安徽建筑工程学院建筑环境测试技术8

第8章：热量测量•授课课时：1•主要内容：热量的测量意义及概述。热量的测量方法，热量测量仪表的分类结构特点及工作原理：热阻式热流计，热水热量测量仪表，蒸汽热量测量仪表。热量测量在建筑环境与设备专业的意义，各类热量测量仪表的测量原理，工程设计中热量测量仪表选择和应用。重点和难点:•重点：热量测量在建筑环境与设备专业的意义，各类热量测量仪表的测量原理，工程设计中热量测量仪表选择、应用和安装。•难点：各类热量测量仪表的测量原理，工程设计中热量测量仪表选择、应用和安装。主要章节•8.1热阻式热流计•8.2热量及冷量的测量概述•采用热阻式或辐射式热流计：测量单位时间内通过单位面积的热量（热流密度），然后求得通过一定面积的热量；•采用热量表：测量在一段时间内通过设备（用户）的流体输送的热量。1.热阻式热流传感器的工作原理当壁体上有传热存在时，紧贴在壁面上的薄板传感器上形成一维导热，传感器两侧表面上产生温度梯度，通过将这一温度梯度转换为电信号，并根据传感器的导热特性，利用傅立叶定律可计算出通过传感器的导热量。当传感器很相对与传热壁体很薄时，通过传感器的导热量可以认为等于被测表面的热量。tqtCECECEq+测头系数（C）：当传感器有单位热电势输出时，垂直通过它的热流密度8.1热阻式热流计按热阻值：高热阻型：精度高，附加热阻和时间延迟大，适用厚壁稳态热流测量；低热阻型：反应灵敏，测温误差相对误差大，适合于动态热流测量。•按测温方式：热电偶（热电堆）和热电阻（或热敏电阻）。•按力学性能：硬平板式和可挠式。2.热阻式流传传感器类型：图8.1.1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-引线柱图8.1.2热电堆片示意图1-芯板2-热电偶接点3-热电极材料A4-热电极材料B1-热阻层；2-薄膜热电阻；3、4-热电极连线热电阻热流传感器1-热阻层；2-薄膜热电阻热电阻热流传感器硬平板式可挠式1-埋入式；2-表面粘贴式；3-空间辐射式3.热阻式流传热流传感器的校准1）平板直接法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。计算热流密度为：FIRq22根据计算热流密度和热流计的输出电势标定测头系数。图8.1.3平板直接法原理图(a)双试件(b)单试件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（t1、t2）I-热流传感器表面热电偶（t3、t4）J-冷板表面热电偶（t5、t6）K-热板与背保护板表面温差热电偶M-保温材料标定过程应保证冷、热板之间温差大于10℃；传热稳定后，每30min连续4次测量热流计和热电偶输出电势及热流密度；4次测量结果的偏差小于1%，且不是单方向变化时，一次标定结束；在相同温度下，两块热流传感器的位置应互换后再次标定，取两次平均值作为该温度下热流传感器标定系数。2）平板比较法原理及构成标定装置包括热板、冷板和测量系统。除了使中心计量热板A和保护热板B的温度相等，而且还要使A底部的温度和背保护板下的温度相等，因此中心计量热板的热量不能向周围及底部损失，惟一可传递的方向是通过热流传感器，保证了一维稳定热流的条件。标定过程：同平板直接法D1、D2、D3—热流传感器；G—橡皮板；其余同平板直接法FIRq22CECEq图8.1.4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2）平板比较法标定装置包括热板、冷板和测量系统。把待标定的感器与标准的热流传感器以及绝热材料做成的缓冲块一起放在表面温度保持稳定均匀的热板和冷板之间，热板和冷板温度可控。利用标准热流传感器测定的系数C1、C2和输出电势E1、E2，就可以求出热流密度q，从而可确定被标定的热流传感器的系数CB。标定过程：同平板直接法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EECECEqCB222113.热阻式热流计的安装•热流传感器的安装方法：埋入式、表面粘贴式和空间辐射式。图8.1.5热流传感器的安装方法图8.1.6圆形截面管道保温层的表面放热状况1-埋入式2-表面粘帖式3-空间辐射式图8.1.7热流传感器在壁面和管道上的安装方法1-平板热流传感器2-被测物体表面3-可挠型热流传感器4-保温层5-管道8.2热量及冷量的测量1.热水热量测量原理热水吸收或放出的热量，与热水流量和供回水焓差有关，它们之间的关系式可用式2.热量表的工作原理dhhqQV)(21W•干式热水表的叶轮和表头之间有一层隔离板，将热水和外界分隔开。叶轮上下有一对耦合磁铁，当热水流过热水表时，叶轮上的耦合磁铁A随水表的叶轮一起转动。通过磁耦合作用，带动耦合磁铁B同步转动。耦合磁铁B的转动带动了齿轮组的转动。在齿轮组上带有10L或1L指针的齿轮上装有一小块磁铁C。该磁铁通过齿轮组的转动与耦合磁铁B一起转动。在磁铁C的上下部安装一个干簧管。当磁铁C通过时，干簧管吸合；当磁铁C离开时，干簧管打开。这样输出一个脉冲信号，就代表10L（1L）热水流量。输出的脉冲信号送至计算器，测得的给回水温度信号也送至计算器。计算器按照式（8-17）进行热量计算，并将计算结果进行存储和显示。2.热量表的构造•叶轮•一对耦合磁铁•隔离板•齿轮•磁铁•干簧管•流量表•输出脉冲信号线路•供、回温度计•计算器•存储器•显示器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图8.2.1热量表工作原理1-叶轮2-耦合磁铁A3-隔离板4-耦合磁铁B5-磁铁C6-干簧管3.热量表的标定及应用热量表的安装要分别满足流量和温度传感器的安装要求，积分仪要安装在通风良好，便于观察的位置。热量测量仪表的周期维护时间一般为5~6年，即在使用5~6年后，需将仪表拆下来进行标定。如果需要，还可进行适当的维护以保证仪表的精度。思考题1、绘图表示热水热量指示积算仪的组成，并简述其工作原理。课后小结：•通过本章学习同学们掌握热量的测量方法，热量测量仪表的分类、结构特点及工作原理，热阻式热流计，热水热量测量仪表，蒸汽热量测量仪表的工作原理，选用方法。