熱流計(jì)(HeatFlowMeter,HeatFluxMeter)也稱熱通量計(jì),熱流儀,其全稱是熱流密度計(jì)。
熱流計(jì)是熱能轉(zhuǎn)移過程的量化檢測(cè)儀器,是用于測(cè)量熱傳遞過程中熱遷移量的大小、評(píng)價(jià)熱傳遞性能的重要工具。既熱流(密度)的大小表征熱量轉(zhuǎn)移的程度。換句話說,熱流計(jì)是測(cè)量在不同物質(zhì)間熱量傳遞大小和方向的儀器。
熱流計(jì)須滿足對(duì)熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射的單獨(dú)測(cè)量或上述兩者或三者的綜合測(cè)量。
由熱流傳感器、顯示儀表及聯(lián)接導(dǎo)線組成。顯示儀表可以是數(shù)字電壓表,也可以是數(shù)據(jù)記錄儀或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
熱傳導(dǎo)測(cè)試:
這是熱流計(jì)最常用的一種應(yīng)用,主要是對(duì)各種設(shè)備的保溫性能測(cè)試,包括各種工業(yè)爐窯、熱力輸送管道、建筑物、冷庫(kù)、紡織物和服裝、人員輸送工具(客車、客輪、客機(jī)等)、暖棚等,地?zé)岷屯寥罒崃鞯臏y(cè)試,制造熱流法熱導(dǎo)率測(cè)試設(shè)備等等。
對(duì)于各種工業(yè)爐窯、熱力輸送管道、建筑物、冷庫(kù)等的保溫性能測(cè)試,通常被稱為節(jié)能監(jiān)測(cè)(節(jié)能檢測(cè)或節(jié)能測(cè)試),對(duì)于此類測(cè)試我國(guó)已有相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),如GB/T4272-2008設(shè)備及管道保溫技術(shù)通則,GB/T8174-2008設(shè)備及管道保溫效果的測(cè)試與評(píng)價(jià),GB/T10295-2008絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測(cè)定-熱流計(jì),GB/T17357-2008設(shè)備及管道絕熱層表面熱損失現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定-熱流計(jì)法和表面溫度法。。
熱輻射測(cè)試:
包括輻射加熱源,陽(yáng)光輻射強(qiáng)度和太陽(yáng)能設(shè)備,火災(zāi)的發(fā)生和防護(hù),火藥、炸藥、推進(jìn)劑的熱強(qiáng)度和熱分布,各種燃燒室的熱強(qiáng)度和熱分布,人工環(huán)境的熱舒適測(cè)試和控制,高溫風(fēng)洞試驗(yàn),等等。
在此類測(cè)試中有些項(xiàng)目可以需要考慮同時(shí)進(jìn)行熱對(duì)流的測(cè)試,此類測(cè)試有些也有相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),如:GB/T11785-2005等。
熱對(duì)流的測(cè)試:
強(qiáng)制對(duì)流換熱設(shè)備的測(cè)試等。
緊密粘貼或使用導(dǎo)熱硅脂
熱流傳感器與被測(cè)物粘貼的緊密程度,對(duì)熱流的穩(wěn)定時(shí)間有著非常大的影響。粘貼越緊密,穩(wěn)定越快,測(cè)量偏差越??;反之,測(cè)量偏差越大。因此,在瞬態(tài)熱流傳感器的使用過程中,要盡量保證熱流熱流傳感器能夠緊密地粘貼被測(cè)物體,這樣才能減少測(cè)量時(shí)間,提高測(cè)量精度。導(dǎo)熱膠(導(dǎo)熱硅脂)的應(yīng)用,為解決這個(gè)問題提供了非常好的條件。
熱流傳感器厚度對(duì)熱流測(cè)量精度的影響:越薄越好
當(dāng)熱流傳感器厚度為0.1mm時(shí),被測(cè)物表面熱流穩(wěn)定非常快,從開始到穩(wěn)定只用了約0.5s的時(shí)間,通過熱流傳感器的熱流值與實(shí)際值相差2.92%。當(dāng)熱流傳感器厚度增加到1mm時(shí),穩(wěn)定時(shí)間達(dá)到了8s,為原來(lái)的16倍,熱流值的偏差達(dá)到了6.26%。這主要是由于熱流傳感器厚度的增加,加大了熱流傳感器引入的熱阻,使通過熱流傳感器的熱流值產(chǎn)生了較大偏移。
熱流傳感器邊長(zhǎng)對(duì)熱流測(cè)量精度的影響:越長(zhǎng)越好,最優(yōu)值20mm~30mm
熱流傳感器邊長(zhǎng)的改變并沒有給熱流的穩(wěn)定時(shí)間造成太大影響,卻給穩(wěn)定值帶來(lái)較大的偏差。邊長(zhǎng)從5mm變成10mm時(shí),穩(wěn)定熱流值減小了8.4%,與實(shí)際值相差6.51%;邊長(zhǎng)從10mm變?yōu)?0mm時(shí),熱流減小了4.3%,與實(shí)際值相差1.94%;邊長(zhǎng)從20mm變?yōu)?0mm時(shí),熱流僅僅減小了0.4%,已經(jīng)和真實(shí)值基本重合。這說明,熱流傳感器邊長(zhǎng)越長(zhǎng),穩(wěn)定值越準(zhǔn)確,且邊長(zhǎng)一定存在著一個(gè)最優(yōu)值。這個(gè)最優(yōu)值既能保證熱流傳感器盡可能小,又能保證所測(cè)熱流的準(zhǔn)確性。從本文的計(jì)算來(lái)看,這個(gè)最優(yōu)值約為20mm。當(dāng)被測(cè)物表面近似認(rèn)為半無(wú)限大時(shí),20mm可能是測(cè)量精度和熱流傳感器尺寸的最佳結(jié)合點(diǎn)。
由于熱流傳感器是熱流計(jì)的一次敏感元件,因此其性能優(yōu)劣決定了熱流計(jì)的性能。所以在選擇熱流計(jì)時(shí),必須注重?zé)崃鱾鞲衅鞯男阅苤笜?biāo)。
熱流計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)包括:
1、熱流量程:
決定了可以測(cè)得的最大熱流值。由所配熱流傳感器的熱流量程和熱流計(jì)主機(jī)的電壓量程決定,越大越好,以滿足更多的測(cè)量需求。
2、熱流分辨率(熱流靈敏度):
決定了可以測(cè)得的最小熱流值。由所配熱流傳感器的靈敏度和熱流計(jì)主機(jī)的電壓靈敏度決定。分辨率越小越好(靈敏度越高越好)。特別是對(duì)于節(jié)能、建筑節(jié)能保溫和其它保溫性能測(cè)試,選擇高靈敏度的熱流計(jì)可以最大程度的適應(yīng)將來(lái)嚴(yán)格的節(jié)能檢測(cè)和節(jié)能監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求,以及保溫性能在日益提升的保溫材料的測(cè)試要求。
3、精度:
由所配熱流傳感器的精度和熱流計(jì)主機(jī)的電壓測(cè)量精度決定。
4、溫度量程:
如果傳感器帶有內(nèi)置的熱電偶。
5、采樣速率:
由所配熱流傳感器的響應(yīng)時(shí)間和熱流計(jì)主機(jī)的采樣速率決定。對(duì)于輻射熱流計(jì)是必須考慮的。
6、其它:如存儲(chǔ)容量,顯示更新速率,通訊接口和軟件等,因此,購(gòu)買者在選擇熱流計(jì)時(shí),必須關(guān)注和仔細(xì)閱讀其熱流傳感器的相關(guān)技術(shù)指標(biāo),以確保購(gòu)買到適合的熱流計(jì)。
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