流計(jì)

12、便攜式熱流計(jì)產(chǎn)品型號(hào)產(chǎn)品型號(hào): HFM-201測(cè)定項(xiàng)目測(cè)定項(xiàng)目: 熱流和溫度熱流和溫度測(cè)定范圍測(cè)定范圍: 熱流熱流: 0 9999W/m2或或kcal/m2.h。溫度溫度: K型熱電偶型熱電偶-99.9 -999.9T型熱電偶型熱電偶-199.9 - 400 便攜式熱流計(jì)便攜式熱流計(jì)(HFM-201)特點(diǎn)特點(diǎn)v熱流值和溫度可切換顯示熱流值和溫度可切換顯示v溫度感應(yīng)器可切換成鉻溫度感應(yīng)器可切換成鉻-鋁熱電鋁熱電偶或銅偶或銅-銅鎳電偶銅鎳電偶v包含包含TR-B熱流感應(yīng)器熱流感應(yīng)器v可儲(chǔ)存可儲(chǔ)存20組數(shù)據(jù)檔案，總共組數(shù)據(jù)檔案，總共100個(gè)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)據(jù)v二種電源供應(yīng)方式二種電源供應(yīng)方式: 干電池或干電池

13、或AC電源電源v標(biāo)準(zhǔn)配件標(biāo)準(zhǔn)配件RS-232C界面界面v包括攜帶式外箱選購(gòu)打印機(jī)包括攜帶式外箱選購(gòu)打印機(jī)第2節(jié) 熱量及冷量的測(cè)量以熱量表為例以熱量表為例 mQqhd計(jì)算顯示齒輪組給水溫度傳感器回水溫度傳感器積分儀654321流量傳感器f熱量表工作原理熱量表工作原理1-葉輪葉輪 2-耦合磁鐵耦合磁鐵A 3-隔離板隔離板 4-耦合磁鐵耦合磁鐵B 5-磁鐵磁鐵C 6-干簧管干簧管 熱量表的技術(shù)現(xiàn)狀 主要包括主要包括葉輪式、超聲波式和電磁式葉輪式、超聲波式和電磁式三種三種形式。形式。 葉輪式流量傳感器因其測(cè)量原理和結(jié)構(gòu)相葉輪式流量傳感器因其測(cè)量原理和結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，價(jià)格較低，在戶用表中普遍采用。對(duì)簡(jiǎn)單，

14、價(jià)格較低，在戶用表中普遍采用。 國(guó)內(nèi)外熱量表葉輪式流量傳感器對(duì)比國(guó)內(nèi)外熱量表葉輪式流量傳感器對(duì)比 國(guó)內(nèi)國(guó)內(nèi)國(guó)外國(guó)外結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式小口徑表：?jiǎn)瘟魇墒?；小口徑表：?jiǎn)瘟魇墒剑欢嗔魇墒蕉嗔魇墒?大口徑表：多流束干式大口徑表：多流束干式 小口徑表：?jiǎn)瘟魇墒叫】趶奖恚簡(jiǎn)瘟魇墒酱罂趶奖恚憾嗔魇墒酱罂趶奖恚憾嗔魇墒?測(cè)量精度測(cè)量精度分 界 流 量 至 最 大 流 量分 界 流 量 至 最 大 流 量5% ，分界流量以下，分界流量以下至最小流量時(shí)至最小流量時(shí)3%流量范圍內(nèi)流量范圍內(nèi)5%流量信號(hào)采流量信號(hào)采集方式集方式干簧管和磁性表針干簧管和磁性表針動(dòng)態(tài)的磁場(chǎng)導(dǎo)通率的變動(dòng)態(tài)的磁場(chǎng)導(dǎo)通率的變化化始

15、動(dòng)流量始動(dòng)流量較高較高低低壓力損失壓力損失較高較高低低安裝位置安裝位置進(jìn)水或回水進(jìn)水或回水回水回水國(guó)內(nèi)外熱量表積算儀對(duì)比國(guó)內(nèi)外熱量表積算儀對(duì)比 國(guó)內(nèi)國(guó)內(nèi)國(guó)外國(guó)外熱量計(jì)量方法熱量計(jì)量方法 焓值法焓值法K系數(shù)法系數(shù)法溫度測(cè)量方法溫度測(cè)量方法兩線制、三線制、兩線制、三線制、四線制四線制與左相同與左相同溫度分辨率溫度分辨率0.010.050.01數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)累積數(shù)據(jù)定時(shí)存儲(chǔ)累積數(shù)據(jù)定時(shí)存儲(chǔ)與左相同與左相同供電方式供電方式電池（電池（5年），或年），或交流電。交流電。與左相同與左相同通訊方式通訊方式M-BUS總線，熱量總線，熱量值脈沖輸出，值脈沖輸出，RS485總線等總線等M-BUS總線，熱量總線，

16、熱量值脈沖輸出，便攜值脈沖輸出，便攜式讀表機(jī)接口式讀表機(jī)接口目前應(yīng)用的主要測(cè)溫敏感元件有目前應(yīng)用的主要測(cè)溫敏感元件有Pt電阻電阻、熱敏電阻和新型半導(dǎo)體測(cè)溫元件熱敏電阻和新型半導(dǎo)體測(cè)溫元件在熱量表中常用的為在熱量表中常用的為Pt1000、Pt100和和Pt500作為配對(duì)溫度傳感器作為配對(duì)溫度傳感器無(wú)論采用何種形式的溫度傳感器，都需要無(wú)論采用何種形式的溫度傳感器，都需要正確配對(duì)，滿足最小測(cè)量溫差的要求正確配對(duì)，滿足最小測(cè)量溫差的要求型號(hào)單位型號(hào)單位 BCLR-15 BCLR-20 BCLR-25 BCLR-32 BCLR-40流量流量 m/h 0.6/1.5 2.5 3.5 6.0 10最大流量最

17、大流量m/h 1.2/3.0 5.0 7 12 20額定工作壓力額定工作壓力 MPa 1. 6電子積分儀電子積分儀 /溫度范圍溫度范圍 4-95濕度范圍濕度范圍 % 3-90溫度分辨率溫度分辨率 0.03焓焓 值值 隨溫度變化隨溫度變化工作環(huán)境條件工作環(huán)境條件 A級(jí)級(jí)5-55 B級(jí)級(jí)25-55顯顯 示示 KWH 8位位LCD液晶顯示液晶顯示電電 源源 內(nèi)部鋰電池可工作內(nèi)部鋰電池可工作5年以上年以上IP65（分體）（分體）保護(hù)等級(jí)保護(hù)等級(jí) IP54（一體）（一體）溫度傳感器電纜長(zhǎng)度溫度傳感器電纜長(zhǎng)度 1.5m / 3.0m傳感器類型傳感器類型 PT1000配對(duì)精度配對(duì)精度 0.1能量測(cè)量準(zhǔn)確度等

18、級(jí)能量測(cè)量準(zhǔn)確度等級(jí) 2級(jí)級(jí)/3級(jí)（參照熱能表標(biāo)準(zhǔn)能量精度）級(jí)（參照熱能表標(biāo)準(zhǔn)能量精度）特點(diǎn)：vPt1000測(cè)溫更準(zhǔn)測(cè)溫更準(zhǔn)vMSP430超低功耗超低功耗MCU，斜率，斜率A/D方式，溫度測(cè)量方式，溫度測(cè)量分辨率分辨率0.03，使溫差測(cè)量精度接近傳感器精度，使溫差測(cè)量精度接近傳感器精度v熱系數(shù)熱系數(shù)K動(dòng)態(tài)校正，使熱量計(jì)算準(zhǔn)確動(dòng)態(tài)校正，使熱量計(jì)算準(zhǔn)確v熱量、流量、累積流量、進(jìn)回水溫度、累積工作時(shí)熱量、流量、累積流量、進(jìn)回水溫度、累積工作時(shí)間、欠電提示、故障顯示等內(nèi)容全面，功能提示完間、欠電提示、故障顯示等內(nèi)容全面，功能提示完備備v靜態(tài)功耗靜態(tài)功耗0.5uA電池使用壽命電池使用壽命5年年v防磁抗干

19、擾性能更加優(yōu)異防磁抗干擾性能更加優(yōu)異v水平安裝或垂直安裝，供水管、回水管任選水平安裝或垂直安裝，供水管、回水管任選v具有數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳接口（內(nèi)置脈沖式接口，外置具有數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳接口（內(nèi)置脈沖式接口，外置RS485接口，無(wú)線抄表）接口，無(wú)線抄表）熱量表安裝熱量表安裝：v流量計(jì)的安裝流量計(jì)的安裝應(yīng)安裝在應(yīng)安裝在流動(dòng)平穩(wěn)流動(dòng)平穩(wěn)的的直直管段上管段上應(yīng)根據(jù)儀表要求水平安裝或垂直安裝，并注意應(yīng)根據(jù)儀表要求水平安裝或垂直安裝，并注意安裝方向安裝方向應(yīng)根據(jù)儀表要求選擇回水管或供水管應(yīng)根據(jù)儀表要求選擇回水管或供水管測(cè)試流量范圍應(yīng)與系統(tǒng)流量對(duì)應(yīng)測(cè)試流量范圍應(yīng)與系統(tǒng)流量對(duì)應(yīng)v溫度傳感器安裝溫度傳感器安裝溫度探頭處于管道中溫

20、度探頭處于管道中流速最大流速最大的位置的位置應(yīng)對(duì)安裝探頭的地方進(jìn)行應(yīng)對(duì)安裝探頭的地方進(jìn)行保溫保溫處理處理傾斜安裝探頭方向須迎向水流方向，并設(shè)保護(hù)套內(nèi)傾斜安裝探頭方向須迎向水流方向，并設(shè)保護(hù)套內(nèi) v 安裝前，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)管路進(jìn)行徹底清洗，以保證管安裝前，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)管路進(jìn)行徹底清洗，以保證管道中沒有污染物和雜質(zhì)道中沒有污染物和雜質(zhì)第3節(jié) 蒸汽熱量的測(cè)量瞬時(shí)熱量瞬時(shí)熱量12()vQq hh1vQq h d累積熱量累積熱量h2為凝水焓值較小，可忽略為凝水焓值較小，可忽略濕蒸汽熱量濕蒸汽熱量01vQxq h d干度修正系數(shù)干度修正系數(shù)xxx)56.056.1 (09 . 0 x濕蒸汽干度濕蒸汽干度1mh本專業(yè)

21、熱量測(cè)量的應(yīng)用本專業(yè)熱量測(cè)量的應(yīng)用v建筑設(shè)備及管道表面熱流測(cè)量建筑設(shè)備及管道表面熱流測(cè)量非平壁表面散熱熱流密度與熱流測(cè)點(diǎn)的幾何位置非平壁表面散熱熱流密度與熱流測(cè)點(diǎn)的幾何位置有關(guān)，應(yīng)選擇有有關(guān)，應(yīng)選擇有代表性的位置代表性的位置安裝熱流傳感器安裝熱流傳感器熱流傳感器的選擇除了要考慮被測(cè)壁面的熱流范熱流傳感器的選擇除了要考慮被測(cè)壁面的熱流范圍和測(cè)量精度要求外，還考慮傳感器圍和測(cè)量精度要求外，還考慮傳感器對(duì)壁面形狀、對(duì)壁面形狀、溫度、傳熱狀態(tài)溫度、傳熱狀態(tài)的的適應(yīng)性適應(yīng)性v管道和非平壁設(shè)備表面，應(yīng)選擇管道和非平壁設(shè)備表面，應(yīng)選擇可撓式可撓式傳感器傳感器v無(wú)保溫的冷、熱水管道和設(shè)備，應(yīng)選擇無(wú)保溫的冷、熱水