第八章 熱量測量

1、第八章第八章 熱量測量熱量測量熱工測量與自動控制熱工測量與自動控制 熱流量熱流量是一定面積的物體兩側(cè)存在溫差時，單位時間內(nèi)是一定面積的物體兩側(cè)存在溫差時，單位時間內(nèi)由由導熱、對流、輻射方式導熱、對流、輻射方式通過該物體所傳遞的熱量。通過該物體所傳遞的熱量。通過物體的熱流量與兩側(cè)溫度差成正比，與厚度成反比，并與材料的導熱性能有關。穩(wěn)態(tài)導熱通過物體熱流密度不隨時間改變，其內(nèi)部不存在熱量的蓄積；不穩(wěn)態(tài)導熱通過物體的熱流密度與內(nèi)部溫度分布隨時間而變化。 為測量建筑物、管道或各種保溫材料的傳熱量及物性參數(shù)，常需要測量通過這些物體的熱流密度。目前多采用熱阻式熱流計來測量，熱流計由熱流傳感器和顯示儀表組成。

2、一、熱阻式熱流計一、熱阻式熱流計 .原理：原理：根據(jù)傅立葉定律傅立葉定律當熱流通過平板狀的熱流傳感器時，傳感器熱阻層上產(chǎn)生溫度梯度，可以得到對于一維穩(wěn)定導熱，通過熱流傳感器的熱流密度為 W/m2 為已知量，只要測得，即可求得，進而求得。xtqx、熱流密度：單位時間內(nèi)通過單位面積的熱量。熱流密度：單位時間內(nèi)通過單位面積的熱量。tq 兩等溫面溫差，兩等溫面溫差，兩等溫面之間兩等溫面之間的距離，的距離，m m。W/m2 tq2公式公式導熱系數(shù)導熱系數(shù) 3溫差的測量溫差的測量 采用熱電偶采用熱電偶tcEcEtECcEq帶入熱流密度公式，帶入熱流密度公式，熱電偶系數(shù)熱電偶系數(shù)C下降，對于相同的熱流量下降

3、，對于相同的熱流量q， 升高，靈敏升高，靈敏度增加。度增加。C增加，對于相同的熱流量增加，對于相同的熱流量q， 減少，靈敏減少，靈敏度下降。度下降。EE實現(xiàn)的方法：串聯(lián)熱電偶。實現(xiàn)的方法：串聯(lián)熱電偶。 4熱流計系數(shù)熱流計系數(shù)C C的物理意義的物理意義：當熱流傳感器有單位熱電勢輸出時，垂直通過它的熱流密度。 當和C值不受溫度影響為定值時，C為常數(shù)；當溫度變化幅度較大，和C不是定值，而是溫度的函數(shù)時，C就不是常數(shù)，而將是溫度的函數(shù)。cCcv提高熱阻提高熱阻降低降低C提高靈敏度的措施提高靈敏度的措施v提高熱電偶系數(shù)提高熱電偶系數(shù)C。tncEnE 5.組成組成： 熱流計由熱流傳感器和顯示儀表組成。 熱

4、流傳感器的組成：熱流傳感器的組成： 熱電堆：很多對熱電偶串聯(lián) 基板：層壓板（常溫下）；陶瓷板（高溫下）； 保護層：滌綸薄膜 顯示儀表：顯示儀表：指針式、數(shù)字式 熱流計構(gòu)造：平板型、圓弧型熱流計構(gòu)造：平板型、圓弧型l以平板型為例：l選一塊，厚度為1mm的環(huán)氧樹脂玻璃 纖 維 板 ， 將 中 間 挖 空 尺 寸 為100*100mm，挖下的這塊剪成10*100mm的小條，作為熱電堆基板，在這些熱電堆基板上繞制熱電堆，再用環(huán)氧樹脂封于邊框內(nèi)，將熱電堆串聯(lián)起來，將兩端頭焊在接線片上，在平板的兩個端面上貼上滌綸薄膜作為保護層。6 6、測量過程：、測量過程： 熱流經(jīng)熱流傳感器（HFS），在傳感器上產(chǎn)生輕微

5、的溫差。這種溫度梯度與熱流成正比。 熱流傳感器內(nèi)以適當方式排列的多個微型熱電偶結(jié) （熱電堆）產(chǎn)生電動勢（mV）輸出。電動勢（mV）輸出乘以校正常數(shù)，得到熱流值。 熱流傳感器含熱電偶或熱電堆，可同時記錄熱流和溫度。 7 7. .分類：分類：根據(jù)值的大小，熱流傳感器分為：高熱阻型：小，/值大，測量靈敏度高，熱惰性 大，反應時間長，測量誤差大。低熱阻型：大，值小。熱流傳感器的種類很多，常用的有板式（WYP型）：用于測量平壁面可撓（WYR型）：用于測量管道。其外型有平板型與圓弧型等。8.顯示儀表：顯示儀表：早期采用電位差計、動圈式毫伏表以及數(shù)字式電壓表進行測量，然后用標定曲線或經(jīng)驗公式計算出熱流密度。

6、目前應用的主要有兩種，一種為指針式指針式的熱流指示儀表，一種為數(shù)字式數(shù)字式的熱流指示儀表。新開發(fā)的數(shù)據(jù)采集、顯示和計算功能分開的智能型智能型熱流計專用儀表開始應用。二、熱流傳感器的標定二、熱流傳感器的標定ECq標定的目的是使通過熱流傳感器測出的熱流量最接近實際值。（ ）.標定對象：熱流傳感器系數(shù)C因為：組成熱流傳感器的熱電堆的材質(zhì)、加工工藝等都會影響熱流傳感器系數(shù)C。常溫下，標定的C值可視為儀器常量，但在遠離標定溫度時，如測量冷庫壁面熱流時，C會發(fā)生變化，需對其重新標定。熱流傳感器系數(shù)C對于給定的熱流傳感器不是一個常數(shù)，而是工作溫度的函數(shù)。.標定方法：平板直接法、平板比較法、單向平板法 標定所

7、得的系數(shù)是傳感器的固有性能，它不應隨標定設備和外界的條件而改變。 標定熱流傳感器時，為了確定熱流傳感器的系數(shù)C，必須要有一個穩(wěn)定的具有確定方向（單向或雙向）的一維熱流，其熱流密度的數(shù)值能夠準確測定，其大小可以根據(jù)需要給出，也就是說需要一個標準熱流發(fā)生器。為了滿足熱流傳感器工作原理中關于其表面是等溫面的要求，標準熱流發(fā)生器的表面必須是一個等溫面，其溫度應能根據(jù)需要而改變。若要確定傳感器的熱阻，還必須在標定的同時測出傳感器兩面的溫差及傳感器的厚度。 三、熱阻式熱流計的安裝及使用誤差：三、熱阻式熱流計的安裝及使用誤差： 1.1.安裝方法安裝方法 三種：埋入式、表面粘貼式和空間輻射式埋入式、表面粘貼式

8、和空間輻射式。其中前兩種為常用方法。 熱流測頭的選用：熱流測頭的選用：熱流測頭應盡量薄，熱阻要盡量小，被測物體的熱阻應該比測頭熱阻大得多。被測物體為平面時采用板式測頭，被測物體為彎曲面時采用可撓式測頭。1-1-埋入式；埋入式；2-2-表面粘貼式；表面粘貼式；3-3-空間輻射式空間輻射式安裝測點位置：安裝測點位置：應選在能反映反映被測對象平均熱流密度的位置平均熱流密度的位置。如：圓形保溫管道，應選在管道上部與水平夾角約45度和135度處。此處的熱流密度大致等于其截面上的平均值。安裝時應避開溫度異常點，應于所測壁面緊密接觸，不得有空隙并盡可能與所測壁面平齊。有條件時，應盡量采用埋入式安裝。為此常采

9、用膠液、石膏、黃油、凡士林等粘貼熱流傳感器。對于硅橡膠可撓式熱流傳感器，可以采用雙面膠紙。 2 2使用誤差分析使用誤差分析 （1 1）熱流傳感器的熱阻的影響）熱流傳感器的熱阻的影響 a.破壞原有熱阻層的傳熱狀態(tài)，改變原有熱阻層的熱阻值。(其主要原因是導熱系數(shù)不一致及被測熱阻層厚度的有所改變。) b.改變了原有熱傳遞情況（原有的等溫面發(fā)生了扭曲）。（可用一維傳熱來近似估計誤差） c.粘結(jié)劑等材料增加了接觸熱阻，影響熱阻層原有的傳熱情況。（2 2）熱流傳感器的響應時間）熱流傳感器的響應時間埋入式測量過程是個穩(wěn)定過程，而粘貼式測量要經(jīng)過一個熱量傳遞的過程才能穩(wěn)定，有一定的響應時間，需穩(wěn)定后才能讀數(shù)。

10、（3 3）對流和輻射引起的誤差）對流和輻射引起的誤差根據(jù)公式可知對流換熱系數(shù)的變化會引起一定的誤差對流換熱系數(shù)的變化會引起一定的誤差。但對流換熱熱阻遠小于保溫層熱阻，因而誤差很小。輻射的影響輻射的影響：是由熱流傳感器與被測表面輻射系數(shù)的差輻射系數(shù)的差別別外界輻射變化所造成的。在測試外保溫設備熱流密度時陽光的輻射也會引起誤差。 熱水熱量與冷水冷量的測量原理相同，這里只介紹熱水熱量的測量方法。 一、熱水熱量的測量原理一、熱水熱量的測量原理 式中：Q流體吸收或放出的熱量，W； V通過流體的體積流量，m3/s； 流體的密度，kg/m3； h1、h2流進、流出流體的焓，Jkg。 第二節(jié)第二節(jié) 熱量的測定

11、熱量的測定 dhhqQV)(21dttcqQpv)(21只要測得供回水溫度和熱水流量，即可得到熱水吸收（放出）的熱量。利用該原理也可以制造測量液體輸送的冷量的儀表，或制造同時測量熱量和冷量的計量儀表。二、熱水熱量測量儀表的構(gòu)造二、熱水熱量測量儀表的構(gòu)造1.一體式熱量表由流量傳感器、溫度傳感器和計算器（積分儀）組成。流量傳感器，主要有三種：l一種為超聲波流量傳感器；l一種為葉輪式流量傳感器：l一種為電磁式流量傳感器。溫度傳感器：一般為鉑電阻或熱敏電阻。計算器（積分儀）：采用微處理器芯片,體積變小、計算精度高。目前生產(chǎn)的熱水熱量測量儀表的計算器有與流量傳感器形成一體的和相互分離的兩種，以方便用戶使

12、用。2.分開式熱量表將測量、計算和顯示功能分開的熱量表，以滿足現(xiàn)場測定無需人值班和便于計算機管理的需要。類型：根據(jù)外觀結(jié)構(gòu)：一體式和組合式根據(jù)流量計類型：機械式、超聲波式和電磁式三三. .熱水熱量表的應用熱水熱量表的應用熱量表的安裝要滿足流量和溫度傳感器的安裝要求，計算器（積分儀）要安在通風良好、便于觀察的位置。它的周期維護時間為56年。熱水熱量表的標定可分別將流量傳感器、溫度傳感器和積分儀分別標定，也可整體標定。 四、熱水熱量表的使用四、熱水熱量表的使用l 流量計的安裝： 應安裝在流動平穩(wěn)的直管段上 應根據(jù)儀表要求水平安裝或垂直安裝 應根據(jù)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

13、對應 注意安裝方向l 溫度傳感器安裝： 溫度探頭處于管道中流速最大的位置 應對安裝探頭的地方進行保溫處理 傾斜安裝探頭方向須迎向水流方向，并設保護套內(nèi) l 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(zhì)蒸汽的熱量與蒸汽的流量及蒸汽與凝水的焓差有關。蒸汽流量可以用流量計測得，蒸汽的焓可以通過測量蒸汽壓力和溫度求得，凝水的焓與凝水的溫度有關，考慮能到蒸汽焓值較凝水焓值大得多，因此，只要知道蒸汽的質(zhì)量流量和焓值，即可求得蒸汽的熱量。 第三節(jié)蒸汽熱量的測量第三節(jié)蒸汽熱量的測量 蒸汽流量測量流量測量是用標準孔板流量。（將流量信號轉(zhuǎn)換成差壓信號，再經(jīng)差壓變送器轉(zhuǎn)換成 010mA的信號，送給

14、熱量計）。蒸汽溫度測量溫度測量是用安裝在供汽管上的鉑電阻（將數(shù)據(jù)一并送入熱量計）。熱量計熱量計進行蒸汽熱量的計算，并進行熱量的累積和顯示。感謝關注！傳熱的基本方式熱傳導熱傳導熱傳導又稱導熱。是指熱量從物體的高溫部分向同一物體的低溫部分、或者從一個高溫物體向一個與它直接接觸的低溫物體傳熱的過程。對流傳熱對流傳熱對流傳熱是依靠流體的宏觀位移，將熱量由一處帶到另一處的傳遞現(xiàn)象。在化工生產(chǎn)中的對流傳熱，往往是指流體與固體壁面直接接觸時的熱量傳遞。輻射傳熱輻射傳熱 又稱為熱輻射 因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞。物體將熱能變?yōu)檩椛淠?，以電磁波的形式在空中傳播，當遇到另一物體時，又被全部或部分地吸收而變?yōu)闊崮堋?返回返回 導熱系數(shù)（熱導率）導熱系數(shù)（熱導率）是反映材料導熱性能的物理量。 物理意義：表示相距單位長度的兩平面的溫度相差為一個單位