第八章熱量測量-2014

1、第八章 熱量測量 熱流密度的測量熱流密度的測量熱量及冷量的測量熱量及冷量的測量蒸汽熱量的測量蒸汽熱量的測量第第1 1節(jié)節(jié) 熱阻式熱流計熱阻式熱流計熱流密度：單位時間內通過單位面積的熱量熱流密度：單位時間內通過單位面積的熱量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、溫差的測量、溫差的測量 采用熱電偶采用熱電偶ECtEtC EqCEC熱電偶系數熱電偶系數v 熱流密度熱流密度q一定時，一定時，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系數實現的方法：熱電偶實現的方法：熱電偶串聯(lián)串聯(lián)3 3、熱流傳感器系數、熱流傳感器系數C C當熱流計有單位熱電勢輸出時，垂直通過它的當熱流計有單位熱電勢輸出時，垂直通過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 提高熱電偶系數提高熱電偶系數EnEnCt總C二構造二構造v平板型（平板型（WYP）v可撓型（可撓型（WYR）熱流傳感器的結構圖熱流傳感器的結構圖(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，邊框為的環(huán)氧樹脂玻璃纖維板，邊框為130mm130mm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層上滌綸薄膜作為保護層類型類型測頭尺寸測頭尺寸（mm）熱流傳感器系熱流傳感器系數（數（W/m2.mV)使用場合使用場合平板型平板型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-熱電偶接點熱電偶接點 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、熱流傳感器的標定三、熱流傳感器的標定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-中心計量板中心計量板 B-保護板保護板 C-冷板冷板 D-熱流傳感器熱流傳感器 E-傳感器保護圈傳感器保護圈 F-背保背保護板護板 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-熱熱板與背保護板表面溫差熱電偶板與背保護板表面溫差熱電偶 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-待標熱流傳感器待標熱流傳感器 C-冷板冷板E-傳感器保護圈傳感器保護圈H-熱緩沖板熱緩沖板T-表面溫度表面溫度 11222C EC EE四、熱阻式熱流計的安裝及使用誤差四、熱阻式熱流計的安裝及使用誤差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、熱阻式熱流計的使用誤差分析熱阻式熱流計的使用誤差分

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時間響應時間的影響的影響v 對流和輻射對流和輻射引起的誤差引起的誤差熱流傳感器對被測溫度場的影響熱流傳感器對被測溫度場的影響(a)原有的溫度場；原有的溫度場；(b)埋入熱流傳感器后的溫度場；埋入熱流傳感器后的溫度場；(c)粘貼熱流傳感器后的溫度場粘貼熱流傳感器后的溫度場1-被測熱阻層；被測熱阻層；2-對流空氣層對流空氣層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，通過熱阻層的熱流密未安裝熱流傳感器時，通過熱阻層的熱流密度為度為v安裝熱流傳感器時，通過熱阻層的熱流密度：安裝熱流傳感器時，通過

7、熱阻層的熱流密度：粘貼式：粘貼式：埋入式：埋入式：121211ttq121211ttqR 121211ttqR 當各參數已知時，就可以得到這兩種安裝方式當各參數已知時，就可以得到這兩種安裝方式的相對誤差的相對誤差v粘貼式：粘貼式：v埋入式：埋入式：121211111qqqR 121211111qqqR 結論結論：被測熱阻層導熱系數越小、越厚，安裝熱流傳感被測熱阻層導熱系數越小、越厚，安裝熱流傳感器引起的誤差越??；在其他測量條件完全相同時，埋器引起的誤差越小；在其他測量條件完全相同時，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）熱流傳感器的響應時間）熱流傳感器的響應時間v用熱

8、流計監(jiān)視熱工設備的運行，采用用熱流計監(jiān)視熱工設備的運行，采用埋入式埋入式安裝，安裝，測量過程可看成是測量過程可看成是穩(wěn)定穩(wěn)定過程；而過程；而粘貼式粘貼式安裝是在測安裝是在測量熱流密度時在被測表面上突然加了一層熱阻，破量熱流密度時在被測表面上突然加了一層熱阻，破壞了原來壁面的傳熱情況，要經過一個熱量傳遞的壞了原來壁面的傳熱情況，要經過一個熱量傳遞的過渡過程才能過渡過程才能達到穩(wěn)定達到穩(wěn)定，這時才能開始讀數。否則，這時才能開始讀數。否則，會造成讀數誤差。會造成讀數誤差。3）對流和輻射引起的誤差）對流和輻射引起的誤差 v對流換熱系數引起的測量誤差很小對流換熱系數引起的測量誤差很小v輻射對測量的影響是

9、由于輻射對測量的影響是由于熱流傳感器與被測表面的熱流傳感器與被測表面的發(fā)射系數不同發(fā)射系數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，輻射系數的差別對射系數的差別對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)鳠嵯禂禐?，空氣表面?zhèn)鳠嵯禂禐?0W/(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，計算由于輻射系，計算由于輻射系數的測量誤差。數的測量誤差。解：解： 計算可得未貼熱流傳感器時散出的熱流密度為計算可得未貼熱流傳感器時散出的熱流密度為粘貼后為粘貼后為 相對誤差相對誤差 44012()qTT44012()qTT 44012()qtTT 21211.5/qW m 22304.4/qW m 122143.9%qqqq 多點式熱流計 測定項目測定項目: 熱流和溫度熱流和溫度 測定范圍測定范圍: 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 產品型號產品型號: HFM-215

11、產品展商產品展商: 鴻盛科儀有限公司鴻盛科儀有限公司特點特點v便于攜帶和數據處理，體積小且重量輕便于攜帶和數據處理，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、數字顯示等型、數字顯示等v六個頻道的測定，可儲存每六個頻道的測定，可儲存每1秒循環(huán)存儲數據，共秒循環(huán)存儲數據，共27個小時個小時v數據可儲存在內藏式數據可儲存在內藏式3.5吋吋軟盤中軟盤中v可通過標準的網絡功能儲存數據可通過標準的網絡功能儲存數據v具有網絡卡和收發(fā)電子郵件功能具有網絡卡和收發(fā)電子郵件功能v包含充電電池和包含充電電池和AC電源電源產品名稱產品名稱: 便攜式熱流計

12、便攜式熱流計產品型號產品型號: HFM-201測定項目測定項目: 熱流和溫度熱流和溫度測定范圍測定范圍: 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 便攜式熱流計便攜式熱流計(HFM-201)特點特點v熱流值和溫度可切換顯示熱流值和溫度可切換顯示v溫度感應器可切換成鉻溫度感應器可切換成鉻-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熱流感應器熱流感應器v可儲存可儲存20組數據檔案，總共組數據檔案，總共100個數據個數據v二種電源供應方式二種電源供應方式: 干電池或干電池

13、或AC電源電源v標準配件標準配件RS-232C界面界面v包括攜帶式外箱選購打印機包括攜帶式外箱選購打印機第2節(jié) 熱量及冷量的測量以熱量表為例以熱量表為例 mQqhd計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 熱量表的技術現狀 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量原理和結構相葉輪式流量傳感器因其測量原理和結構相對簡單，價格較低，在戶用表中普遍采用。對簡單，

14、價格較低，在戶用表中普遍采用。 國內外熱量表葉輪式流量傳感器對比國內外熱量表葉輪式流量傳感器對比 國內國內國外國外結構形式結構形式小口徑表：單流束干式；小口徑表：單流束干式；多流束干式多流束干式 大口徑表：多流束干式大口徑表：多流束干式 小口徑表：單流束干式小口徑表：單流束干式大口徑表：多流束干式大口徑表：多流束干式 測量精度測量精度分 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至最小流量時3%流量范圍內流量范圍內5%流量信號采流量信號采集方式集方式干簧管和磁性表針干簧管和磁性表針動態(tài)的磁場導通率的變動態(tài)的磁場導通率的變化化始

15、動流量始動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水或回水進水或回水回水回水國內外熱量表積算儀對比國內外熱量表積算儀對比 國內國內國外國外熱量計量方法熱量計量方法 焓值法焓值法K系數法系數法溫度測量方法溫度測量方法兩線制、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數據存儲數據存儲累積數據定時存儲累積數據定時存儲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，便攜式讀表機接口式讀表機接口目前應用的主要測溫敏感元件有目前應用的主要測溫敏感元件有Pt電阻電阻、熱敏電阻和新型半導體測溫元件熱敏電阻和新型半導體測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作為配對溫度傳感器作為配對溫度傳感器無論采用何種形式的溫度傳感器，都需要無論采用何種形式的溫度傳感器，都需要正確配對，滿足最小測量溫差的要求正確配對，滿足最小測量溫差的要求型號單位型號單位 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級級5-55 B級級25-55顯顯 示示 KWH 8位位LCD液晶顯示液晶顯示電電 源源 內部鋰電池可工作內部鋰電池可工作5年以上年以上IP65（分體）（分體）保護等級保護等級 IP54（一體）（一體）溫度傳感器電纜長度溫度傳感器電纜長度 1.5m / 3.0m傳感器類型傳感器類型 PT1000配對精度配對精度 0.1能量測量準確度等

18、級能量測量準確度等級 2級級/3級（參照熱能表標準能量精度）級（參照熱能表標準能量精度）特點：vPt1000測溫更準測溫更準vMSP430超低功耗超低功耗MCU，斜率，斜率A/D方式，溫度測量方式，溫度測量分辨率分辨率0.03，使溫差測量精度接近傳感器精度，使溫差測量精度接近傳感器精度v熱系數熱系數K動態(tài)校正，使熱量計算準確動態(tài)校正，使熱量計算準確v熱量、流量、累積流量、進回水溫度、累積工作時熱量、流量、累積流量、進回水溫度、累積工作時間、欠電提示、故障顯示等內容全面，功能提示完間、欠電提示、故障顯示等內容全面，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具有數據遠傳接口（內置脈沖式接口，外置具有數據遠傳接口（內置脈沖式接口，外置RS485接口，無線抄表）接口，無線抄表）熱量表安裝熱量表安裝：v流量計的安裝流量計的安裝應安裝在應安裝在流動平穩(wěn)流動平穩(wěn)的的直直管段上管段上應根據儀表要求水平安裝或垂直安裝，并注意應根據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根據儀表要求選擇回水管或供水管應根據儀表要求選擇回水管或供水管測試流量范圍應與系統(tǒng)流量對應測試流量范圍應與系統(tǒng)流量對應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對安裝探頭的地方進行應對安裝探頭的地方進行保溫保溫處理處理傾斜安裝探頭方向須迎向水流方向，并設保護套內傾斜安裝探頭方向須迎向水流方向，并設保護套內 v 安裝前，應對系統(tǒng)管路進行徹底清洗，以保證管安裝前，應對系統(tǒng)管路進行徹底清洗，以保證管道中沒有污染物和雜質道中沒有污染物和雜質第3節(jié) 蒸汽熱量的測量瞬時熱量瞬時熱量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干度修正系數干度修正系數xxx)56.056.1 (09 . 0 x濕蒸汽干度濕蒸汽干度1mh本專業(yè)

21、熱量測量的應用本專業(yè)熱量測量的應用v建筑設備及管道表面熱流測量建筑設備及管道表面熱流測量非平壁表面散熱熱流密度與熱流測點的幾何位置非平壁表面散熱熱流密度與熱流測點的幾何位置有關，應選擇有有關，應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壁面的熱流范熱流傳感器的選擇除了要考慮被測壁面的熱流范圍和測量精度要求外，還考慮傳感器圍和測量精度要求外，還考慮傳感器對壁面形狀、對壁面形狀、溫度、傳熱狀態(tài)溫度、傳熱狀態(tài)的的適應性適應性v管道和非平壁設備表面，應選擇管道和非平壁設備表面，應選擇可撓式可撓式傳感器傳感器v無保溫的冷、熱水管道和設備，應選擇無保溫的冷、熱水