第八章熱量測(cè)量

1、第八章第八章 熱量測(cè)量熱量測(cè)量熱工測(cè)量與自動(dòng)控制熱工測(cè)量與自動(dòng)控制 熱流量熱流量是一定面積的物體兩側(cè)存在溫差時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)是一定面積的物體兩側(cè)存在溫差時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)由導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射方式通過該物體所傳遞的熱量。由導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射方式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(dǎo)熱性能有關(guān)。穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱通過物體熱流密度不隨時(shí)間改變，其內(nèi)部不存在熱量的蓄積；不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱通過物體的熱流密度與內(nèi)部溫度分布隨時(shí)間而變化。 為測(cè)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(cè)量通過這些物體的熱流密度。目前多采用熱阻式熱流計(jì)來測(cè)量，熱流計(jì)由熱流傳感器和顯示儀表組成。

2、一、熱阻式熱流計(jì)一、熱阻式熱流計(jì) .原理：原理：根據(jù)傅立葉定律傅立葉定律當(dāng)熱流通過平板狀的熱流傳感器時(shí)，傳感器熱阻層上產(chǎn)生溫度梯度，可以得到對(duì)于一維穩(wěn)定導(dǎo)熱，通過熱流傳感器的熱流密度為 W/m2 為已知量，只要測(cè)得，即可求得，進(jìn)而求得。xtqx、熱流密度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過單位面積的熱量。熱流密度：?jiǎn)挝粫r(shí)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(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù) 3溫差的測(cè)量溫差的測(cè)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(duì)于相同的熱流量下降

3、，對(duì)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(duì)于相同的熱流量增加，對(duì)于相同的熱流量q， 減少，靈敏減少，靈敏度下降。度下降。EE實(shí)現(xiàn)的方法：串聯(lián)熱電偶。實(shí)現(xiàn)的方法：串聯(lián)熱電偶。 4熱流計(jì)系數(shù)熱流計(jì)系數(shù)C C的物理意義的物理意義：當(dāng)熱流傳感器有單位熱電勢(shì)輸出時(shí)，垂直通過它的熱流密度。 當(dāng)和C值不受溫度影響為定值時(shí)，C為常數(shù)；當(dāng)溫度變化幅度較大，和C不是定值，而是溫度的函數(shù)時(shí)，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(jì)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(duì)熱電偶串聯(lián) 基板：層壓板（常溫下）；陶瓷板（高溫下）； 保護(hù)層：滌綸薄膜 顯示儀表：顯示儀表：指針式、數(shù)字式 熱流計(jì)構(gòu)造：平板型、圓弧型熱流計(jì)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(gè)端面上貼上滌綸薄膜作為保護(hù)層。6 6、測(cè)量過程：、測(cè)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(dāng)方式排列的多個(gè)微型熱電偶結(jié) （熱電堆）產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)（mV）輸出。電動(dòng)勢(shì)（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(shí)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(cè)量靈敏度高，熱惰性 大，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，測(cè)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(cè)量平壁面可撓（WYR型）：用于測(cè)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(jì)、動(dòng)圈式毫伏表以及數(shù)字式電壓表進(jìn)行測(cè)量，然后用標(biāo)定曲線或經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出熱流密度。

6、目前應(yīng)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(jì)算功能分開的智能型智能型熱流計(jì)專用儀表開始應(yīng)用。二、熱流傳感器的標(biāo)定二、熱流傳感器的標(biāo)定ECq標(biāo)定的目的是使通過熱流傳感器測(cè)出的熱流量最接近實(shí)際值。（ ）.標(biāo)定對(duì)象：熱流傳感器系數(shù)C因?yàn)椋航M成熱流傳感器的熱電堆的材質(zhì)、加工工藝等都會(huì)影響熱流傳感器系數(shù)C。常溫下，標(biāo)定的C值可視為儀器常量，但在遠(yuǎn)離標(biāo)定溫度時(shí)，如測(cè)量冷庫(kù)壁面熱流時(shí)，C會(huì)發(fā)生變化，需對(duì)其重新標(biāo)定。熱流傳感器系數(shù)C對(duì)于給定的熱流傳感器不是一個(gè)常數(shù)，而是工作溫度的函數(shù)。.標(biāo)定方法：平板直接法、平板比較法、單向平板法 標(biāo)定所

7、得的系數(shù)是傳感器的固有性能，它不應(yīng)隨標(biāo)定設(shè)備和外界的條件而改變。 標(biāo)定熱流傳感器時(shí)，為了確定熱流傳感器的系數(shù)C，必須要有一個(gè)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(zhǔn)確測(cè)定，其大小可以根據(jù)需要給出，也就是說需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)熱流發(fā)生器。為了滿足熱流傳感器工作原理中關(guān)于其表面是等溫面的要求，標(biāo)準(zhǔn)熱流發(fā)生器的表面必須是一個(gè)等溫面，其溫度應(yīng)能根據(jù)需要而改變。若要確定傳感器的熱阻，還必須在標(biāo)定的同時(shí)測(cè)出傳感器兩面的溫差及傳感器的厚度。 三、熱阻式熱流計(jì)的安裝及使用誤差：三、熱阻式熱流計(jì)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(cè)頭的選用：熱流測(cè)頭的選用：熱流測(cè)頭應(yīng)盡量薄，熱阻要盡量小，被測(cè)物體的熱阻應(yīng)該比測(cè)頭熱阻大得多。被測(cè)物體為平面時(shí)采用板式測(cè)頭，被測(cè)物體為彎曲面時(shí)采用可撓式測(cè)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(cè)點(diǎn)位置：安裝測(cè)點(diǎn)位置：應(yīng)選在能反映反映被測(cè)對(duì)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(yīng)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(shí)應(yīng)避開溫度異常點(diǎn)，應(yīng)于所測(cè)壁面緊密接觸，不得有空隙并盡可能與所測(cè)壁面平齊。有條件時(shí)，應(yīng)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(duì)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?cè)袩嶙鑼拥臒嶙柚怠?其主要原因是導(dǎo)熱系數(shù)不一致及被測(cè)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(jì)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(yīng)時(shí)間）熱流傳感器的響應(yīng)時(shí)間埋入式測(cè)量過程是個(gè)穩(wěn)定過程，而粘貼式測(cè)量要經(jīng)過一個(gè)熱量傳遞的過程才能穩(wěn)定，有一定的響應(yīng)時(shí)間，需穩(wěn)定后才能讀數(shù)。

10、（3 3）對(duì)流和輻射引起的誤差）對(duì)流和輻射引起的誤差根據(jù)公式可知對(duì)流換熱系數(shù)的變化會(huì)引起一定的誤差對(duì)流換熱系數(shù)的變化會(huì)引起一定的誤差。但對(duì)流換熱熱阻遠(yuǎn)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(cè)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(cè)試外保溫設(shè)備熱流密度時(shí)陽(yáng)光的輻射也會(huì)引起誤差。 熱水熱量與冷水冷量的測(cè)量原理相同，這里只介紹熱水熱量的測(cè)量方法。 一、熱水熱量的測(cè)量原理一、熱水熱量的測(cè)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(jìn)、流出流體的焓，Jkg。 第二節(jié)第二節(jié) 熱量的測(cè)定

11、熱量的測(cè)定 dhhqQV)(21dttcqQpv)(21只要測(cè)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(cè)量液體輸送的冷量的儀表，或制造同時(shí)測(cè)量熱量和冷量的計(jì)量?jī)x表。二、熱水熱量測(cè)量?jī)x表的構(gòu)造二、熱水熱量測(cè)量?jī)x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(jì)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(jì)算器（積分儀）：采用微處理器芯片,體積變小、計(jì)算精度高。目前生產(chǎn)的熱水熱量測(cè)量?jī)x表的計(jì)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(cè)量、計(jì)算和顯示功能分開的熱量表，以滿足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定無需人值班和便于計(jì)算機(jī)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(jì)類型：機(jī)械式、超聲波式和電磁式三三. .熱水熱量表的應(yīng)用熱水熱量表的應(yīng)用熱量表的安裝要滿足流量和溫度傳感器的安裝要求，計(jì)算器（積分儀）要安在通風(fēng)良好、便于觀察的位置。它的周期維護(hù)時(shí)間為56年。熱水熱量表的標(biāo)定可分別將流量傳感器、溫度傳感器和積分儀分別標(biāo)定，也可整體標(biāo)定。 四、熱水熱量表的使用四、熱水熱量表的使用l 流量計(jì)的安裝： 應(yīng)安裝在流動(dòng)平穩(wěn)的直管段上 應(yīng)根據(jù)儀表要求水平安裝或垂直安裝 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

13、對(duì)應(yīng) 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(yīng)對(duì)安裝探頭的地方進(jìn)行保溫處理 傾斜安裝探頭方向須迎向水流方向，并設(shè)保護(hù)套內(nèi) l 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)蒸汽的熱量與蒸汽的流量及蒸汽與凝水的焓差有關(guān)。蒸汽流量可以用流量計(jì)測(cè)得，蒸汽的焓可以通過測(cè)量蒸汽壓力和溫度求得，凝水的焓與凝水的溫度有關(guān)，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(cè)量第三節(jié)蒸汽熱量的測(cè)量 蒸汽流量測(cè)量流量測(cè)量是用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量。（將流量信號(hào)轉(zhuǎn)換成差壓信號(hào)，再經(jīng)差壓變送器轉(zhuǎn)換成 010mA的信號(hào)，送給

14、熱量計(jì)）。蒸汽溫度測(cè)量溫度測(cè)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(jì)）。熱量計(jì)熱量計(jì)進(jìn)行蒸汽熱量的計(jì)算，并進(jìn)行熱量的累積和顯示。感謝關(guān)注！傳熱的基本方式熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)又稱導(dǎo)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(gè)高溫物體向一個(gè)與它直接接觸的低溫物體傳熱的過程。對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱對(duì)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(duì)流傳熱，往往是指流體與固體壁面直接接觸時(shí)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，?dāng)遇到另一物體時(shí)，又被全部或部分地吸收而變?yōu)闊崮堋?返回返回 導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率）導(dǎo)熱系數(shù)（熱導(dǎo)率）是反映材料導(dǎo)熱性能的物理量。 物理意義：表示相距單位長(zhǎng)度的兩平面的溫度相差為一個(gè)單位