第八章热量测量-2014

1、第八章 热量测量 热流密度的测量热流密度的测量热量及冷量的测量热量及冷量的测量蒸汽热量的测量蒸汽热量的测量第第1 1节节 热阻式热流计热阻式热流计热流密度：单位时间内通过单位面积的热量热流密度：单位时间内通过单位面积的热量tqx 两等温面温差两等温面温差，两等温面之间的两等温面之间的距离距离，mW/m2 tqx 1 1、公式、公式一、工作原理一、工作原理2 2、温差的测量、温差的测量 采用热电偶采用热电偶ECtEtC EqCEC热电偶系数热电偶系数v 热流密度热流密度q一定时，一定时，C减小减小， 增大，灵敏度增加。增大，灵敏度增加。反之，反之，C增加，增加， 减少，灵敏度下降。减少，灵敏度下

2、降。EE热流传感热流传感系数系数实现的方法：热电偶实现的方法：热电偶串联串联3 3、热流传感器系数、热流传感器系数C C当热流计有单位热电势输出时，垂直通过它的当热流计有单位热电势输出时，垂直通过它的热流密度热流密度CCc 提高热阻提高热阻提高灵敏度提高灵敏度的措施的措施 提高热电偶系数提高热电偶系数EnEnCt总C二构造二构造v平板型（平板型（WYP）v可挠型（可挠型（WYR）热流传感器的结构图热流传感器的结构图(a) 平板热流传感器平板热流传感器 (b) 可挠式热流传感器可挠式热流传感器1-骨架骨架 2-热电堆片热电堆片 3-引线柱引线柱 硬平板式硬平板式 可挠式可挠式 v选一块厚度为选一

3、块厚度为1mm的环氧树脂玻璃纤维板，边框为的环氧树脂玻璃纤维板，边框为130mm130mm左右，将若干块左右，将若干块10mm100mm的的热电堆片镶嵌在边框中制成热流传感器。热电堆片镶嵌在边框中制成热流传感器。热电堆片热电堆片是由很多热电偶串联并绕在基板上组成是由很多热电偶串联并绕在基板上组成。热电堆的。热电堆的引出线相互串联，将两端头焊在接线片上，表面贴引出线相互串联，将两端头焊在接线片上，表面贴上涤纶薄膜作为保护层上涤纶薄膜作为保护层类型类型测头尺寸测头尺寸（mm）热流传感器系热流传感器系数（数（W/m2.mV)使用场合使用场合平板型平板型1101102.511.6平壁面热流平壁面热流可

4、挠型可挠型110554116，安装曲率半，安装曲率半径径50mm管道等弯曲管道等弯曲表面的热流表面的热流v热电堆的制作热电堆的制作 采用采用焊接、电镀、喷涂、电沉积焊接、电镀、喷涂、电沉积等方法制作等方法制作热电堆片示意图热电堆片示意图1- 芯板芯板 2-热电偶接点热电偶接点 3-热电极材料热电极材料A 4-热电极材料热电极材料B三、热流传感器的标定三、热流传感器的标定1、平板直接法平板直接法平板直接法原理图平板直接法原理图A-中心计量板中心计量板 B-保护板保护板 C-冷板冷板 D-热流传感器热流传感器 E-传感器保护圈传感器保护圈 F-背保背保护板护板 H-热板表面热电偶热板表面热电偶 I

5、-热流传感器表面热电偶热流传感器表面热电偶 J-冷板表面热电偶冷板表面热电偶 K-热热板与背保护板表面温差热电偶板与背保护板表面温差热电偶 M-保温材料保温材料 2QI RqFFqCE2、平板比较法平板比较法qCE平板比较法原理图平板比较法原理图A-热板热板B-待标热流传感器待标热流传感器 C-冷板冷板E-传感器保护圈传感器保护圈H-热缓冲板热缓冲板T-表面温度表面温度 11222C EC EE四、热阻式热流计的安装及使用误差四、热阻式热流计的安装及使用误差1、安装方法安装方法v 埋入式埋入式v 表面粘贴式表面粘贴式v 空间辐射式空间辐射式2、热阻式热流计的使用误差分析热阻式热流计的使用误差分

6、析v 热流传感器的热流传感器的热阻热阻的影响的影响v 热流传感器热流传感器响应时间响应时间的影响的影响v 对流和辐射对流和辐射引起的误差引起的误差热流传感器对被测温度场的影响热流传感器对被测温度场的影响(a)原有的温度场；原有的温度场；(b)埋入热流传感器后的温度场；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粘贴热流传感器后的温度场1-被测热阻层；被测热阻层；2-对流空气层对流空气层1）热流传感器的热阻的影响）热流传感器的热阻的影响v未安装热流传感器时，通过热阻层的热流密未安装热流传感器时，通过热阻层的热流密度为度为v安装热流传感器时，通过热阻层的热流密度：安装热流传感器时，通过

7、热阻层的热流密度：粘贴式：粘贴式：埋入式：埋入式：121211ttq121211ttqR 121211ttqR 当各参数已知时，就可以得到这两种安装方式当各参数已知时，就可以得到这两种安装方式的相对误差的相对误差v粘贴式：粘贴式：v埋入式：埋入式：121211111qqqR 121211111qqqR 结论结论：被测热阻层导热系数越小、越厚，安装热流传感被测热阻层导热系数越小、越厚，安装热流传感器引起的误差越小；在其他测量条件完全相同时，埋器引起的误差越小；在其他测量条件完全相同时，埋入式比粘贴式引起的误差小一些入式比粘贴式引起的误差小一些 2）热流传感器的响应时间）热流传感器的响应时间v用热

8、流计监视热工设备的运行，采用用热流计监视热工设备的运行，采用埋入式埋入式安装，安装，测量过程可看成是测量过程可看成是稳定稳定过程；而过程；而粘贴式粘贴式安装是在测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过渡过程才能达到稳定达到稳定，这时才能开始读数。否则，这时才能开始读数。否则，会造成读数误差。会造成读数误差。3）对流和辐射引起的误差）对流和辐射引起的误差 v对流换热系数引起的测量误差很小对流换热系数引起的测量误差很小v辐射对测量的影响是

9、由于辐射对测量的影响是由于热流传感器与被测表面的热流传感器与被测表面的发射系数不同发射系数不同及及外界辐射外界辐射的变化两方面造成的，辐的变化两方面造成的，辐射系数的差别对射系数的差别对保冷保冷工程的影响较为突出工程的影响较为突出v粘贴热流传感器前的热流密度为粘贴热流传感器前的热流密度为v粘贴热流传感器后的热流密度为粘贴热流传感器后的热流密度为例：例：某冷水保温管，管壁温度为某冷水保温管，管壁温度为10，保温层外空气温度为，保温层外空气温度为30，原保温层表面黑度为，原保温层表面黑度为0.1，空气表面传热系数为，空气表面传热系数为10W/(m2.K) ，热流传感器表面的黑度为热流传感器表面的黑

10、度为0.9，计算由于辐射系，计算由于辐射系数的测量误差。数的测量误差。解：解： 计算可得未贴热流传感器时散出的热流密度为计算可得未贴热流传感器时散出的热流密度为粘贴后为粘贴后为 相对误差相对误差 44012()qTT44012()qTT 44012()qtTT 21211.5/qW m 22304.4/qW m 122143.9%qqqq 多点式热流计 测定项目测定项目: 热流和温度热流和温度 测定范围测定范围: 热流热流: 0 - 9999 9W/m2或或kcal/m2.h温度温度: K型热电偶型热电偶 -2001200 T型热电偶型热电偶 -200400 产品型号产品型号: HFM-215

11、产品展商产品展商: 鸿盛科仪有限公司鸿盛科仪有限公司特点特点v便于携带和数据处理，体积小且重量轻便于携带和数据处理，体积小且重量轻v5.5英英吋吋彩色显示屏幕，可显示热流图型、棒状图彩色显示屏幕，可显示热流图型、棒状图型、数字显示等型、数字显示等v六个频道的测定，可储存每六个频道的测定，可储存每1秒循环存储数据，共秒循环存储数据，共27个小时个小时v数据可储存在内藏式数据可储存在内藏式3.5吋吋软盘中软盘中v可通过标准的网络功能储存数据可通过标准的网络功能储存数据v具有网络卡和收发电子邮件功能具有网络卡和收发电子邮件功能v包含充电电池和包含充电电池和AC电源电源产品名称产品名称: 便携式热流计

12、便携式热流计产品型号产品型号: HFM-201测定项目测定项目: 热流和温度热流和温度测定范围测定范围: 热流热流: 0 9999W/m2或或kcal/m2.h。温度温度: K型热电偶型热电偶-99.9 -999.9T型热电偶型热电偶-199.9 - 400 便携式热流计便携式热流计(HFM-201)特点特点v热流值和温度可切换显示热流值和温度可切换显示v温度感应器可切换成铬温度感应器可切换成铬-铝热电铝热电偶或铜偶或铜-铜镍电偶铜镍电偶v包含包含TR-B热流感应器热流感应器v可储存可储存20组数据档案，总共组数据档案，总共100个数据个数据v二种电源供应方式二种电源供应方式: 干电池或干电池

13、或AC电源电源v标准配件标准配件RS-232C界面界面v包括携带式外箱选购打印机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以热量表为例 mQqhd计算显示齿轮组给水温度传感器回水温度传感器积分仪654321流量传感器f热量表工作原理热量表工作原理1-叶轮叶轮 2-耦合磁铁耦合磁铁A 3-隔离板隔离板 4-耦合磁铁耦合磁铁B 5-磁铁磁铁C 6-干簧管干簧管 热量表的技术现状 主要包括主要包括叶轮式、超声波式和电磁式叶轮式、超声波式和电磁式三种三种形式。形式。 叶轮式流量传感器因其测量原理和结构相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。对简单，

14、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外热量表叶轮式流量传感器对比 国内国内国外国外结构形式结构形式小口径表：单流束干式；小口径表：单流束干式；多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 小口径表：单流束干式小口径表：单流束干式大口径表：多流束干式大口径表：多流束干式 测量精度测量精度分 界 流 量 至 最 大 流 量分 界 流 量 至 最 大 流 量5% ，分界流量以下，分界流量以下至最小流量时至最小流量时3%流量范围内流量范围内5%流量信号采流量信号采集方式集方式干簧管和磁性表针干簧管和磁性表针动态的磁场导通率的变动态的磁场导通率的变化化始

15、动流量始动流量较高较高低低压力损失压力损失较高较高低低安装位置安装位置进水或回水进水或回水回水回水国内外热量表积算仪对比国内外热量表积算仪对比 国内国内国外国外热量计量方法热量计量方法 焓值法焓值法K系数法系数法温度测量方法温度测量方法两线制、三线制、两线制、三线制、四线制四线制与左相同与左相同温度分辨率温度分辨率0.010.050.01数据存储数据存储累积数据定时存储累积数据定时存储与左相同与左相同供电方式供电方式电池（电池（5年），或年），或交流电。交流电。与左相同与左相同通讯方式通讯方式M-BUS总线，热量总线，热量值脉冲输出，值脉冲输出，RS485总线等总线等M-BUS总线，热量总线，

16、热量值脉冲输出，便携值脉冲输出，便携式读表机接口式读表机接口目前应用的主要测温敏感元件有目前应用的主要测温敏感元件有Pt电阻电阻、热敏电阻和新型半导体测温元件热敏电阻和新型半导体测温元件在热量表中常用的为在热量表中常用的为Pt1000、Pt100和和Pt500作为配对温度传感器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正确配对，满足最小测量温差的要求型号单位型号单位 BCLR-15 BCLR-20 BCLR-25 BCLR-32 BCLR-40流量流量 m/h 0.6/1.5 2.5 3.5 6.0 10最大流量最

17、大流量m/h 1.2/3.0 5.0 7 12 20额定工作压力额定工作压力 MPa 1. 6电子积分仪电子积分仪 /温度范围温度范围 4-95湿度范围湿度范围 % 3-90温度分辨率温度分辨率 0.03焓焓 值值 随温度变化随温度变化工作环境条件工作环境条件 A级级5-55 B级级25-55显显 示示 KWH 8位位LCD液晶显示液晶显示电电 源源 内部锂电池可工作内部锂电池可工作5年以上年以上IP65（分体）（分体）保护等级保护等级 IP54（一体）（一体）温度传感器电缆长度温度传感器电缆长度 1.5m / 3.0m传感器类型传感器类型 PT1000配对精度配对精度 0.1能量测量准确度等

18、级能量测量准确度等级 2级级/3级（参照热能表标准能量精度）级（参照热能表标准能量精度）特点：vPt1000测温更准测温更准vMSP430超低功耗超低功耗MCU，斜率，斜率A/D方式，温度测量方式，温度测量分辨率分辨率0.03，使温差测量精度接近传感器精度，使温差测量精度接近传感器精度v热系数热系数K动态校正，使热量计算准确动态校正，使热量计算准确v热量、流量、累积流量、进回水温度、累积工作时热量、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，功能提示完间、欠电提示、故障显示等内容全面，功能提示完备备v静态功耗静态功耗0.5uA电池使用寿命电池使用寿命5年年v防磁抗干

19、扰性能更加优异防磁抗干扰性能更加优异v水平安装或垂直安装，供水管、回水管任选水平安装或垂直安装，供水管、回水管任选v具有数据远传接口（内置脉冲式接口，外置具有数据远传接口（内置脉冲式接口，外置RS485接口，无线抄表）接口，无线抄表）热量表安装热量表安装：v流量计的安装流量计的安装应安装在应安装在流动平稳流动平稳的的直直管段上管段上应根据仪表要求水平安装或垂直安装，并注意应根据仪表要求水平安装或垂直安装，并注意安装方向安装方向应根据仪表要求选择回水管或供水管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测试流量范围应与系统流量对应v温度传感器安装温度传感器安装温度探头处于管道中温

20、度探头处于管道中流速最大流速最大的位置的位置应对安装探头的地方进行应对安装探头的地方进行保温保温处理处理倾斜安装探头方向须迎向水流方向，并设保护套内倾斜安装探头方向须迎向水流方向，并设保护套内 v 安装前，应对系统管路进行彻底清洗，以保证管安装前，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道中没有污染物和杂质第3节 蒸汽热量的测量瞬时热量瞬时热量12()vQq hh1vQq h d累积热量累积热量h2为凝水焓值较小，可忽略为凝水焓值较小，可忽略湿蒸汽热量湿蒸汽热量01vQxq h d干度修正系数干度修正系数xxx)56.056.1 (09 . 0 x湿蒸汽干度湿蒸汽干度1mh本专业

21、热量测量的应用本专业热量测量的应用v建筑设备及管道表面热流测量建筑设备及管道表面热流测量非平壁表面散热热流密度与热流测点的几何位置非平壁表面散热热流密度与热流测点的几何位置有关，应选择有有关，应选择有代表性的位置代表性的位置安装热流传感器安装热流传感器热流传感器的选择除了要考虑被测壁面的热流范热流传感器的选择除了要考虑被测壁面的热流范围和测量精度要求外，还考虑传感器围和测量精度要求外，还考虑传感器对壁面形状、对壁面形状、温度、传热状态温度、传热状态的的适应性适应性v管道和非平壁设备表面，应选择管道和非平壁设备表面，应选择可挠式可挠式传感器传感器v无保温的冷、热水管道和设备，应选择无保温的冷、热水