建筑环境测试技术教案资料.ppt

建筑环境测试技术被测壁面被测壁面热流计热流计qT1T3T2未加装传感器时，在稳定热未加装传感器时，在稳定热状态下，通过被测平壁的热状态下，通过被测平壁的热流量为流量为加装热流传感器后，由于增加了辅助层，通过被测壁面的热流量发生了变加装热流传感器后，由于增加了辅助层，通过被测壁面的热流量发生了变化，其热流量为化，其热流量为若满足若满足则传热工况不受影响则传热工况不受影响如果用热电偶测量温差如果用热电偶测量温差t，并且所用热电偶在被测温度变化范围内，其，并且所用热电偶在被测温度变化范围内，其热电势与温度成线性关系时，其输出热电势与温差成正比，这样通过热流热电势与温度成线性关系时，其输出热电势与温差成正比，这样通过热流传感器的热流为传感器的热流为 C热流传感器系数；热流传感器系数；C热电偶系数；热电偶系数；热流传感器厚度；热流传感器厚度；E热电势。热电势。C的物理意义：当热流传感器有单位热电势输出时，垂直通过它的热流的物理意义：当热流传感器有单位热电势输出时，垂直通过它的热流密度。密度。当当 和和C值不受温度影响为定值时，值不受温度影响为定值时，C为常数；为常数；当温度变化幅度较大，当温度变化幅度较大，和和C不是定值，而是温度的函数时，不是定值，而是温度的函数时，C就不是就不是常数，而将是温度的函数。常数，而将是温度的函数。根据根据 值的大小，热流传感器有高热阻型和低阻型之分。值的大小，热流传感器有高热阻型和低阻型之分。值大的是值大的是高热阻型高热阻型，值小的是值小的是低热阻型低热阻型。高热阻型热流传感器高热阻型热流传感器易于提高测量精度及用于易于提高测量精度及用于小热流量测量小热流量测量。但是由于高。但是由于高热阻型热流传感器比低热阻型热流传感器热惰性大，这使得热流传感器的热阻型热流传感器比低热阻型热流传感器热惰性大，这使得热流传感器的反应时间增加。如果在传热工况波动较大的场合测定，就会造成较大的测反应时间增加。如果在传热工况波动较大的场合测定，就会造成较大的测量误差。量误差。平板热流传感器是由若干块平板热流传感器是由若干块10mm100mm热热电堆片镶嵌于一块边框中制成。边框尺寸一般电堆片镶嵌于一块边框中制成。边框尺寸一般为为130mm130mm左右，材料是厚左右，材料是厚1mm左右的左右的环氧树脂玻璃纤维板。环氧树脂玻璃纤维板。热电堆热电堆片是由很多对热电偶串联绕在基板上组片是由很多对热电偶串联绕在基板上组成。成。用于用于常温常温下测量的热流传感器，基板为下测量的热流传感器，基板为层压板层压板；用于用于高温高温下测量的热流传感器，基板为下测量的热流传感器，基板为陶瓷片陶瓷片。由于采用由于采用串联连接串联连接，总热电，总热电势等于各分电势叠加。虽然势等于各分电势叠加。虽然基板两面温差基板两面温差t很小，但很小，但也会产生足够大的热电势。也会产生足够大的热电势。结构结构热流传感器产生热电势测量热流传感器产生热电势测量采用电位差计、动圈式毫伏表以及数字式电压表进行测量，然后用标定采用电位差计、动圈式毫伏表以及数字式电压表进行测量，然后用标定曲线或经验公式计算出热流密度。曲线或经验公式计算出热流密度。成套的热流测试仪表开始在国内应用。成套的热流测试仪表开始在国内应用。指针的热流指示仪表指针的热流指示仪表数字式的热流指示仪表数字式的热流指示仪表 多点式热流计多点式热流计测定项目测定项目:热流和温度。热流和温度。测定范围测定范围:热流热流:0-9999 9W/m2:0-9999 9W/m2或或kcal/m2hkcal/m2h。温度温度:K:K型热电偶型热电偶-200-1200C-200-1200C。温度温度:T:T型热电偶型热电偶-200-400C-200-400C。产品型号产品型号:HFM-215:HFM-215产品展商产品展商:鸿盛科仪有限公司鸿盛科仪有限公司1.便于携带和数据处理，体积小且重量轻便于携带和数据处理，体积小且重量轻2.5.5英吋彩色显示屏幕，可显示热流图型、棒状图型、数字显示等。英吋彩色显示屏幕，可显示热流图型、棒状图型、数字显示等。3.六个频道的测定，可储存每一秒循环之数据，共六个频道的测定，可储存每一秒循环之数据，共27个小时。个小时。4.数据可储存在内藏式数据可储存在内藏式3.5吋软盘中。吋软盘中。5.可通过标准的网络功能储存数据。可通过标准的网络功能储存数据。6.具有网络卡和收发电子邮件功能。具有网络卡和收发电子邮件功能。7.包含充电电池和包含充电电池和AC电源。电源。特点特点产品名称产品名称:便携式热流计便携式热流计产品型号产品型号:HFM-201:HFM-201测定项目测定项目:热流和温度。热流和温度。测定范围测定范围:热流热流:0-9999W/m2:0-9999W/m2或或kcal/m2hkcal/m2h。温度温度:K:K型热电偶型热电偶-99.9-999.9C-99.9-999.9C。T T型热电偶型热电偶-199.9-400C -199.9-400C 1.热流值和温度可切换显示。热流值和温度可切换显示。2.温度感应器可切换成铬温度感应器可切换成铬-铝热电偶或铜铝热电偶或铜-铜镍电偶。铜镍电偶。3.包含包含TR-B热流感应器。热流感应器。4.可储存可储存20组数据档案，总共组数据档案，总共100个数据。个数据。5.二种电源供应方式二种电源供应方式:干电池或干电池或AC电源。电源。6.标准配件标准配件RS-232C界面。界面。7.包括携带式外箱。包括携带式外箱。8.可选购打印机。可选购打印机。特点特点：二、热流传感器的标定二、热流传感器的标定组成热流传感器的热电堆的材质、加工工艺等都会影响热流传组成热流传感器的热电堆的材质、加工工艺等都会影响热流传感器系数感器系数C，因此每个热流传感器都必须分别标定。，因此每个热流传感器都必须分别标定。严格地说，热流传感器系数严格地说，热流传感器系数C对于给定的热流传感器不是一个常对于给定的热流传感器不是一个常数，而是工作温度的函数。但对于在常温范围内工作的热流传数，而是工作温度的函数。但对于在常温范围内工作的热流传感器，标定的感器，标定的C值实际上可视为仪器常量，对测量不会造成很大值实际上可视为仪器常量，对测量不会造成很大误差。误差。但用于测量冷库壁面热流时，要注意工作温度已远离标定时常但用于测量冷库壁面热流时，要注意工作温度已远离标定时常温，实际的温，实际的C值会低于原标定值，而且工作条件也有变化，以及值会低于原标定值，而且工作条件也有变化，以及将出现结露等复杂情况。如果不重新标定，就会造成较大的测将出现结露等复杂情况。如果不重新标定，就会造成较大的测量误差。量误差。热流传感器的标定方法有多种，热流传感器的标定方法有多种，常用的标定方法有平板直接法、常用的标定方法有平板直接法、平板比较法和单向平板法。平板比较法和单向平板法。平板直接法平板直接法两个热流传感器分两个热流传感器分别放在主热板两侧，别放在主热板两侧，再放上两块绝热缓再放上两块绝热缓冲块，外侧再用冷冲块，外侧再用冷板夹紧。中心热板板夹紧。中心热板用稳定的直流加热，用稳定的直流加热，冷板是一恒温水套冷板是一恒温水套 主热板主热板热流传感器热流传感器保温板保温板冷板冷板热电偶热电偶平板直接法平板直接法根据不同的工况确定中根据不同的工况确定中心加热功率和恒温水的心加热功率和恒温水的温度，调整保护圈加热温度，调整保护圈加热器的加热功率，使保护器的加热功率，使保护圈表面均热板的温度和圈表面均热板的温度和中心均热板表面的温度中心均热板表面的温度一致，从而就在热板和一致，从而就在热板和冷板之间建立起一个垂冷板之间建立起一个垂直于冷、热板面（也垂直于冷、热板面（也垂直于热流计）的稳定的直于热流计）的稳定的一维热流场。一维热流场。主热板主热板热流传感器热流传感器保温板保温板冷板冷板热电偶热电偶主加热器所发出的热流均匀垂直地通过热流传感器，热流密度主加热器所发出的热流均匀垂直地通过热流传感器，热流密度可由下式求得可由下式求得qq热流密度，热流密度，W/mW/m2 2；R R中心热板的加热电阻，中心热板的加热电阻，；FF中心热板的面积，中心热板的面积，m m2 2；II通过加热器的电流，通过加热器的电流，A A。在标定时，应保证冷、热板之间温差大于在标定时，应保证冷、热板之间温差大于10。进入稳定。进入稳定状态后，每隔状态后，每隔30min连续测量热流计和缓冲板两侧温差、输连续测量热流计和缓冲板两侧温差、输出电势及热流密度。出电势及热流密度。4次测量结果的偏差小于次测量结果的偏差小于1，且不是，且不是单方向变化时，标定结束。在相同温度下，每块热流传感单方向变化时，标定结束。在相同温度下，每块热流传感器至少应标定两次（第二次标定时，两块热流传感器的位器至少应标定两次（第二次标定时，两块热流传感器的位置就互换），取两次平均值作为该温度下热流传感器标定置就互换），取两次平均值作为该温度下热流传感器标定系数。系数。例：例：T3T1T2T4T1T2T3T4P=I2RQ=P/2AE1E262.6562.7060.860.83.25410.53.0613.125解：解：当当有有同理可求同理可求C2三、热阻式热流计的安装三、热阻式热流计的安装热流传感器的安装有三种方法：热流传感器的安装有三种方法：埋入式、表面粘贴式和空间辐埋入式、表面粘贴式和空间辐射式。射式。埋入式和表面粘贴式是热阻式热流传感器常用的两种安埋入式和表面粘贴式是热阻式热流传感器常用的两种安装方法。装方法。被测物体表面的放热状况与许多因素有关，被测物体表面的放热状况与许多因素有关，被测物体的散热热流密度与热测点的几何位被测物体的散热热流密度与热测点的几何位置有关。置有关。对于水平安装的有均匀保温层圆形管道，对于水平安装的有均匀保温层圆形管道，一般选在截面上与管道水平中心线夹角约为一般选在截面上与管道水平中心线夹角约为45和和135处。处。热流传感器表面为等温面，安装时应尽量热流传感器表面为等温面，安装时应尽量避开温度异常点。避开温度异常点。热流传感器表面应与所测壁面紧密接触，热流传感器表面应与所测壁面紧密接触，不得有空隙并尽可能与所测壁面平齐。为此不得有空隙并尽可能与所测壁面平齐。为此常采用胶液、石膏、黄油、凡士林等粘贴热常采用胶液、石膏、黄油、凡士林等粘贴热流传感器。流传感器。有条件时，应尽量采用埋入式安装。有条件时，应尽量采用埋入式安装。根据仪表的量程范围，允许使用温度、传感器的类型、尺寸、内阻等有根据仪表的量程范围，允许使用温度、传感器的类型、尺寸、内阻等有关参数进行选择关参数进行选择 热流传感器的选择热流传感器的选择三、热阻式热流计的使用误差分析三、热阻式热流计的使用误差分析热阻式热流计的误差与热阻式热流计的误差与热流传感器热阻热流传感器热阻、热、热流传感器的响应时间流传感器的响应时间和和使用使用环境环境有关。有关。热流传感器的热阻的影响热流传感器的热阻的影响 热阻式热流传感器无论热阻式热流传感器无论是采用粘贴式还是采用是采用粘贴式还是采用埋入式安装方式，均会埋入式安装方式，均会破坏原有热阻层的传热破坏原有热阻层的传热状态，都将改变原有热状态，都将改变原有热阻层的热阻值。其主要阻层的热阻值。其主要原因是热流传感器材料原因是热流传感器材料的导热系数与被测热阻的导热系数与被测热阻层材料的层材料的导热系数不一导热系数不一致致及被测及被测热阻层厚度的热阻层厚度的有所改变有所改变。由于热流传感器本身是一块具有有限大面积和一定厚度的物体，它引起由于热流传感器本身是一块具有有限大面积和一定厚度的物体，它引起的传热变化是一个很复杂的三维传热问题。但为了使问题简化，不难理的传热变化是一个很复杂的三维传热问题。但为了使问题简化，不难理解当被测热阻层导热系数与热流传感器材料导热系数相差不大时，或者解当被测热阻层导热系数与热流传感器材料导热系数相差不大时，或者热流传感器的厚度相对被测热阻层厚度很小时，用一维传热的计算方法热流传感器的厚度相对被测热阻层厚度很小时，用一维传热的计算方法来估计测量误差，还是相当准确的。来估计测量误差，还是相当准确的。未安装热流传感器时，通过热阻层的热流密度为未安装热流传感器时，通过热阻层的热流密度为式中式中 t1、t2热阻层两侧的温度；热阻层两侧的温度；热阻层两侧的对流换热系数；热阻层两侧的对流换热系数；热阻层的导热系数；热阻层的导热系数；热阻层的厚度热阻层的厚度在安装热流传感器时，不管采用在安装热流传感器时，不管采用埋入式还是采用粘贴式，总要使埋入式还是采用粘贴式，总要使用一些黏结剂等材料，在热流传用一些黏结剂等材料，在热流传感器与被测热阻层之间产生一定感器与被测热阻层之间产生一定的接触热阻。这样热流传感器本的接触热阻。这样热流传感器本身以及所产生的接触热阻，都会身以及所产生的接触热阻，都会影响热阻层原有的传热情况。影响热阻层原有的传热情况。粘贴式：粘贴式：埋入式：埋入式：如果知道各参数的具体值，就可以计算粘贴式或埋入式安装热流传感如果知道各参数的具体值，就可以计算粘贴式或埋入式安装热流传感器后的热流密度，以及相对误差。器后的热流密度，以及相对误差。被测热阻层导热系数越小、越厚，安装热流传感器时热阻引起的被测热阻层导热系数越小、越厚，安装热流传感器时热阻引起的误差越小；在其他测量条件完全相同情况下，埋入式比粘贴式安误差越小；在其他测量条件完全相同情况下，埋入式比粘贴式安装热流传感器引起的误差小一些。装热流传感器引起的误差小一些。热流传感器的响应时间热流传感器的响应时间 当热流计用来监视热工设备运行时，热流传感器处于长期工作当热流计用来监视热工设备运行时，热流传感器处于长期工作状态，采用埋入式安装，测量过程可以看成是个稳定过程。对状态，采用埋入式安装，测量过程可以看成是个稳定过程。对于粘贴式安装的热流传感器来说，是在测量热流密度时在被测于粘贴式安装的热流传感器来说，是在测量热流密度时在被测表面上突然加了一层热阻，这样就破坏了原来壁面的传热情况，表面上突然加了一层热阻，这样就破坏了原来壁面的传热情况，传感器和被测热阻层都要经过一个热量传递的过渡过程后才能传感器和被测热阻层都要经过一个热量传递的过渡过程后才能达到稳定。所以达到稳定。所以采用粘贴式安装的热流传感器测量热流密度时，采用粘贴式安装的热流传感器测量热流密度时，必须在热量传递的过渡过程结束后才能读数必须在热量传递的过渡过程结束后才能读数。或者说，在测量。或者说，在测量条件不变的情况下，仪表指示值稳定时读数。否则，会造成读条件不变的情况下，仪表指示值稳定时读数。否则，会造成读数误差，动态值误认为是稳态值。特别是某些需要较长时间才数误差，动态值误认为是稳态值。特别是某些需要较长时间才能稳定的情况，判断是否达到稳定状态是十分必要的。能稳定的情况，判断是否达到稳定状态是十分必要的。对流和辐射引起的误差对流和辐射引起的误差 对流换热系数的变化也会引起一定的误差。但由于对流换热热阻远小对流换热系数的变化也会引起一定的误差。但由于对流换热热阻远小于保温层热阻，因此对于测量引起的误差很小。于保温层热阻，因此对于测量引起的误差很小。辐射对测量过程的影响是由于热流传感器与被测表面的辐射系数的差辐射对测量过程的影响是由于热流传感器与被测表面的辐射系数的差别及外界辐射变化两方面所造成的。别及外界辐射变化两方面所造成的。【例】【例】某冷水保湿管道，管壁温度为某冷水保湿管道，管壁温度为10，保温层处空气温度为，保温层处空气温度为30，原，原保温层表面黑度为保温层表面黑度为0.1，空气对流换热系数为，空气对流换热系数为10W/(m2K)，热流传感器表面，热流传感器表面的黑度为的黑度为0.9，计算使用热流计时，由于辐射系数差别所造成的误差。，计算使用热流计时，由于辐射系数差别所造成的误差。【解】【解】未贴热流传感器时散出的热流密度为未贴热流传感器时散出的热流密度为贴热流传感器时散出的热流密度为贴热流传感器时散出的热流密度为相对误差相对误差圆盘式辐射热流计圆盘式辐射热流计用于测量纯辐射热量用于测量纯辐射热量热辐射强度照射在康铜制成的圆盘上，圆热辐射强度照射在康铜制成的圆盘上，圆盘紧密安装在紫铜块上，紫铜块用水冷却盘紧密安装在紫铜块上，紫铜块用水冷却以保持固定温度。圆盘接收辐射热后温度以保持固定温度。圆盘接收辐射热后温度上升，向紫铜块传热。忽略圆盘的轴向热上升，向紫铜块传热。忽略圆盘的轴向热损失，圆盘接收到的辐射热全部以导热方损失，圆盘接收到的辐射热全部以导热方式从侧面传给紫铜块。处于稳态时，有式从侧面传给紫铜块。处于稳态时，有r:圆盘半径方向变量圆盘半径方向变量边界条件：边界条件：第二节第二节 热量的测量热量的测量一、热水热量测量原理一、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，它们之间的关系为们之间的关系为Q流体吸收或放出的热量，流体吸收或放出的热量，W；qv通过流体的体积流量，；通过流体的体积流量，；流体的密度，；流体的密度，；h1,h2流进、流出流体的焓，流进、流出流体的焓，J/kg。由热力学知识可知，热水的焓值为温度的函数，因此由热力学知识可知，热水的焓值为温度的函数，因此只要测只要测得供回水温度和热水流量，即可得到热水吸收（放出）的热得供回水温度和热水流量，即可得到热水吸收（放出）的热量。量。热水热量计量仪表，就是基于这个原理测量热水热量的。热水热量计量仪表，就是基于这个原理测量热水热量的。二、热水热量测量仪表的构造二、热水热量测量仪表的构造热量表由流量传感器、温度传感器和计算器组成热量表由流量传感器、温度传感器和计算器组成。流量传感器流量传感器，主要有两种：一种为超声波流量传感器，一种，主要有两种：一种为超声波流量传感器，一种为远传机械热水表。为远传机械热水表。温度传感器温度传感器一般为铂电阻或热敏电阻，为减少导线电阻对测一般为铂电阻或热敏电阻，为减少导线电阻对测量精度的影响，多采用量精度的影响，多采用Pt1000或或Pt500的铂电阻。的铂电阻。早期的早期的计算器计算器体积较大，计算精度不是很高。自体积较大，计算精度不是很高。自20世纪世纪80年年代以后，计算器开始采用微处理器芯片，使仪表体积变小、代以后，计算器开始采用微处理器芯片，使仪表体积变小、计算精度提高。计算精度提高。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。通过随水表的叶轮一起转动。通过磁耦合作用，带动耦合磁铁磁耦合作用，带动耦合磁铁B同步转动。耦合磁铁同步转动。耦合磁铁B的转动带动了齿轮组的转动。在的转动带动了齿轮组的转动。在齿轮组上带有齿轮组上带有10L或或1L指针的齿轮上装有一小块磁铁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。该磁铁通过齿轮组的转动与耦合磁铁耦合磁铁B一起转动。在磁铁一起转动。在磁铁C的上部（侧面）安装一个干簧管。当磁铁的上部（侧面）安装一个干簧管。当磁铁C通过时，干通过时，干簧管吸合；当磁铁簧管吸合；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）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。计算器按照公式进行热量计算，并将计算结果进行存储和显示。算器。计算器按照公式进行热量计算，并将计算结果进行存储和显示。三、热量表的标定三、热量表的标定 分量标定分量标定 将流量传感器、温度传感器和计算器分别进行标定，各将流量传感器、温度传感器和计算器分别进行标定，各分量的准确度等级和最大允许相对误差应达到规定的技术指标。分量的准确度等级和最大允许相对误差应达到规定的技术指标。总量标定总量标定 整体表按热量标定，其准确度等级和最大允许相对误差整体表按热量标定，其准确度等级和最大允许相对误差应达到规定的技术指标。应达到规定的技术指标。BCLR热热量量表表BCLR热热量量表表型型号号单单位位BCLR-15BCLR-20BCLR-25BCLR-32BCLR-40流流量量m/h0.6/1.52.53.56.010最大流量最大流量m/h1.2/3.05.071220额定工作压力额定工作压力Mpa1.6温度范围温度范围4-95湿度范围湿度范围%3-90温度分辨率温度分辨率0.03工作环境条件工作环境条件A级级5-55B级级25-55显显示示8位位LCD液晶显示液晶显示电电源源内部锂电池可工作内部锂电池可工作5年以上年以上温度传感器电缆长度温度传感器电缆长度1.5m/3.0m传感器类型传感器类型PT1000配对精度配对精度0.1主要指标主要指标此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢