建筑環(huán)境測試技術第七章

第7章熱量測量熱量與溫度一樣，是熱學中最基本的物理量。熱量的測量，目前采用兩種方法測量。采用熱阻式或輻射式熱流計測量單位時間內(nèi)通過單位面積的熱量（熱流密度），然后求得通過一定面積的熱量；采用熱量表，測量在一段時間內(nèi)通過設備（用戶）的流體輸送的熱量。第一節(jié)熱流密度的測量一、熱阻式熱流傳感器的工作原理當熱流通過平板或平壁時，由于平板具有熱阻,在其厚度方向上的溫度梯度為衰減過程，故平板兩側具有溫差。利用溫差與熱流量之間的對應關系進行熱流量的測量。q根據(jù)傅立葉定律可以得到通過熱流傳感器的熱流密度為垂直于等溫面方向的溫度梯度熱流傳感器材料的導熱系數(shù)若熱流傳感器的兩側平行壁面各保持均勻穩(wěn)定的溫度t和t+△t，熱流傳感器的高度與寬度遠大于其厚度，則可以認為沿高與寬兩個方向溫度沒有變化，而僅沿厚度方向變化，所以可簡化為一維導熱問題。負號表示熱流密度方向與溫度梯度方向相反結論：如果熱流傳感器材料和幾何尺寸確定，那么只要測出熱流傳感器兩側的溫差，即可得到熱流密度。被測壁面熱流計qT1T3T2未加裝傳感器時，在穩(wěn)定熱狀態(tài)下，通過被測平壁的熱流量為加裝熱流傳感器后，由于增加了輔助層，通過被測壁面的熱流量發(fā)生了變化，其熱流量為若滿足則傳熱工況不受影響如果用熱電偶測量溫差△t，并且所用熱電偶在被測溫度變化范圍內(nèi)，其熱電勢與溫度成線性關系時，其輸出熱電勢與溫差成正比，這樣通過熱流傳感器的熱流為C——熱流傳感器系數(shù)；Cˊ——熱電偶系數(shù)；δ——熱流傳感器厚度；E——熱電勢。C的物理意義：當熱流傳感器有單位熱電勢輸出時，垂直通過它的熱流密度。當和Cˊ值不受溫度影響為定值時，C為常數(shù)；當溫度變化幅度較大，和Cˊ不是定值，而是溫度的函數(shù)時，C就不是常數(shù)，而將是溫度的函數(shù)。根據(jù)值的大小，熱流傳感器有高熱阻型和低阻型之分。值大的是高熱阻型，值小的是低熱阻型。高熱阻型熱流傳感器易于提高測量精度及用于小熱流量測量。但是由于高熱阻型熱流傳感器比低熱阻型熱流傳感器熱惰性大，這使得熱流傳感器的反應時間增加。如果在傳熱工況波動較大的場合測定，就會造成較大的測量誤差。平板熱流傳感器是由若干塊10mm×100mm熱電堆片鑲嵌于一塊邊框中制成。邊框尺寸一般為130mm×130mm左右，材料是厚1mm左右的環(huán)氧樹脂玻璃纖維板。熱電堆片是由很多對熱電偶串聯(lián)繞在基板上組成。用于常溫下測量的熱流傳感器，基板為層壓板；用于高溫下測量的熱流傳感器，基板為陶瓷片。由于采用串聯(lián)連接，總熱電勢等于各分電勢疊加。雖然基板兩面溫差△t很小，但也會產(chǎn)生足夠大的熱電勢。結構熱流傳感器產(chǎn)生熱電勢測量采用電位差計、動圈式毫伏表以及數(shù)字式電壓表進行測量，然后用標定曲線或經(jīng)驗公式計算出熱流密度。成套的熱流測試儀表開始在國內(nèi)應用。指針的熱流指示儀表數(shù)字式的熱流指示儀表

多點式熱流計測定項目:熱流和溫度。測定范圍:熱流:0-±99999W/m2或kcal/m2h。溫度:K型熱電偶-200-1200°C。溫度:T型熱電偶-200-400°C。產(chǎn)品型號:HFM-215產(chǎn)品展商:鴻盛科儀有限公司1.便于攜帶和數(shù)據(jù)處理，體積小且重量輕2.5.5英吋彩色顯示屏幕，可顯示熱流圖型、棒狀圖型、數(shù)字顯示等。3.六個頻道的測定，可儲存每一秒循環(huán)之數(shù)據(jù)，共27個小時。4.數(shù)據(jù)可儲存在內(nèi)藏式3.5吋軟盤中。5.可通過標準的網(wǎng)絡功能儲存數(shù)據(jù)。6.具有網(wǎng)絡卡和收發(fā)電子郵件功能。7.包含充電電池和AC電源。特點產(chǎn)品名稱:便攜式熱流計產(chǎn)品型號:HFM-201測定項目:熱流和溫度。測定范圍:熱流:0-±9999W/m2或kcal/m2h。溫度:K型熱電偶-99.9-999.9°C。T型熱電偶-199.9-400°C1.熱流值和溫度可切換顯示。2.溫度感應器可切換成鉻-鋁熱電偶或銅-銅鎳電偶。3.包含TR-B熱流感應器。4.可儲存20組數(shù)據(jù)檔案，總共100個數(shù)據(jù)。5.二種電源供應方式:干電池或AC電源。6.標準配件RS-232C界面。7.包括攜帶式外箱。8.可選購打印機。特點：二、熱流傳感器的標定組成熱流傳感器的熱電堆的材質(zhì)、加工工藝等都會影響熱流傳感器系數(shù)C，因此每個熱流傳感器都必須分別標定。嚴格地說，熱流傳感器系數(shù)C對于給定的熱流傳感器不是一個常數(shù)，而是工作溫度的函數(shù)。但對于在常溫范圍內(nèi)工作的熱流傳感器，標定的C值實際上可視為儀器常量，對測量不會造成很大誤差。但用于測量冷庫壁面熱流時，要注意工作溫度已遠離標定時常溫，實際的C值會低于原標定值，而且工作條件也有變化，以及將出現(xiàn)結露等復雜情況。如果不重新標定，就會造成較大的測量誤差。熱流傳感器的標定方法有多種，常用的標定方法有平板直接法、平板比較法和單向平板法。平板直接法兩個熱流傳感器分別放在主熱板兩側，再放上兩塊絕熱緩沖塊，外側再用冷板夾緊。中心熱板用穩(wěn)定的直流加熱，冷板是一恒溫水套主熱板熱流傳感器保溫板冷板熱電偶平板直接法根據(jù)不同的工況確定中心加熱功率和恒溫水的溫度，調(diào)整保護圈加熱器的加熱功率，使保護圈表面均熱板的溫度和中心均熱板表面的溫度一致，從而就在熱板和冷板之間建立起一個垂直于冷、熱板面（也垂直于熱流計）的穩(wěn)定的一維熱流場。主熱板熱流傳感器保溫板冷板熱電偶主加熱器所發(fā)出的熱流均勻垂直地通過熱流傳感器，熱流密度可由下式求得q——熱流密度，W/m2；R——中心熱板的加熱電阻，Ω；F——中心熱板的面積，m2；I——通過加熱器的電流，A。在標定時，應保證冷、熱板之間溫差大于10℃。進入穩(wěn)定狀態(tài)后，每隔30min連續(xù)測量熱流計和緩沖板兩側溫差、輸出電勢及熱流密度。4次測量結果的偏差小于1％，且不是單方向變化時，標定結束。在相同溫度下，每塊熱流傳感器至少應標定兩次（第二次標定時，兩塊熱流傳感器的位置就互換），取兩次平均值作為該溫度下熱流傳感器標定系數(shù)。例：T3T1T2T4T1T2T3T4P=I2RQ=P/2AE1E262.6562.7060.860.83.25410.53.0613.125解：當有同理可求C2三、熱阻式熱流計的安裝熱流傳感器的安裝有三種方法：埋入式、表面粘貼式和空間輻射式。埋入式和表面粘貼式是熱阻式熱流傳感器常用的兩種安裝方法。被測物體表面的放熱狀況與許多因素有關，被測物體的散熱熱流密度與熱測點的幾何位置有關。對于水平安裝的有均勻保溫層圓形管道，一般選在截面上與管道水平中心線夾角約為45°和135°處。熱流傳感器表面為等溫面，安裝時應盡量避開溫度異常點。熱流傳感器表面應與所測壁面緊密接觸，不得有空隙并盡可能與所測壁面平齊。為此常采用膠液、石膏、黃油、凡士林等粘貼熱流傳感器。有條件時，應盡量采用埋入式安裝。根據(jù)儀表的量程范圍，允許使用溫度、傳感器的類型、尺寸、內(nèi)阻等有關參數(shù)進行選擇熱流傳感器的選擇三、熱阻式熱流計的使用誤差分析熱阻式熱流計的誤差與熱流傳感器熱阻、熱流傳感器的響應時間和使用環(huán)境有關。熱流傳感器的熱阻的影響熱阻式熱流傳感器無論是采用粘貼式還是采用埋入式安裝方式，均會破壞原有熱阻層的傳熱狀態(tài)，都將改變原有熱阻層的熱阻值。其主要原因是熱流傳感器材料的導熱系數(shù)與被測熱阻層材料的導熱系數(shù)不一致及被測熱阻層厚度的有所改變。由于熱流傳感器本身是一塊具有有限大面積和一定厚度的物體，它引起的傳熱變化是一個很復雜的三維傳熱問題。但為了使問題簡化，不難理解當被測熱阻層導熱系數(shù)與熱流傳感器材料導熱系數(shù)相差不大時，或者熱流傳感器的厚度相對被測熱阻層厚度很小時，用一維傳熱的計算方法來估計測量誤差，還是相當準確的。未安裝熱流傳感器時，通過熱阻層的熱流密度為式中t1、t2——熱阻層兩側的溫度；——熱阻層兩側的對流換熱系數(shù)；——熱阻層的導熱系數(shù)；——熱阻層的厚度在安裝熱流傳感器時，不管采用埋入式還是采用粘貼式，總要使用一些黏結劑等材料，在熱流傳感器與被測熱阻層之間產(chǎn)生一定的接觸熱阻。這樣熱流傳感器本身以及所產(chǎn)生的接觸熱阻，都會影響熱阻層原有的傳熱情況。粘貼式：埋入式：如果知道各參數(shù)的具體值，就可以計算粘貼式或埋入式安裝熱流傳感器后的熱流密度，以及相對誤差。被測熱阻層導熱系數(shù)越小、越厚，安裝熱流傳感器時熱阻引起的誤差越??；在其他測量條件完全相同情況下，埋入式比粘貼式安裝熱流傳感器引起的誤差小一些。熱流傳感器的響應時間當熱流計用來監(jiān)視熱工設備運行時，熱流傳感器處于長期工作狀態(tài)，采用埋入式安裝，測量過程可以看成是個穩(wěn)定過程。對于粘貼式安裝的熱流傳感器來說，是在測量熱流密度時在被測表面上突然加了一層熱阻，這樣就破壞了原來壁面的傳熱情況，傳感器和被測熱阻層都要經(jīng)過一個熱量傳遞的過渡過程后才能達到穩(wěn)定。所以采用粘貼式安裝的熱流傳感器測量熱流密度時，必須在熱量傳遞的過渡過程結束后才能讀數(shù)?；蛘哒f，在測量條件不變的情況下，儀表指示值穩(wěn)定時讀數(shù)。否則，會造成讀數(shù)誤差，動態(tài)值誤認為是穩(wěn)態(tài)值。特別是某些需要較長時間才能穩(wěn)定的情況，判斷是否達到穩(wěn)定狀態(tài)是十分必要的。對流和輻射引起的誤差對流換熱系數(shù)的變化也會引起一定的誤差。但由于對流換熱熱阻遠小于保溫層熱阻，因此對于測量引起的誤差很小。輻射對測量過程的影響是由于熱流傳感器與被測表面的輻射系數(shù)的差別及外界輻射變化兩方面所造成的?！纠磕忱渌窆艿?，管壁溫度為10℃，保溫層處空氣溫度為30℃，原保溫層表面黑度為0.1，空氣對流換熱系數(shù)為10W/(m2K)，熱流傳感器表面的黑度為0.9，計算使用熱流計時，由于輻射系數(shù)差別所造成的誤差。【解】未貼熱流傳感器時散出的熱流密度為貼熱流傳感器時散出的熱流密度為相對誤差圓盤式輻射熱流計用于測量純輻射熱量熱輻射強度照射在康銅制成的圓盤上，圓盤緊密安裝在紫銅塊上，紫銅塊用水冷卻以保持固定溫度。圓盤接收輻射熱后溫度上升，向紫銅塊傳熱。忽略圓盤的軸向熱損失，圓盤接收到的輻射熱全部以導熱方式從側面?zhèn)鹘o紫銅塊。處于穩(wěn)態(tài)時，有r:圓盤半徑方向變量邊界條件：第二節(jié)熱量的測量一、熱水熱量測量原理熱水吸收或放出的熱量，與熱水流量和供回水焓差有關，它們之間的關系為Q——流體吸收或放出的熱量，W；qv——通過流體的體積流量，；——流體的密度，；h1,h2——流進、流出流體的焓，J/kg。由熱力學知識可知，熱水的焓值為溫度的函數(shù)，因此只要測得供回水溫度和熱水流量，即可得到熱水吸收（放出）的熱量。熱水熱量計量儀表，就是基于這個原理測量熱水熱量的。二、熱水熱量測量儀表的構造熱量表由流量傳感器、溫度傳感器和計算器組成。流量傳感器，主要有兩種：一種為超聲波流量傳感器，一種為遠傳機械熱水表。溫度傳感器一般為鉑電阻或熱敏電阻，為減少導線電阻對測量精度的影響，多采用Pt1000或Pt500的鉑電阻。早期的計算器體積較大，計算精度不是很高。自20世紀80年代以后，計算器開始采用微處理器芯片，使儀表體積變小、計算精度提高。干式熱水表的葉輪和表頭之間有一層隔離板，將熱水和外界分隔開。葉輪上下有一對耦合磁鐵，當熱水流過熱水表時，葉輪上的耦合磁鐵A隨水表的葉輪一起轉(zhuǎn)動。通過磁耦合作用，帶動耦合磁鐵B同步轉(zhuǎn)動。耦合磁鐵B的轉(zhuǎn)動帶動了齒輪組的轉(zhuǎn)動。在齒輪組上帶有10L或1L指針的齒輪上裝有一小塊磁鐵C。該磁鐵通過齒輪組的轉(zhuǎn)動與耦合磁鐵B一起轉(zhuǎn)動。在磁鐵C的上部（側面）安裝一個干簧管。當磁鐵C通過時，干簧管吸合；當磁鐵C離開時，干簧管打開。這樣輸出一個脈沖信號，就代表10L（1L）熱水流量。輸出的脈沖信號送至計算器，測得的給回水溫度信號也送至計算器。計算器按照公式進行熱量計算，并將計算結果進行存儲和顯示。三、熱量表的標定分量標定將流量傳感器、溫度傳感器和計算器分別進行標定，各分量的準確度等級和最大允許相對誤差應達到規(guī)定的技術指標。總量標定整體表按熱量標定，其準確度等級和最大允許相對誤差應達到規(guī)定的技術指標。BCLR熱量表BCLR熱量表型

號單位BCLR-15BCLR-20BCLR-25BCLR-32