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1、第8章：热量测量授课课时：授课课时：1主主要要内内容容：热热量量的的测测量量意意义义及及概概述述。热热量量的的测测量量方方法法，热热量量测测量量仪仪表表的的分分类类结结构构特特点点及及工工作作原原理理：热热阻阻式式热热流流计计，热热水水热热量量测测量量仪仪表表，蒸蒸汽汽热热量量测测量量仪仪表表。热热量量测测量量在在建建筑筑环环境境与与设设备备专专业业的的意意义义，各各类类热热量量测测量量仪仪表表的的测测量量原原理理，工工程程设设计计中中热热量量测测量仪表选择和应用。量仪表选择和应用。重点和难点重点和难点: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
2、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：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；度），然后求得通过一定面积的热量；采用热量表：采用热量表：测量在一段时间内通过设备（用户）的流体输送测量在一段时间内通过设备（用户）的流体输送的热量。的热量。1.1.热阻式热流传感器的工作原理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
3、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。+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l按热阻值按热阻值：高热阻型高热阻型：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：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：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：按力学性能：硬平板式和可挠式。2.2.热阻式流传传感器类型：热阻式流传传感器类型
4、：图图8.1.1 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-引线柱引线柱图图8.1.2 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；热阻层；2-薄膜热电阻薄膜热电阻热电阻热流传感器热电阻热流传感器 硬平板式硬平板式 可挠式可挠式 1-1-埋入式；埋入式；2-2-表面粘贴式；表面粘贴式；3-3-空间辐射式空间辐射式3.热阻式流传热流传热阻
5、式流传热流传感器的校准感器的校准1）平板直接法）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：根据计算热流密度和热流计的输出电势标定测头系数。图平板直接法原理图(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l 应保证冷、热板之间温差大于应保证冷、热板之间温差大于1010；l 传热稳定后，每传热稳定后，每30
6、min30 min连续连续4 4次测量热流计和热电偶输出次测量热流计和热电偶输出电势及热流密度；电势及热流密度；l 4 4次测量结果的偏差小于次测量结果的偏差小于1%1%，且不是单方向变化时，一次，且不是单方向变化时，一次标定结束；标定结束；l 在相同温度下，两块热流传感器的位置应互换后再次标在相同温度下，两块热流传感器的位置应互换后再次标定，取两次平均定，取两次平均l 值作为该温度下热流传感器标定系数值作为该温度下热流传感器标定系数。2）平板比较法）平板比较法原理及构成原理及构成标定装置包括热板、冷板和测量系统。标定装置包括热板、冷板和测量系统。除了使中心计量热板除了使中心计量热板A A和保
7、护热板和保护热板B B的温的温度相等，而且还要使度相等，而且还要使A A底部的温度和背保底部的温度和背保护板下的温度相等，因此中心计量热板护板下的温度相等，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。一维稳定热流的条件。标定过程：标定过程：同平板直接法同平板直接法 D1、D2、D3热流传感器；G 橡皮板；其余同平板直接法 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、
8、冷板和测量系统。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，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。利用标准热流传热板和冷板温度可控。利用标准热流传感器测定的系数感器测定的系数C C1 1、C C2 2和输出电势和输出电势E E1 1、E E2 2，就可以求出热流密度，就可以求出热流密度q q，从而可确定被，从而可确定被标定的热流传感器的系数标定的热流传感器的系数C CB B。标定过程：标定过程：同平板直接法同平板直接法A
9、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 3.热阻式热流计的安装热阻式热流计的安装热流传感器的安装方法：埋入式、表面粘贴式和热流传感器的安装方法：埋入式、表面粘贴式和空间辐射式。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-空间辐射式图图8.1.7 热流传感器在壁面和管道上的安装方法热流传感器在壁面和管道上的安装方法1-平板热流传感器平板热流传感器 2-被测物体表面被测物体表面 3-可挠型热流传感器可挠型热流传感器 4-保温层保温层 5-管道管道8.2热量及冷量的测量1.1.热水热量
10、测量原理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们之间的关系式可用式 2.热量表的工作原理热量表的工作原理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，叶轮上的耦合磁铁时，叶轮上的耦合磁铁A A随水表的叶轮一起转动。通过磁随水表的叶轮一起转动。通过磁耦合作用，带动耦合磁铁耦合作用，带动耦合磁铁B B同步转动。耦合磁铁同步转动。耦合磁铁B
11、 B的转动带的转动带动了齿轮组的转动。在齿轮组上带有动了齿轮组的转动。在齿轮组上带有10L10L或或1L1L指针的齿轮指针的齿轮上装有一小块磁铁上装有一小块磁铁C C。该磁铁通过齿轮组的转动与耦合磁。该磁铁通过齿轮组的转动与耦合磁铁铁B B一起转动。在磁铁一起转动。在磁铁C C的上下部安装一个干簧管。当磁铁的上下部安装一个干簧管。当磁铁C C通过时，干簧管吸合；当磁铁通过时，干簧管吸合；当磁铁C C离开时，干簧管打开。这离开时，干簧管打开。这样输出一个脉冲信号，就代表样输出一个脉冲信号，就代表10L10L（1L1L）热水流量。输出）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
12、计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（算器。计算器按照式（8-178-17）进行热量计算，并将计算结）进行热量计算，并将计算结果进行存储和显示。果进行存储和显示。2.热量表的构造热量表的构造叶轮叶轮一对耦合磁铁一对耦合磁铁隔离板隔离板齿轮齿轮磁铁磁铁干簧管干簧管流量表流量表输出脉冲信号线路输出脉冲信号线路供、回温度计供、回温度计计算器计算器存储器存储器显示器显示器图8.2.1 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3.热量表的标定及应用热量表的标定及应用l 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56年，即在使用56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。