8-热量测量.ppt

* * 8. 热流量测量 一、热流计的工作原理 二、热流密度的测量 三、热量的测量 一、热流计的工作原理 热阻式热流测头是广泛采用的一种热流测头，这种热流测头可用来测量以导热方式传递的热流密度，有热流通过热流测头时，测头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测头的热流密度，热流密度的方向与等温面是垂直的，通过热流测头的热流密度可用下式表示： 若温度为T和T+△T的两个等温面平行时，则有： 3.3 热量测量 如果热流测头材料和几何尺寸确定，那么只要测出测头两侧的温差，即可得到热流密度。 根据使用条件,选择不同的材料做热阻层,以不同的方式测量温差,就能做成各种不同结构的热阻式热流测头。 平板式热流测头是目前使用最广泛的热阻式热流测头，其结构如图所示。 平板式热流测头输出的热电势与通过热流测头的热流密度用下式表示： 测头系数是热阻式热流测头的重要参数，其值与测头的材料结构、几何尺寸、热电特性等有关。值的大小反映了热流测头的灵敏度，值越小测头灵敏度越高，反之，测头灵敏度越低，因此有的文献把值的倒数称为测头的灵敏度。热阻式两侧的温差除了能用平板式热流测头测量外，还可以用差动连接的热电阻测量。热阻式热流测头只需要较小的温度梯度就可以产生较大的输出信号，这对于测量较小热流密度的传热过程是有利的。 平板式热流测头 热阻式热流测头能够测量几W／m2到几万W／m2的热流密度。 表面接触式安装的测头使用温度一般在200℃以内，特殊结构的测头可以测到500～700℃。 热阻式热流测头反应时间一般较长，随热阻层的性能和厚度不同，反应时间从几秒到几十分钟或更长，可见这类测头比较适合变化缓慢的或稳定的热流测量。 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。 3.3 热量测量 WY-1型指针式热流 显示仪表 1-调零旋钮；2-电源开关； 3-测头插口；4-正反状态开关；5-量程转换开关； 6-工作状态开关 2、数字式热流显示仪表 数字式热流显示仪主要是解决弱小信号的放大和显示问题，尤其是在测量较小的热流量时，传感器输出信号可能低于1mv，需要经过放大才能显示，这就需要低漂移的精度高的仪表放大器。 热流的测量往往是在现场进行的，使用体积较大的仪表，或者在现场布置很多导线都是不便的，因此，这类仪表大多数是便携式的。 数字式热流显示仪附有测温部分。它采用铜—康铜或镍铬—镍硅热电偶测温，热电偶接点装在热流传感器内部，在测量热流的同时也测出温度的数值。由于传感器很薄，测出的温度与表面温度很接近，因此就可以认为是表面温度。镍铬—镍硅热电偶的线性度很好，使用这种热电偶可以得到较好的测温精度。 为了补偿热电偶冷接点的温度，采用了不平衡电桥作为自动冷接点信号补偿器。把热电偶的热电势和补偿器的信号串连后送入前置放大器及数字显示部分，选择适当的放大倍数，就可以直接显示出温度数值。 数字式热流显示仪采用9V积层电池供电，工作电流很小，一般可连续使用较长的时间。 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。 热流测头的选用 热流测头应尽量薄，热阻要尽量小，被测物体的热阻应该比测头热阻大得多。 被测物体为平面时采用板式测头，被测物体为弯曲面时采用可挠式测头。可挠式测头弯曲过度也会对其标定系数有一定影响，因此测头弯曲半径不应小于50mm。 另外，辐射系数对热流密度的测量也有影响，所以应采取涂色、贴箔等方法，使测头表面与被测物体表面辐射系数趋于一致。 热流测头的安装 被测物体表面的放热状况与许多因素有关，在自然对流的情况下被测物体放热的大小与热流测点的几何位置有关。 对于水平安装的均匀保温层圆形管道，保温层底部散热的热流密度最低，侧面热流密度略高于底部，上部热流密度比下部和侧面均大得多，如图所示。这种情况下，测点应选在管道上部表面与水平夹角约为45°处，此处的热流密度大致等于其截面上的平均值。 在保温层局部受冷受热或者受室外气温、风速、日照等因素影响时，热流密度在管道截面上的分布更加复杂，测点应选在能反映管道截面上平均热流密度的位置，最好在同一截面上选几个有代表性的位置进行测量