第八章 热量测量

6、测量过程： 热流经热流传感器（HFS），在传感器上产生轻微的温 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.分类：
根据δ ／λ 值的大小，热流传感器分为： 高热阻型：λ 小，δ /λ 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：λ 大，δ ／λ 值小。
第二节 热量的测定
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
Q qV (h1 h2 )d
Q
q
v
c p (t1 t 2 )d
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； ρ——流体的密度，kg/m3； h1、h2——流进、流出流体的焓，J／kg。
x
、x为已知量，只要测得，即可求得，进而求得。
2．公式
t q
t q
导热系数
W/m2 两等温面温差，℃
两等温面之间 的距离，m。
• 3．温差的测量 • 采用热电偶
热电偶系数
E t ' E c t c E 带入热流密度公式， q CE ' c •C下降，对于相同的热流量q，E 升高，灵敏
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：
1.安装方法 三种：埋入式、表面粘贴式和空间辐射式。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。
《热工测量与自动控制》
第八章 热量测量
热流量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。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。
四、热水热量表的使用
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对应 注意安装方向 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 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
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
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。 ①流量传感器，主要有三种： 一种为超声波流量传感器； 一种为叶轮式流量传感器： 一种为电磁式流量传感器。
2．使用误差分析 （1）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。
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： 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。 目前应用的主要有两种，一种为指针式的热流指示仪表， 一种为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热流计专用仪表开始应用。
（2）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。 （3）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。 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：是由热流传感器与被测表面辐射系数的差 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。
• 标定所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，
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二、热流传感器的标定
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。（ q CE ） １.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Ｃ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。 ２.标定方法：平板直接法、平板比较法、单向平板法
热流计构造：平板型、圆弧型
以平板型为例：
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。
第三节 蒸汽热量的测量
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。
①蒸汽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 0～10mA的信号，送给热量 计）。 ②蒸汽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）。 ③热量计进行蒸汽热量的计算，并进行热量的累积和显示。
'
度增加。 •C增加，对于相同的热流量q， E 减少，灵敏 度下降。
• 4．热流计系数C
C c '
• C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λ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，λ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。
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导热系数是反映材料的导热性能的重要参数之一
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传热的基本方式
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 又称为热辐射
热流密度：单位时间内通过单位面积的热量。
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。 一、热阻式热流计 １.原理：根据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 t q W/m2
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。
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• 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 个单位时，在单位时间内通过单位面积所传递的热量， 单位是（W · m-1• ℃ -1） 同一种物质固态时导热系数最大，液态次之，气态最小， 晶态时比非晶态时大。 气体的导热系数随温度升高而增大，因为气体分子运动的 平均速度和比热容均随温度的升高而增大所致。 液体的导热系数随温度升高而下降，因为温度升高，液体 的密度减少，但对于强缔合液体（水和甘油），它们的导 热系数随温度的升高而增加。
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.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5～6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。
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降低C提高灵敏度的措施 提高热阻

提高热电偶系数C’。
•实现的方法：串联热电偶。
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5.组成： 热流计由热流传感器和显示仪表组成。 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：指针式、数字式
1-埋入式；2-表面粘贴式；3-空间辐射式
安装测点位置：应选在能反映被测对象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温度传感器：一般为铂电阻或热敏电阻。 ③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。