热量测量原理
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第八章 热量测量
热流密度的测量 热量及冷量的测量
第一节 热流密度的测量
热流密度：单位时间内通过单位面积的热量。
一．工作原理
1．公式
q t
W/m2
q t
两等温面温差，℃
两等温面之间
的距离，m。
2．温差的测量
热电偶系数
采用热电偶 E c't
t E c'
H2为凝水焓值较小，可忽略
累积热量 Q' qvh1d
湿蒸汽热量：Q' x0 qvh1d
干度修正系数
x 0.9
x0
(1.56
0.56 x) x
湿蒸汽干度
6. 标准配件RS-232C界面。
7. 包括携带式外箱。
8. 可选购打印机。
第二节 热量及冷量的测量
以热量表为例。 Q＝∫Lm·△h·dt，
一、热量表的技术现状
主要包括叶轮式、超声波式和电磁式三种 形式。 叶轮式流量传感器因其测量原理和结构相 对简单，价格较低，在户用表中普遍采用。
国内外热量表叶轮式流量传感器对比
供回水温度 测量
室内温湿度 测量
流量检测 单元
中央 控制 单元
硬件设计原理图
流量控制
通讯端口 EEPROM
按键
1供水温度和回水温度的测量
选用DALLAS公司生产的DS18B20单线数字温度 传感器，这种传感器具有微型化、低功耗、 高性能、抗干扰能力强等优点，可直接将温 度信号转换成串行数字信号，通过一根输入 口线与微处理器相连。
测定项目: 热流和温度。 测定范围: 热流: 0 - ± 9999 9W/m2或kcal/m2h。 温度: K型热电偶 -200 - 1200°C。 温度: T型热电偶 -200 - 400°C。
多点式热流计
1. 便于携带和数据处理，体积小且重量 轻
2. 5.5英吋彩色显示屏幕，可显示热流 图型、棒状图型、数字显示等。
+5v
DS18B20 DS18B20 DS18B20
4.7k
μP
VDD VDD VDD
DS18B20与微处理器接线图
2室内温度、湿度测量
选用SENSIRION 公司的SHT71温度、 湿度复合传感器， 该传感器是该公司 最新推出的数字化 产品，直接输出数 字信号，通过一根 数据线与微处理器 相连，因此可简化 硬件电路设计。
AT24C02与微处理器接线图
AT89C52 12864 A
5、显示电路设计 ——选用12864A液晶显示模块，
12864A与AT89C52接线图
BCLR 热 量 表
BCLR 热 量 表
1、PT1000测温更准。
2、MSP430超低功耗MCU，斜率A/D方式，温度 测量分辨率＜0.03℃，使温差测量精度接近传 感器精度。
型 号 单 位 BCLR-15 BCLR-20 BCLR-25 BCLR-32 BCLR-40
流 量 m/h 0.6/1.5 2.5
3.5
6.0
10
最大流量m/h 1.2/3.0 5.0
7
12
20
额定工作压力 Mpa 1. 6
电子积分仪 /
温度范围 ℃ 4-95
湿度范围 % 3-90
温度分辨率 ℃ 0.03
（2）内部含有256字节的RAM； （3）32条可编程的I/O线； （4）3个16位的定时器/计数器； （5）8级中断源； （6）可编程串行接口； （7）片内时钟振荡器。
4、时钟电路
—— DS1302低功耗带RAM实时时钟
μp P1.6 P1.5 P1.4
RST X1
I/O
3、热系数K动态校正，使热量计算准确
4、热量、流量、累积流量、进回水温度、累积 工作时间、欠电提示、故障显示等内容全面， 功能提示完备。
5、静态功耗＜0.5uA电池使用寿命≥5年。
6、防磁抗干扰性能更加优异。
7、水平安装或垂直安装，供水管、回水管任选
8、具有数据远传接口（内置脉冲式接口，外置 RS485接口，无线抄表）。
带入热流密度公式，
q
E c '
CE
•C下降，对于相同的热流量q，E 升高，灵敏
度增加。
•C增加，对于相同的热流量q，E 减少，灵敏
度下降。
3．热流计系数C：当热流计有单位热电 势输出时，通过它的热流量。
C
c '
降低C提高灵敏度的措施
c'
提高热阻
提高热电偶系数C’。
脉冲输出，RS485总 值脉冲输出，便
线等
携式读表机接口
目前应用的主要测温敏感元件有PT电阻、 热敏电阻和新型半导体测温元件。
在热量表中常用的为PT1000、PT100和 PT500作为配对温度传感器。
无论采用何种形式的温度传感器，都需 要正确配对，满足最小测量温差的要求。
二、系统的硬件设计
LCD液晶 显示单元
焓值
随温度变化
工作环境条件 ℃ A级5-55 B级25-55
显 示 KWH 8位LCD液晶显示
电 源 内部锂电池可工作5年以上IP65（分体）
保护等级 IP54（一体）
温度传感器电缆长度 1.5m / 3.0m
传感器类型 PT1000
配对精度 ℃ 0.1
第三节 蒸汽热量的测量
瞬时热量 Q qv (h1 h2 ) mh1
三．热电堆的制作
在基板上按一定间距绕以直径为 0.07mm的康铜丝，将绕好的康铜丝的 检测板一半浸在电镀槽中，
热电堆式热流传感器框图
测量范围：0～8360kJ/m2h 使用范围：－40℃～150 ℃，极限200 ℃ 误差：6％
四、安装：
多点式热流计
产品型号: HFM-215 产品展商: 鸿盛科仪有限公司
较高 进水或回水
低 回水
国内外热量表积算仪对比
国内
国外
热量计量方法 焓值法
K系数法。
温度测量方法
两线制、三线制、 四线制。
与左相同
温度分辨率 0.01℃～0.05℃ 0.01℃
数据存储
累积数据定时存储 与左相同
供电方式
电池（>5年），或 交流电。
与左相同
通讯方式
M-BUS总线，热量值 M-BUS总线，热量
•实现的方法：串联热电偶。
E nE nc't
二．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 板两个端面上贴上涤纶薄 膜作为保护层。
结构形式 小口径表：单流束干 小口径表：单流 式；多流束干式 ；大 束干式 大口径 口径表： 多流束干式 表：多流束干式
测量精度 分界流量至最大流量 流量范围内 ±5% ，分界流量以下 ≤±5% 至最小流量时±3%
流量信号 干簧管和磁性表针； 动态的磁场导通
采集方式
率的变化，
始动流量
较高
低
压力损失 安装位置
3. 六个频道的测定，可储存每一秒循 环之数据，共27个小时。
4. 数据可储存在内藏式3.5吋软盘中。 5. 可通过标准的网络功能储存数据。 6. 具有网络卡和收发电子邮件功能。 7. 包含充电电池和AC电源。
产品名称: 便携式热流计
产品型号: HFM-201
测定项目: 热流和温度。
测定范围:
热流: 0 - ± 9999W/m2或 kcal/m2h。
温度: K型热电偶-99.9 999.9°C。
T型热电偶-199.9 400°C
便携式热流计(HFM-201)
1. 热流值和温度可切换显示。
2. 温度感应器可切换成铬-铝热电偶 或铜-铜镍电偶。
3. 包含TR-B热流感应器。
4. 可储存20组数据档案，总共100个来自百度文库数据。
5. 二种电源供应方式: 干电池或AC 电源。
X2
SCLK VCC
0
GND
DS1302与微处理器接线图
5、数据存储接口电路
采用ATMEL公司的AT24C02串行电可改写及 可编程只读存储器E2PROM，其存储容量为 2048位，即256字节。信息存取采用2线串行 接口。
+5v
5.1kΩ
up
P2.4 P2.5
WP A0 SCL A1 SDA A2
接口电路图
电源引脚：供应电压在2.4～5.5V之间。 串口时钟输入引脚（SCK）：同步微控制器和传 感器之间的通信。 数据引脚（DATA）：DATA三态引脚用来向设备输 入、或输出数据。
3、微处理器
AT89C52微处理器是ATMEL公司生产的8位Flash单 片机系列中的一种，主要性能有：
（1）内部含有8kFlash，可进行1000次擦写操 作；
热流密度的测量 热量及冷量的测量
第一节 热流密度的测量
热流密度：单位时间内通过单位面积的热量。
一．工作原理
1．公式
q t
W/m2
q t
两等温面温差，℃
两等温面之间
的距离，m。
2．温差的测量
热电偶系数
采用热电偶 E c't
t E c'
H2为凝水焓值较小，可忽略
累积热量 Q' qvh1d
湿蒸汽热量：Q' x0 qvh1d
干度修正系数
x 0.9
x0
(1.56
0.56 x) x
湿蒸汽干度
6. 标准配件RS-232C界面。
7. 包括携带式外箱。
8. 可选购打印机。
第二节 热量及冷量的测量
以热量表为例。 Q＝∫Lm·△h·dt，
一、热量表的技术现状
主要包括叶轮式、超声波式和电磁式三种 形式。 叶轮式流量传感器因其测量原理和结构相 对简单，价格较低，在户用表中普遍采用。
国内外热量表叶轮式流量传感器对比
供回水温度 测量
室内温湿度 测量
流量检测 单元
中央 控制 单元
硬件设计原理图
流量控制
通讯端口 EEPROM
按键
1供水温度和回水温度的测量
选用DALLAS公司生产的DS18B20单线数字温度 传感器，这种传感器具有微型化、低功耗、 高性能、抗干扰能力强等优点，可直接将温 度信号转换成串行数字信号，通过一根输入 口线与微处理器相连。
测定项目: 热流和温度。 测定范围: 热流: 0 - ± 9999 9W/m2或kcal/m2h。 温度: K型热电偶 -200 - 1200°C。 温度: T型热电偶 -200 - 400°C。
多点式热流计
1. 便于携带和数据处理，体积小且重量 轻
2. 5.5英吋彩色显示屏幕，可显示热流 图型、棒状图型、数字显示等。
+5v
DS18B20 DS18B20 DS18B20
4.7k
μP
VDD VDD VDD
DS18B20与微处理器接线图
2室内温度、湿度测量
选用SENSIRION 公司的SHT71温度、 湿度复合传感器， 该传感器是该公司 最新推出的数字化 产品，直接输出数 字信号，通过一根 数据线与微处理器 相连，因此可简化 硬件电路设计。
AT24C02与微处理器接线图
AT89C52 12864 A
5、显示电路设计 ——选用12864A液晶显示模块，
12864A与AT89C52接线图
BCLR 热 量 表
BCLR 热 量 表
1、PT1000测温更准。
2、MSP430超低功耗MCU，斜率A/D方式，温度 测量分辨率＜0.03℃，使温差测量精度接近传 感器精度。
型 号 单 位 BCLR-15 BCLR-20 BCLR-25 BCLR-32 BCLR-40
流 量 m/h 0.6/1.5 2.5
3.5
6.0
10
最大流量m/h 1.2/3.0 5.0
7
12
20
额定工作压力 Mpa 1. 6
电子积分仪 /
温度范围 ℃ 4-95
湿度范围 % 3-90
温度分辨率 ℃ 0.03
（2）内部含有256字节的RAM； （3）32条可编程的I/O线； （4）3个16位的定时器/计数器； （5）8级中断源； （6）可编程串行接口； （7）片内时钟振荡器。
4、时钟电路
—— DS1302低功耗带RAM实时时钟
μp P1.6 P1.5 P1.4
RST X1
I/O
3、热系数K动态校正，使热量计算准确
4、热量、流量、累积流量、进回水温度、累积 工作时间、欠电提示、故障显示等内容全面， 功能提示完备。
5、静态功耗＜0.5uA电池使用寿命≥5年。
6、防磁抗干扰性能更加优异。
7、水平安装或垂直安装，供水管、回水管任选
8、具有数据远传接口（内置脉冲式接口，外置 RS485接口，无线抄表）。
带入热流密度公式，
q
E c '
CE
•C下降，对于相同的热流量q，E 升高，灵敏
度增加。
•C增加，对于相同的热流量q，E 减少，灵敏
度下降。
3．热流计系数C：当热流计有单位热电 势输出时，通过它的热流量。
C
c '
降低C提高灵敏度的措施
c'
提高热阻
提高热电偶系数C’。
脉冲输出，RS485总 值脉冲输出，便
线等
携式读表机接口
目前应用的主要测温敏感元件有PT电阻、 热敏电阻和新型半导体测温元件。
在热量表中常用的为PT1000、PT100和 PT500作为配对温度传感器。
无论采用何种形式的温度传感器，都需 要正确配对，满足最小测量温差的要求。
二、系统的硬件设计
LCD液晶 显示单元
焓值
随温度变化
工作环境条件 ℃ A级5-55 B级25-55
显 示 KWH 8位LCD液晶显示
电 源 内部锂电池可工作5年以上IP65（分体）
保护等级 IP54（一体）
温度传感器电缆长度 1.5m / 3.0m
传感器类型 PT1000
配对精度 ℃ 0.1
第三节 蒸汽热量的测量
瞬时热量 Q qv (h1 h2 ) mh1
三．热电堆的制作
在基板上按一定间距绕以直径为 0.07mm的康铜丝，将绕好的康铜丝的 检测板一半浸在电镀槽中，
热电堆式热流传感器框图
测量范围：0～8360kJ/m2h 使用范围：－40℃～150 ℃，极限200 ℃ 误差：6％
四、安装：
多点式热流计
产品型号: HFM-215 产品展商: 鸿盛科仪有限公司
较高 进水或回水
低 回水
国内外热量表积算仪对比
国内
国外
热量计量方法 焓值法
K系数法。
温度测量方法
两线制、三线制、 四线制。
与左相同
温度分辨率 0.01℃～0.05℃ 0.01℃
数据存储
累积数据定时存储 与左相同
供电方式
电池（>5年），或 交流电。
与左相同
通讯方式
M-BUS总线，热量值 M-BUS总线，热量
•实现的方法：串联热电偶。
E nE nc't
二．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 板两个端面上贴上涤纶薄 膜作为保护层。
结构形式 小口径表：单流束干 小口径表：单流 式；多流束干式 ；大 束干式 大口径 口径表： 多流束干式 表：多流束干式
测量精度 分界流量至最大流量 流量范围内 ±5% ，分界流量以下 ≤±5% 至最小流量时±3%
流量信号 干簧管和磁性表针； 动态的磁场导通
采集方式
率的变化，
始动流量
较高
低
压力损失 安装位置
3. 六个频道的测定，可储存每一秒循 环之数据，共27个小时。
4. 数据可储存在内藏式3.5吋软盘中。 5. 可通过标准的网络功能储存数据。 6. 具有网络卡和收发电子邮件功能。 7. 包含充电电池和AC电源。
产品名称: 便携式热流计
产品型号: HFM-201
测定项目: 热流和温度。
测定范围:
热流: 0 - ± 9999W/m2或 kcal/m2h。
温度: K型热电偶-99.9 999.9°C。
T型热电偶-199.9 400°C
便携式热流计(HFM-201)
1. 热流值和温度可切换显示。
2. 温度感应器可切换成铬-铝热电偶 或铜-铜镍电偶。
3. 包含TR-B热流感应器。
4. 可储存20组数据档案，总共100个来自百度文库数据。
5. 二种电源供应方式: 干电池或AC 电源。
X2
SCLK VCC
0
GND
DS1302与微处理器接线图
5、数据存储接口电路
采用ATMEL公司的AT24C02串行电可改写及 可编程只读存储器E2PROM，其存储容量为 2048位，即256字节。信息存取采用2线串行 接口。
+5v
5.1kΩ
up
P2.4 P2.5
WP A0 SCL A1 SDA A2
接口电路图
电源引脚：供应电压在2.4～5.5V之间。 串口时钟输入引脚（SCK）：同步微控制器和传 感器之间的通信。 数据引脚（DATA）：DATA三态引脚用来向设备输 入、或输出数据。
3、微处理器
AT89C52微处理器是ATMEL公司生产的8位Flash单 片机系列中的一种，主要性能有：
（1）内部含有8kFlash，可进行1000次擦写操 作；