第八章 热量测量-2014
第八章-热量测量
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。
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。
（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。
c'
降低C提高灵敏度的措施
提高热阻
Hale Waihona Puke 提高热电偶系数C’。•实现的方法：串联热电偶。
E nE nc't
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
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。)
热量与温度的测量方法
测量环境中温度、湿度、气压等因素的变化对测量结果产生的影响 。
人为误差
由于观测者操作不当、读数不准确等人为因素造成的误差。
误差传递与合成
误差传递
在热量与温度的测量过程中，误差会沿着测量链条传递，导 致最终结果的偏差。
误差合成
多种误差来源共同作用，导致测量结果的总体偏差。需要根 据各项误差的特性进行合成分析。
温度差是热量传递的驱动力，温度差 越大，热量传递速率越快。
热量传递方向
热量总是自发地从温度高的物体传递 到温度低的物体，热量测量方法
直接测量法
01
02
03
热流计法
使用热流计直接测量物体 表面的热流密度，从而得 到热量。
热电偶法
利用热电偶测量物体表面 的温度梯度，通过计算得 到热量。
热电阻法
使用热电阻测量物体表面 的温度变化，从而推算出 热量。
间接测量法
量热器法
通过测量物体在量热器中所引起的温度变化，推 算出物体吸收的热量。
热平衡法
在热平衡状态下，测量物体与周围环境的温度差 及热交换面积，从而计算出热量。
热力学计算法
基于热力学原理和已知的物理参数，通过计算得 到热量。
热量计测量原理及应用
减小误差方法
选用高精度测量仪器
采用更高精度的测量仪器，可以有效减小仪器误差对测量结果的影响 。
控制测量环境条件
在稳定的环境条件下进行测量，可以减小环境误差对测量结果的影响 。
提高观测者技能
对观测者进行专业培训，提高其操作技能和读数准确性，可以减小人 为误差对测量结果的影响。
采用多次测量取平均值的方法
多参数、综合性能提升
多参数测量技术
在同一传感器上集成多个测量参数，如温度、湿度、压力 等，实现多参数的同时测量，提高测量效率和准确性。
8-热量测量
热流测头表面为等温面，安装时应尽量避开温度异 常点。有条件时，应尽量采用埋入式安装测头。 测头表面与被测物体表面应接触良好，为此，常用 胶液、石膏、黄油等粘贴测头，对于硅橡胶可挠式 测头可以使用双面胶纸，这样不但可以保持良好接 触，而且装拆方便。 热流测头的安装应尽量避免在外界条件剧烈变化的 情况下测量热流密度，不要在风天或太阳直射下测 量，不能避免时可采取适当的挡风、遮阳措施。 为正确评价保温层的散热状况，有条件时可采用多 点测量和累积量测量，取其平均值，这样取得的效 果更理想。 使用热流计测量时，一定要热稳定后再读数。
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3、热阻式热流计的使用
热流计的应用基本上可以分三种类型： 一种是直接测量热流密度； 一种是作为其它测量仪器的测量元件，如作为导 热系数测定仪、热量计、火灾检测器、辐射热流 计、太阳辐射计等仪器的检测元件； 另一种是作为监控仪器的检测元件，例如将热流 测头埋入燃烧设备的炉墙中监测炉衬的烧损情况 等。
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饱和蒸汽热量指示积算仪的组成 饱和蒸汽热量指示积算仪的原理框图如图所示。 适用于饱和蒸汽热量测量。安装在供汽管上的标准 孔板把蒸汽流量信号转换成差压信号，再经差压流 量变送器转换成0mA～10mA•DC信号，作为热量计 的输入信号。 安装在供汽管上的铂热电阻测量蒸汽温度，并输入 热量计，与流量信号一起参加热量运算，再由表头 数字显示蒸汽热量瞬时值、蒸汽流量、瞬时值。另 外，热量信号经积算电路转换后，由仪表指示蒸汽 热量累积量。
NRZ-01型饱和蒸汽热量指示积算仪应用框图
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3.3 热量测量
二、热流密度的测量
1、指针式热流显示仪表
指针式热流显示仪表是以指针式表头作为显示部件， 其结构比较简单，成本低，是应用较为广泛的一种热 流显示仪表。 图所示为WY-1型热流显示仪表。 它主要由直流放大器和指针式表头组成。 热流测头将热流密度信号转换成电势信号，经直流放 大器放大后驱动指示表头工作，表头直接指示被测热 流密度。
用热量计测量热量的实验
热量计可用于测量环境中的热量流动，如太阳能的利用、地热的开 发等，为环境保护和可持续发展提供技术支持。
对未来研究的展望
提高测量精度
未来可以进一步改进热量计的测量技术，提高其测量精度和稳定性，以满足更高精度的热 量测量需求。
拓展应用领域
随着科技的不断发展，热量计的应用领域将进一步拓展，如在新能源、材料科学等领域的 应用探索。
实验结果分析
通过对实验数据的分析，我们得出了热量与温度、质量等参数之间 的关系，验证了热量守恒定律。
热量计在其他领域的应用
食品工业
热量计可用于数据。
医学领域
在医学研究中，热量计可用于测量人体摄入和消耗的热量，为评估 人体能量平衡和制定合理膳食计划提供依据。
观察数据变化
在测量过程中，密切关注测量数据的变化，包括温度、热量等参数的 变化情况。
记录数据
将测量过程中观察到的数据变化记录下来，包括初始数据、稳定数据 和结束数据等。确保数据的准确性和完整性。
数据处理与分析
在实验结束后，对记录的数据进行处理和分析，包括数据整理、计算 、图表绘制等。根据实验结果，得出相应的结论和解释。
热力学第一定律
热量可以从一个物体传递到另一 个物体，也可以与机械能或其他 能量互相转换，但是在转换过程 中，能量的总值保持不变。
热量计原理
利用热力学第一定律，通过测量 待测物质在绝热条件下温度变化 所吸收或放出的热量来推算物质 的热值。
热量单位与换算
热量单位
焦耳（J）是国际单位制中热量的单位，常用于表示食物所含能量和燃料燃烧放 出的能量等。
资源回收利用
对于可回收利用的废弃物，如废旧电池等，应积极进行回收利用，促 进资源循环利用。
人体能量的测定
在人体热能代谢研究中，传统应用的能量单位为大卡也称千卡（kcal）。
把一升水加热，其温度从15℃上升到16℃所需要的能（热）量称为1kcal。
根据国务院1984年3月3日布的法令，热量以千焦耳（kJ）为单位。
1kcal=4.184kJ,1kJ=0.239kcal。
食物的能量可用弹式热量计直接测得。
这种热量计是一个能承受很大压力的钢壁容器，即所谓的“弹”，其中有一可以通电的金属样品皿，放入一定量样品并且充以氧气。
此“弹”放于四周有定量水的圆筒内，水与外界隔热。
测定时通以电流，因有氧，遇火花样品完全燃烧，释放热量。
读出水的温度变化后即可计算此样品所放出的热量。
此为精确的直接测定法，但设备与操作均很繁复，应用不便。
通常应用是从食物成份表计算食物内糖类、脂肪与蛋白质的含量，然后再分别按其生理热价值计算能量的含量。
人体释放的能量测定有直接法和间接法，间接法又分为循环式和开放式两种。
前者的热量人体释放的能量测定有直接法和间接法，间接法又分为循环式和开放式两种。
前者的热量计结构复杂，建造费昂贵，多只用于某些特殊的实验研究，一般很少应用。
间接测热法所根据的原理是人体进行物质代谢释放能量时须消耗一定量的氧；测定人体一定时间内的氧耗量即可计算热能消耗量。
循环式间接测热法是一个闭合的气体流通循环装置；这一装置依靠活门控制气体定向流通，其中安装有贮存一定氧气量（或已知成分的混合气体）的贮存器，CO2吸收剂（苏打石灰）贮存器及水分吸收剂（浓硫酸或其它吸水剂）贮存器，使之形成一个循环通路。
人体通过此装置进行一定时间的呼吸，即可测出其氧耗量。
并计算出热能消耗量。
这种循环装置的优点是通过一定时间的呼吸，即可得出消耗的氧量，毋须进行气体分析。
因为是固定装置，测定时人体不便活动，所以此法多为医院应用于基础代谢率的测定。
大气空气成分比较恒定，O2为20.94%,C02为0.03%，N2为79.03%,其它一些微量气体可略不计；同时，N2在人体气体代谢过程中，既不能吸收利用，也不能从体内增加而经肺排出。
第八章 热量测量
3．热流计系数 ： 当热流计有单位热电 ． 热流计系数C： 势输出时，通过它的热流量。 势输出时，通过它的热流量。
λ C = δc '
降低C提高灵敏度的措施 降低 提高灵敏度的措施
c'
提高热电偶系数C’。 提高热电偶系数 。 •实现的方法：串联热电偶。 实现的方法：串联热电偶。 实现的方法
δ 提高热阻 λ
产品名称: 产品名称 便携式热流计 产品型号: 产品型号 HFM-201 测定项目: 热流和温度。 测定项目 热流和温度。 测定范围: 测定范围 热流: 0 - ± 9999W/m2或 热流 或 kcal/m2h。 。 温度: 型热电偶 型热电偶-99.9 温度 K型热电偶 999.9°C。 ° 。 T型热电偶 型热电偶-199.9 型热电偶 400°C °
二、系统的硬件设计
LCD液晶 显示单元 供回水温度 测量 室内温湿度 测量 流量检测 单元 硬件设计原理图 中央 控制 单元 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DS18 20单线数字温度 选用DALLAS公司生产的DS18B20单线数字温度 DALLAS公司生产的DS18B 传感器，这种传感器具有微型化、低功耗、 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， 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， 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。 口线与微处理器相连。
型 号 单 位 BCLR-15 BCLR-20 BCLR-25 BCLR-32 BCLR-40 2.5 3.5 6.0 10 流 量 m/h 0.6/1.5 最大流量m/h 1.2/3.0 5.0 7 12 20 最大流量 1. 6 额定工作压力 Mpa / 电子积分仪 4-95 温度范围 ℃ 3-90 湿度范围 % 0.03 温度分辨率 ℃ 焓 值 随温度变化 工作环境条件 ℃ A级5-55 B级25-55 级 级 显 示 KWH 8位LCD液晶显示 位 液晶显示 内部锂电池可工作5年以上 年以上IP65（分体） 电 源 内部锂电池可工作 年以上 （分体） 保护等级 IP54（一体） （一体） 温度传感器电缆长度 1.5m / 3.0m 传感器类型 PT1000 0.1 配对精度 ℃ 2级/3级（参照热能表标准能量精度） 能量测量准确度等级 级 级 参照热能表标准能量精度）
重大社2023《建筑环境测试技术(第4版)》教学课件Chapter 9 热量测量
9.5 蒸汽热量积算仪
➢ 蒸汽热量积算仪原理
工作原理与热水热量指标积算仪相同，也是通过蒸汽的流量、 蒸汽与凝水焓差计算热量。但过热蒸汽的焓通过测量蒸汽压力和温 度求得。饱和蒸汽的焓通过测量蒸汽的温度求得。
蒸汽放热后形成凝水的焓通过测量凝水温度求得。实际上由于 凝水回收不可靠，有些蒸汽热量指标积算仪只记入蒸汽的供热量， 而不减去凝水余热量，则不需测量凝水焓值。
双试件
单试件
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9.6 热流计的标定
➢ 平板直接法
• 根据计算热流密度和热流计的输出电势标定测头系数。
热流密度： 测头系数：
双试件
单试件
Q：中心计量板发热功率(W) F：中心热板面积(m2) R：中心计量板加热电阻(Ω) I：通过中心计量板的电流(I) E：热流传感器输出电势(mV) C：热流传感器测头系数
➢ 平板直接法 （保护热板法；绝对法）
• 核心思想：无限大平面的单向稳定传热原理。
• 在热板和冷板之间建立起一个垂直于冷、热板面（也垂直于热流计）的 稳定的、可调的一维热流场 ：
• 根据不同的工况确定中心加热器的加热功率和恒温水温度，调整保护环
加热器的加热功率，使保护环表面的温度和中心计量板表面的温度一致
• 测量过程：当处于某一瞬时热平衡，由于热量
沿康铜箔径向流动(忽略中心线下的热损失)，
康铜箔中心的温度To高于它周径上的温度Ts。
这个温度差很容易被由铜引线-康铜箔-铜热沉
体构成的差分热电偶检测并输出与之对应的电
压信号。
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9.3 辐射式热流计
➢ 圆箔式热流计（Gardon戈登热流计）
工作原理
• 信号输出：这个电压信号可以很容易地与 投射在康铜箔上的辐射通量q建立起函数 关系且经过标定，就可进行热流测量。
如何利用热量测量物质的比热容
如何利用热量测量物质的比热容在物理学中，比热容是一个非常重要的概念，它反映了物质吸收或放出热量时温度变化的难易程度。
比热容的测量对于理解物质的热学性质以及在工程和科学研究中的应用都具有重要意义。
那么，如何利用热量来测量物质的比热容呢？首先，我们需要了解比热容的定义。
比热容（specific heat capacity），用符号 c 表示，是指单位质量的某种物质，温度升高（或降低）1 摄氏度所吸收（或放出）的热量。
其单位通常是焦耳每千克摄氏度（J/（kg·℃））。
要测量物质的比热容，最常见的方法是“混合法”。
这种方法的基本原理是基于热平衡的概念。
假设我们有一个已知比热容的物质（通常是水）和一个待测比热容的物质。
我们先准备一个量热器，这是一个能够尽量减少热量散失的容器。
将一定质量m1、温度为t1 的热水倒入量热器中。
然后，将质量为m2、温度为 t2 的待测物质迅速放入量热器中，搅拌均匀，等待它们达到热平衡，此时共同的温度为 t。
在这个过程中，热水放出的热量等于待测物质吸收的热量。
根据热量的计算公式 Q ＝cmΔt（其中 Q 表示热量，c 表示比热容，m 表示质量，Δt 表示温度的变化量），热水放出的热量为 Q1 ＝ c1m1(t1 t)，待测物质吸收的热量为 Q2 ＝ c2m2(t t2)。
由于 Q1 ＝ Q2，我们可以得到：c2 ＝ c1m1(t1 t) ／ m2(t t2) 。
这里的 c1 是水的比热容，其值约为 4200 J/（kg·℃），是已知的常量。
只要我们准确测量出 m1、m2、t1、t2 和 t 的值，就可以计算出待测物质的比热容 c2 。
然而，在实际操作中，要得到准确的测量结果并不容易，因为存在一些误差来源。
例如，量热器并非完全绝热，会有少量热量散失到周围环境中；测量温度时也可能存在误差，温度计的精度和读数的准确性都会影响结果；还有在搅拌过程中，可能会有一部分机械能转化为热能，从而影响测量的准确性。
煤的发热量测定步骤
煤的发热量测定步骤1. 概述发热量的测定由两个独立的试验组成，即在规定的条件下基准量热物质的燃烧试验（热容量标定）和试样的燃烧试验。
为了消除未受控制的热交换引起的系统误差，要求两种试验的条件尽量相近。
试验包括定量进行燃烧反应到定义的产物和测量整个燃烧过程引起的温度变化。
实验过程分为初期、主期（反应期）和末期。
对于绝热式热量计，初期和末期是为了确定开始点火的温度和终点温度；对于恒温式热量计，初期和末期的作用是确定热量计的热交换特性，以便在燃烧反应期间对热量计内筒与外筒间的热交换进行校正。
初期和末期的时间应足够长。
2.恒温式热量计法2.1 按使用说明书安装调节热量计2.2 在燃烧皿中称取粒度小于0.2mm的空气干燥煤样0.9g~1.1g（称准到0.0002g）。
燃烧时易于飞溅的试样，可用已知质量的擦镜纸包紧再进行测试，或先在压饼机中压饼并切成2mm~4mm的小块使用。
不易燃烧完全的试样，可先在燃烧皿底铺上一个石棉垫，或用石棉绒做衬垫（先在皿底铺上一层石棉绒，然后以手压实）。
石英燃烧皿不需要任何衬垫。
如加衬垫仍燃烧不完全，可提高充氧压力至3.2MPa，或用已知质量和热值的擦镜纸包裹称好的试样并用手压紧，然后放入燃烧皿中。
2.3 取一段已知质量的点火丝，把两端分别接在两个电极柱上，弯曲点火丝接近试样，注意与试样保持良好接触或保持微小的距离（对易飞溅和易燃烧的煤）；并注意勿使点火丝接触燃烧皿，以免形成短路而导致点火失败，甚至烧毁燃烧皿。
同时还应注意防止两电极间以及燃烧皿与另一电极之间的短路。
当用棉线点火时，把棉线的一端固定已连接到两电极柱上的点火丝上（最好夹紧在点火丝的螺旋中），另一端搭接在试样上，根据试样点火的难易，调节搭接的程度。
对于易飞溅的煤样，应保持微小的距离。
往氧弹中加入10mLh蒸馏水。
小心拧紧氧弹盖，注意避免燃烧皿和点火丝的位置因受震动而改变，往氧弹中缓缓充入氧气，直至压力到2.8MPa~3.0MPa，充氧时间不得少于15s；如果不小心充氧压力超过3.3MPa，停止试验，放掉氧气后，重新充氧至3.2MPa以下。
热量和温度的测量和分析的图表分析和应用
新技术发展
红外线测温技术：具有高精度、快速测量的优势，应用广泛。
光纤测温技术：具有抗干扰能力强、稳定性高的特点，适用于复杂环境。
热电堆传感器：可实现高灵敏度、高分辨率的测温，尤其适用于微小温度变化测量。
微型化、智能化测温设备：随着MEMS技术的发展，热量和温度的测量设备将更加微型化和智 能化。
靠性
在日常生活中的应用
烹饪：热量是烹饪中重要的因素，通过控制热量来达到烹饪效果。 温室效应：温度的测量可以帮助我们了解温室效应，从而采取应对措施。
健康监测：体温的测量是健康监测的重要指标之一，可以帮助我们及时发现健康问题。
工业生产：在工业生产中，温度的控制对于产品质量和生产效率至关重要。
05
热量和温度测量 的未 来发展
和生理状态
在工业生产中的应用
热量测量：控 制产品质量和 生产过程，提 高生产效率和
节约能源
温度测量：监 测设备运行状 况和工艺流程， 保证产品质量
和生产安全
热量和温度测 量在工业生产 中的应用实例： 钢铁、化工、 食品等行业的 温度控制和热
量测量
热量和温度测 量技术的发展 趋势：智能化、 高精度、高可
测量误差的来源及减小误差的方法
测量工具的不准确性
测量环境的影响
测量人员操作误差 减小误差的方法：采用高精度测量工具、多次测量取平均值、提高测量 人员技能和经验
测量数据的处理和分析方法
数据清洗：去除异常值、缺失值和重复值，确保数据准确性。 数据转换：将数据转换为适当的单位和格式，以便于分析和可视化。 数据聚合：对数据进行汇总、平均、中位数等计算，以获得更有意义的统计指标。 数据可视化：使用图表、表格等方式呈现数据，帮助理解和解释数据。
第八章热量测量 [兼容模式]
![第八章热量测量 [兼容模式]](https://img.taocdn.com/s3/m/1f76f4c4da38376baf1fae1b.png)
第八章热量测量1普遍的自然现象 普遍的自然现象－－热传递 热传递建筑物 锅炉＼热力管道＼设备 炉 管 设备 运输工具＼车＼船＼飞机 冶金＼电力＼石油 衣服＼鞋帽 生命科学加强传热抑制传热23第一节 热流密度的测量一、热阻式热流传感器工作原理 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， 根据傅立叶定律可以得 到通过热流传感器的热 流密度为：4热流传感器的高度与宽度远大于 其厚度，则可认为是 维稳定导 其厚度，则可认为是一维稳定导 热 用热电偶测温差λ C= δC '热电偶系数当热流传感器有单位热电势输 热流传感器系数 出时,垂直通过它的热流密度. 5热流传感器有高热阻型和低热阻型之 分。
δ/λ值大的是高热阻型，δ/λ 值小的是低热阻型。
高热阻型热流传感器易于提高测量精 度及用于小热流量测量。
高热阻型热流传感器比低热阻型热 流传感器热惰性大，反应时间增加。
如果在传热工况波动较大的场合测定， 如果在传热工况波动较大的场合测定 就会造成较大的测量误差。
6种类: 种类 板式 外形: 平板型可挠式 圆弧型7一、热阻式热流传感器工作原 理（结构）8二、热阻式热流传感器的标定 热 式热 传 标定 方法每个热流传感器都必须分别标定 每个热流传感 都必 标定 为了测定热流传感器系数C值，必须建 为了测定热流传感器系数C值 必须建 立一个稳定的具有确定方向（单向或双 向）的一维热流，热流密度的大小可以 向）的 维热流 热流密度的大小可以 根据需要给出，其数值能够准确确定。
垂直于热流密度方向的平面为等温面， 垂直 热流密度方向的平 为等温 其温度应能根据需要改变。
常用的标定方法有平板直接法、平板比 较法和单向平板法。
较法和单向平板法9二、热阻式热流传感器的标定 方法（１平板直接法）10二、热阻式热流传感器的标定 方法（２平板比较法）11三、热流传感器的安装及使用误差１、三种安装方式12２、四个安装注意 ２ 四个安装注意 ＊选择测点能反映壁面或管道截面平 均热流的位置； ４５度 ＊热流传感器表面为等温面，安装时 应尽量避开温度异常点； 应尽量避开温度异常点 ＊传感器表面应与壁面紧密接触，不 ＊传感器表面应与壁面紧密接触 不 得有空隙并尽可能与所测壁面平齐； ＊有条件时，尽量采用埋入式安装．13３、热流传感器使用误差分析 ３ 热流传感器使用误差分析 热阻的影响 响应时间的影响 对流和辐射引起的误差14（１）热阻的影响－－平壁面 （１）15热流密度 未安装热流传感器时 粘贴式安装后 埋入式安装后△＝（q－q’）/q △ （ ’）/16相对误差 粘贴式安装后埋入式安装后被测热阻层导热系数越小、越厚，热流传 感器产生的热阻引起的误差越小；在其他 感器产生的热阻引起的误差越小 在其他 测量条件完全相同情况下，埋入式比粘贴 式安装热流传感器引起的误差小一些。
第八章 热量测量
一般对流情况：R1,R4<<R2对流引起的测量误 差甚小 2. 辐射引起的误差 原因：1. 热流测头与被测表面的辐射系数的差 别保冷工程影响较突出。 2. 外界辐射变化。 E 1）未贴测头时： 1 0 (T14 T24 ) 贴测头时： E2 2 0 (T14 T24 ) 、2——被测表面与测点表面的黑度 一般： << 2 →E1<E2
可控硅
变压器
测试仪器
冷板水套
稳压电源
主发热器 恒温器 恒温控制器 保护发热器
可控硅
变压器
工作过程： 稳定电源 供电w可调 主加热器 T保护 T主热 时， 恒温控制器 改变可控硅导通角保护板 加热器加热量 T保护 T主热 T 0 可控硅导通 ， 角 不变加热量不变
1 32 位数字显示 -
压差变送器
开方器 流量系 数设定
瞬时温度指示 瞬时流量指示 瞬时热量指示
T W Q
混饱和蒸汽
热量运算电路
标准孔板
干度设定
积算电路
累计热量
Q
铂电阻温度计
220V
稳压电源
+5V -5V
+15V -15V
1）蒸汽流量 标准孔板 差压信号 变送器 0 ~ 10mADC 流量计输入 热量运算 铂热电阻 2）蒸汽温度 温度计输入 显示蒸汽流量、温度瞬时值 积算电路蒸汽热量累积量 3）干度修正——测量湿蒸汽流量 饱和蒸汽流量与湿蒸汽流量间关系
保温层 对流空气层
（ ）没有热流传感器 时的温度场情况
（ ）埋入热流传感器 后的温度场情况
（ ）粘贴在表面后 的温度场情况
未安装热测头：等温面与被测热阻层壁面平行，不发 生扭曲 安装热流测头：等温面扭曲改变原有热传递情况 传热复杂的三维传热
燃烧热的测量
燃烧热的测量一、目的与要求1. 用氧弹式热量计测量苯甲酸的燃烧热，明确燃烧热的定义，了解恒压燃烧热与恒容燃烧热的差别及相互关系。
2．掌握有关热化学实验的一般知识和测量技术，了解氧弹式热量计的原理、构造及使用方法。
3．学会应用图解法校正温度改变值。
二、实验原理燃烧热是指1 mol 物质完全氧化时的反应热。
所谓完全氧化是指C →CO 2(g)，H 2→H 2O(l)，S →SO 2(g)，而N 、卤素等元素变成游离状态。
如苯甲酸的燃烧： COOH(s)+7.5O 2(g)7CO 2 (g) + 3H 2O(l)燃烧热可在恒容或恒压条件下测定。
若在恒容条件下测得的燃烧热称为恒容燃烧热，Q v =△U ；若在恒压条件下测得的燃烧热称为恒压燃烧热，Q p =△H 。
用氧弹式热量计测得的燃烧热为Q v 。
若把参加反应的气体和反应生成的气体近似为理想气体，则有下列关系式：nRT Q Q v p ∆+= （4-1）式中：————产物与反应物中气体的物质的量之差；n ∆ R ————气体常数；T ————反应温度，K 。
（1）搅动棒（2）外筒（3）内筒（4）垫脚（5）氧弹（6）传感器（7）点火按键（8）电源开关（9）搅拌开关 （10）点火输出负极（11）点火输出正极（12）搅拌指示灯（13）电源指示灯（14）点火指示灯图4-1 氧弹量热计和氧弹的构造示意图测量化学反应热的仪器称为热量计。
本实验采用氧弹式热量计（如图4-1）测量苯甲酸的恒容燃烧热，进而求得苯甲酸的恒压燃烧热。
测量恒容燃烧热的基本原理是将一定量的待测物质样品在充足的氧弹中完全燃烧，放出的热量使热量计本身及氧弹周围介质（本实验用水）的温度升高。
根据测定燃烧前后温度的变化值，可求出该样品的恒容燃烧热。
其关系式为L Q T C Q Mm v ⋅−∆=丝水 （4-2） 式中：m ————待测物质的质量，g ；M ————待测物质的摩尔质量；————单位长度点火丝的燃烧热，本实验Q 丝=2.9J ；丝Q L ————燃烧掉的点火丝的长度，cm ；————热量计（包括介质）的水当量（用水的质量表示仪器的热容），意指热量计每升高1 K 所需的热量，折合为一定质量所吸收的热量。
热量测量
•C下降，对于相同的热流量q， E 升高，灵敏 度增加。 E 减少，灵敏 •C增加，对于相同的热流量q， 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’。
•实现的方法：串联热电偶。
5.1kΩ up
WP
P2.4 P2.5 SCL SDA
A0
A1 A2
AT24C02与微处理器接线图
5、显示电路设计
——选用12864A液晶显示模块，
AT89C52
12864A与AT89C52接线图
12864A
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。 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）。
—— DS1302低功耗带RAM实时时钟
μ p P1.6 P1.5
4、时钟电路
P1.4
RST X1 I/O 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
第八章煤的发热量测定
1.煤在氧弹实验条件下熄灭
第八章 煤的发热量测定
第六节 煤发热量的类别
2.煤在工业熄灭设备中熄灭 煤游离水、化合水以及氢元素熄灭生成
的水，吸收热量气化后随熄灭烟气逸 散，使煤的熄灭热值有所损失。 煤中可燃硫生成的SO2，也随烟气逸散， 不发生硫酸热效应。〔95J〕 煤在空气中熄灭时，煤无机质中的氮元素， 生成游离氮，也随烟气逸散，没有硝 酸生成热发生。
第八章 煤的发热量测定
第二节 煤发热量的测定原理
一、仪器 国际外普遍采用〝氧弹量热法〞测
定煤的发热量。运用的仪器叫〝氧弹热 量计〞。
氧弹热量计有两种基本类型：1恒 温式氧弹热量计；2绝热式氧弹热量计。 二者的基本机构相反，主要区别是控制 热交流的方式不同。
第八章 煤的发热量测定
第二节 煤发热量的测定原理
范〞 显露柱温度ts°修正 例:
第八章 煤的发热量测定 第五节 煤发热量测定结果的校正 和计算
三、量热温度计的校正 2. 平均分度值的修正〔H〕 (1)当实践显露柱温度te与〝规范〞显露柱温度
ts0〔计算值〕相差3℃以上时 :
(2)当实践显露柱温度te与〝规范〞显露柱温度 ts0 〔计算值〕小于相差3℃时：
第二节 煤发热量的测定原理
一、仪器 氧弹热量计由以下主、附件组成：
3.外筒 它是全金属制成的双层壁筒底的筒体。 外壁断面的外形为圆形，内壁断面外 形随内筒外形而定。内外筒壁和内外 筒底的间距为1~12mm。外筒构成的 夹层空间中装满水。
第八章 煤的发热量测定
第二节 煤发热量的测定原理
一、仪器 氧弹热量计由以下主、附件组成：
4. 温度计和其他隶属仪器设备 常用的温度计有两种：固定测温范
热力学热量的测量教学设计方案
感谢观看
THANKS
实验宗旨
了解热力学热量的 概念
通过实验，学生可以直观 感受热力学热量的物理含 义和作用。
掌握热力学热量的 测量方法
学生将学习不同测量方法， 并掌握适用于不同情境的 技巧。
培养学生实验设计和 数据处理能力
通过实验设计和数据处理 的实践，培养学生的科学 思维和观察分析能力。
实验原理
热力学热量 的基本定义
实验方法的改进建议
03
未来展望
热力学热量测量实 验的进一步研究方 向
探索更有效的实验方法
结合新技术进行实验设计
教学设计的创新点 和发展趋势
引入实践案例教学 推广跨学科教学模式
结束语
在教学设计中，感谢所有参与实验的学生和教师， 他们是教学的主体，也是实验成果的宝贵贡献者。 希望本教学设计能够为学生的学习带来实质性的 帮助，激发他们对热力学热量测量的兴趣和学习 动力。
实验结果分析
01 热力学热量测量结果分析
详细分析实验结果的数据
02 实验误差分析
探讨实验中可能存在的误差源
03 结果的可靠性讨论
讨论实验结果的可靠程度及可能的改进方法
实验讨论
与理论值的 比较
比较实验结果与 理论值的差异
实验改进的 建议
提出改进实验设 计和操作的建议
可能存在的 系统误差
分析实验中可能 存在的系统性误
总结
通过本章内容的分析和实验结果的讨论，我们对 热力学热量测量有了更深入的了解。在实验中， 数据处理方法和结果分析是非常关键的步骤，必 须准确处理数据并进行合理的分析，以得出可靠 的结论。同时，实验过程中可能存在一些系统误 差和可改进的方面，需要进一步的讨论和研究。 在未来的实验中，我们可以拓展实验内容，探讨 更多与热力学热量测量相关的问题，进一步提高 实验的深度和广度。
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(a)原有的温度场；(b)埋入热流传感器后的温度场； (c)粘贴热流传感器后的温度场 1-被测热阻层；2-对流空气层
1）热流传感器的热阻的影响
❖ 未安装热流传感器时，通过热阻层的热流密
度为
q
1
t1 t2
1
1 2
❖ 安装热流传感器时，通过热阻层的热流密度：
粘贴式：
q
❖管道和非平壁设备表面，应选择可挠式传感器 ❖无保温的冷、热水管道和设备，应选择耐低温或耐高
温的传感器 ❖自身热阻很小的管道和设备，应选择热阻较小的薄型
传感器 ❖不稳定传热壁面应选择热惰性小、响应时间短的低热
阻型传感器
❖ 建筑围护结构传热测量
热流传感器：多选择高热阻平板型
安装位置：围护结构平面中心位置
➢ 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
国内
国外
结构形式
测量精度
流量信号采 集方式
小口径表：单流束干式； 小口径表：单流束干式
多流束干式
大口径表：多流束干式
大口径表：多流束干式
分 界 流 量 至 最 大 流 量 流量范围内≤±5% ±5% ，分界流量以下至 最小流量时±3%
安装方法：以粘贴式为主，若长期检测，则可采 用埋入式
室外测量时，应采取涂色、贴膜等措施，使热流 计表面黑度与被测壁体黑度接近，防止太阳辐射 对表面辐射换热的影响
测量薄壁结构时，传感器附加热阻不可忽视，应 对测量结果进行修正；测量中应将热流传感器紧 贴壁面，并采用胶液、石膏、黄油、凡士林等填 充热流传感器与壁面之间的间隙，以降低接触热 阻误差
q1
q2 q1
q2
43.9%
多点式热流计
产品型号: HFM-215 产品展商: 鸿盛科仪有限公司 测定项目: 热流和温度 测定范围: 热流: 0 - ± 9999 9W/m2或kcal/m2.h 温度: K型热电偶 -200～1200℃
T型热电偶 -200～400 ℃
特点
❖ 便于携带和数据处理，体积小且重量轻 ❖ 5.5英吋彩色显示屏幕，可显示热流图型、棒状图
BCLR 热 量 表
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
型、数字显示等 ❖ 六个频道的测定，可储存每1秒循环存储数据，共
27个小时 ❖ 数据可储存在内藏式3.5吋软盘中 ❖ 可通过标准的网络功能储存数据 ❖ 具有网络卡和收发电子邮件功能 ❖ 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
2）热流传感器的响应时间
❖ 用热流计监视热工设备的运行，采用埋入式安装， 测量过程可看成是稳定过程；而粘贴式安装是在测 量热流密度时在被测表面上突然加了一层热阻，破 坏了原来壁面的传热情况，要经过一个热量传递的 过渡过程才能达到稳定，这时才能开始读数。否则， 会造成读数误差。
3）对流和辐射引起的误差
与左相同
通讯方式
M-BUS总线，热量 M-BUS总线，热量
值脉冲输出，
值脉冲输出，便携
RS485总线等
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
kcal/m2.h。 温度: K型热电偶-99.9 -999.9℃ T型热电偶-199.9 - 400 ℃
便携式热流计(HFM-201)特点
❖ 热流值和温度可切换显示
❖ 温度感应器可切换成铬-铝热电 偶或铜-铜镍电偶
❖ 包含TR-B热流感应器
❖ 可储存20组数据档案，总共100 个数据
❖ 二种电源供应方式: 干电池或 AC电源
本章小结
❖ 热阻式热流计
工作原理、提高灵敏度措施 热流传感器校准方法：平板直接法、平板比较法 热流计的安装方法及误差
❖ 热量、冷量的测量
测量原理 热量表组成及安装
❖ 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
第3节 蒸汽热量的测量
瞬时热量
Q qv (h1 h2 ) mh1
h2为凝水焓值较小，可忽略
C q C1E1 C2E2
E
2E
平板比较法原理图 A-热板 B-待标热流传感器 C-冷板 E-传感器保护圈 H-热缓冲板 T-表面温度
四、热阻式热流计的安装及使用误差
1、安装方法
❖ 埋入式 ❖ 表面粘贴式 ❖ 空间辐射式
2、热阻式热流计的使用误差分析
❖ 热流传感器的热阻的影响 ❖ 热流传感器响应时间的影响 ❖ 对流和辐射引起的误差
温度分辨率 ℃ 0.03
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
能量测量准确度等级 2级/3级（参照热能表标准能量精度）
热流传感 系数
❖ 热流密度q一定时，C减小，E 增大，灵敏度增加。
反之，C增加， E 减少，灵敏度下降。
3、热流传感器系数C
当热流计有单位热电势输出时，垂直通过它的
热流密度
C
C'
提高灵敏度的措施
c'
➢ 提高热阻
➢ 提高热电偶系数 C '
实现的方法：热电偶串联
E总 nE nC't
二．构造
❖ 平板型（WYP） ❖ 可挠型（WYR）
硬平板式
可挠式
热流传感器的结构图
(a) 平板热流传感器 (b) 可挠式热流传感器 1-骨架 2-热电堆片 3-引线柱
❖ 选一块厚度为1mm的环氧树脂玻璃纤维板，边框为 130mm×130mm左右，将若干块10mm×100mm的 热电堆片镶嵌在边框中制成热流传感器。热电堆片 是由很多热电偶串联并绕在基板上组成。热电堆的 引出线相互串联，将两端头焊在接线片上，表面贴 上涤纶薄膜作为保护层
第八章 热量测量
热流密度的测量 热量及冷量的测量 蒸汽热量的测量
第1节 热阻式热流计
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
x
W/m2
q t
x
两等温面温差，℃
两等温面之间的
距离，m
2、温差的测量
采用热电偶 E C't
E t C'
热电偶系数
E
q CE
C'
三、热流传感器的标定
1、平板直接法
q Q I2R FF
q CE
平板直接法原理图
A-中心计量板 B-保护板 C-冷板 D-热流传感器 E-传感器保护圈 F-背保 护板 H-热板表面热电偶 I-热流传感器表面热电偶 J-冷板表面热电偶 K-热
板与背保护板表面温差热电偶 M-保温材料
2、平板比较法
特点：
❖ Pt1000测温更准
❖ 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
❖ 热系数K动态校正，使热量计算准确
❖ 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
❖ 静态功耗＜0.5uA电池使用寿命≥5年
❖ 标准配件RS-232C界面
❖ 包括携带式外箱选购打印机
第2节 热量及冷量的测量
以热量表为例 Q qmhd
6
f
5
流量传感器
4
齿轮组
3
2 1
积分仪 计算
显示
给水温度 传感器
回水温度 传感器
热量表工作原理
1-叶轮 2-耦合磁铁A 3-隔离板 4-耦合磁铁B 5-磁铁C 6-干簧管
热量表的技术现状
类型
测头尺寸 （mm）
热流传感器系 数（W/m2.mV)
使用场合
平板型 110×110×2.5
11.6
平壁面热流
可挠型 110×55×4
116，安装曲率半 管道等弯曲
径≥50mm
表面的热流
❖ 热电堆的制作
采用焊接、电镀、喷涂、电沉积等方法制作
热电堆片示意图
1- 芯板 2-热电偶接点 3-热电极材料A 4-热电极材料B
❖ 防磁抗干扰性能更加优异
❖ 水平安装或垂直安装，供水管、回水管任选
❖ 具有数据远传接口（内置脉冲式接口，外置RS485 接口，无线抄表）
热量表安装示意图
热量表安装：
❖ 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，并注意安装方向 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
30℃，原保温层表面黑度为0.1，空气表面传热系数为
10W/(m2.K) ，热流传感器表面的黑度为0.9，计算由于辐射系