1、LOGO第十章第十章 熱量測量熱量測量第十章第十章 熱量測量熱量測量概述概述常用熱量測量儀表常用熱量測量儀表 熱量測量儀表的標定熱量測量儀表的標定熱量測量應用實例熱量測量應用實例10.1 10.1 概概 述述主要測量儀器及原理主要測量儀器及原理儀器測量原理應用場合熱阻式熱流計 導熱中的傅立葉原理 測量設備、管道、建筑圍護結構等壁體的導熱量 輻射式熱流計 輻射換熱中的斯蒂芬-波爾茲曼原理 測量高溫物體表面的輻射熱換量 熱量表熱力學中的焓差原理計量流過管道、設備的流體熱量10.2 10.2 常用熱量測量儀表常用熱量測量儀表l熱阻式熱流計熱阻式熱流計 l熱水熱量積算儀熱水熱量積算儀 l蒸汽熱量指標積

2、算儀蒸汽熱量指標積算儀10.2.110.2.1熱阻式熱流計熱阻式熱流計 當壁體上有傳熱存在時，緊貼在壁面上的薄板傳感器上形成一維導熱，傳感器兩側表面上產生溫度梯度，通過將這一溫度梯度轉換為電信號，并根據傳感器的導熱特性，利用傅立葉定律可計算出通過傳感器的導熱量。當傳感器很相對與傳熱壁體很薄時，通過傳感器的導熱量可以認為等于被測表面的熱量。tqtCECECEq+測頭系數（C）：當傳感器有單位熱電勢輸出時，垂直通過它的熱流密度按熱阻值：高熱阻型：精度高，附加熱阻和時間延遲大，適用厚壁穩態熱流測量；低熱阻型：反應靈敏，測溫誤差相對誤差大，適合于動態熱流測量。按測溫方式：熱電偶（熱電堆）和熱電阻（或熱

3、敏電阻）。按力學性能：硬平板式和可撓式 。傳感器類型：傳感器類型：1-熱阻層； 2-薄膜熱電阻；3、4-熱電極連線 熱電阻熱流傳感器1-熱阻層； 2-薄膜熱電阻熱電阻熱流傳感器熱電阻熱流傳感器 硬平板式硬平板式 可撓式可撓式 1-1-埋入式；埋入式；2-2-表面粘貼式；表面粘貼式；3-3-空間輻射式空間輻射式熱流傳感器熱阻、響應時間和使用環境的影響安裝情況安裝情況未安裝未安裝粘貼式安裝粘貼式安裝埋入式安裝埋入式安裝傳感器熱阻傳感器熱阻響應時間響應時間-需要經過一段過渡過程重需要經過一段過渡過程重新穩定新穩定無影響無影響使用環境使用環境傳感器表面特性與原結構傳感器表面特性與原結構不一致，引起表面

4、流換熱不一致，引起表面流換熱和輻射換熱變化和輻射換熱變化無影響無影響212111tt212111Rtt212111Rtt使用誤差分析使用誤差分析原理：熱水吸收或放出的熱量，與熱水流量和供回水焓差有關結構：流量計：主要有機械式、超聲波式和電磁式，計量流過系統體積流量。溫度傳感器：一般為鉑電阻或熱敏電阻，測量系統供回水溫度。計算器：焓差計算和積分運算10.2.2 10.2.2 熱水熱量積算儀熱水熱量積算儀)(21ttcqQpv對上式進行時間積分，可獲得在一段時間內流體吸收或放出的總熱量。放出的總熱量。dttcqQpv)(21類型：類型：根據外觀結構：一體式和組合式根據外觀結構：一體式和組合式根據流

5、量計類型：機械式、超聲波式和電磁式根據流量計類型：機械式、超聲波式和電磁式使用：使用：l 流量計的安裝：流量計的安裝： 應安裝在流動平穩的直管段上應安裝在流動平穩的直管段上 應根據儀表要求水平安裝或垂直安裝應根據儀表要求水平安裝或垂直安裝 應根據儀表要求選擇回水管或供水管應根據儀表要求選擇回水管或供水管 測試流量范圍應與系統流量對應測試流量范圍應與系統流量對應 注意安裝方向注意安裝方向l 溫度傳感器安裝：溫度傳感器安裝： 溫度探頭處于管道中流速最大的位置溫度探頭處于管道中流速最大的位置 應對安裝探頭的地方進行保溫處理應對安裝探頭的地方進行保溫處理 傾斜安裝探頭方向須迎向水流方向，并設保護套內傾

6、斜安裝探頭方向須迎向水流方向，并設保護套內 l 安裝前，應對系統管路進行徹底清洗，以保證管道中沒有污染物和雜質安裝前，應對系統管路進行徹底清洗，以保證管道中沒有污染物和雜質原理：工作原理與熱水熱量指標積算儀相同，也是通過蒸汽的流量、蒸汽與凝水焓差計算熱量的。但過熱蒸汽的焓通過測量蒸汽壓力和溫度求得，飽和蒸汽的焓通過測量蒸汽的溫度求得，蒸汽放熱后形成凝水的焓通過測量凝水溫度求得。實際上由于凝水回收不可靠，有些蒸汽熱量指標積算儀只記入蒸汽的供熱量，而不減去凝水余熱量，則不需測量凝水焓值。10.2.3 10.2.3 蒸汽熱量積算儀蒸汽熱量積算儀 差壓變送器 標準孔板 混飽和蒸汽 混飽和蒸汽 開方器

7、干度設定 熱量運算電路 213位數字顯示 流量系數設定 熱量運算電路 累積熱量 Q 瞬時熱量指示 Q 瞬時流量指示 W 瞬時溫度指示 T 穩壓電源 +5V -5V 220V 蒸汽熱量積算儀蒸汽熱量積算儀10.3 10.3 熱量測量儀表的校正熱量測量儀表的校正 熱流傳感器系數熱流傳感器系數C C受傳感器材質、加工工藝、工作溫度等影響，受傳感器材質、加工工藝、工作溫度等影響，因此每個傳感器都要分別標定。因此每個傳感器都要分別標定。 標定條件：標定條件：建立一個穩定的具有確定方向的一維熱流；建立一個穩定的具有確定方向的一維熱流；熱流密度的大小是可控的。熱流密度的大小是可控的。標定方法：標定方法：平板

8、直接法、平板比較法、單向平板法平板直接法、平板比較法、單向平板法10.3.1 熱阻式熱流計的傳感器標定熱阻式熱流計的傳感器標定平板直接法平板直接法在熱板和冷板之間建立起一個垂直于冷、熱板面（也垂直于熱流計）的穩定的、可調的一維熱流場 。計算熱流密度為：FIRq22根據計算熱流密度和熱流計的輸出電勢標定測頭系數。標定過程標定過程l應保證冷、熱板之間溫差大于10；l 傳熱穩定后，每30 min連續4次測量熱流計和熱電偶輸出電勢及熱流密度；l 4次測量結果的偏差小于1%，且不是單方向變化時，一次標定結束；l 在相同溫度下，兩塊熱流傳感器的位置應互換后再次標定，取兩次平均l值作為該溫度下熱流傳感器標定

9、系數。平板比較法平板比較法標定裝置包括熱板、冷板和測量系統。標定裝置包括熱板、冷板和測量系統。把待標定的感器與標準的熱流傳感器以把待標定的感器與標準的熱流傳感器以及絕熱材料做成的緩沖塊一起放在表面及絕熱材料做成的緩沖塊一起放在表面溫度保持穩定均勻的熱板和冷板之間，溫度保持穩定均勻的熱板和冷板之間，熱板和冷板溫度可控。利用標準熱流傳熱板和冷板溫度可控。利用標準熱流傳感器測定的系數感器測定的系數C C1 1、C C2 2和輸出電勢和輸出電勢E E1 1、E E2 2，就可以求出熱流密度就可以求出熱流密度q q，從而可確定被，從而可確定被標定的熱流傳感器的系數標定的熱流傳感器的系數C CB B。 標

10、定過程：標定過程：同平板直接法同平板直接法A熱板；B待標熱流傳感器；C冷板；E傳感器保護圈；H熱緩沖板；T表面溫度 EECECEqCB22211平板比較法平板比較法原理及構成原理及構成標定裝置包括熱板、冷板和測量系統。標定裝置包括熱板、冷板和測量系統。除了使中心計量熱板除了使中心計量熱板A A和保護熱板和保護熱板B B的溫的溫度相等，而且還要使度相等，而且還要使A A底部的溫度和背底部的溫度和背保護板下的溫度相等，因此中心計量熱保護板下的溫度相等，因此中心計量熱板的熱量不能向周圍及底部損失，惟一板的熱量不能向周圍及底部損失，惟一可傳遞的方向是通過熱流傳感器，保證可傳遞的方向是通過熱流傳感器，保

11、證了一維穩定熱流的條件。了一維穩定熱流的條件。標定過程：標定過程：同平板直接法同平板直接法 D1、D2、D3熱流傳感器；G 橡皮板；其余同平板直接法 FIRq22CECEq檢定方法檢定方法10.3.210.3.2熱水熱量表的檢定熱水熱量表的檢定分項檢定：分別對溫度、流量傳感器分項檢定：分別對溫度、流量傳感器和積算器按相關規程進行獨立檢定，和積算器按相關規程進行獨立檢定，檢定結果按絕對誤差求和的辦法，計檢定結果按絕對誤差求和的辦法，計算得出熱量表的總精度。算得出熱量表的總精度。國家標準國家標準JJG225-2001JJG225-2001熱能表檢定規程熱能表檢定規程是熱量表檢定的依據是熱量表檢定的

12、依據 整體檢定：對處于工作狀態下的熱量表，直接檢定其所顯示的累計熱量值。整體檢定：對處于工作狀態下的熱量表，直接檢定其所顯示的累計熱量值。 整體檢定可采用熱平衡法和比較法。整體檢定可采用熱平衡法和比較法。 熱平衡法：使熱量的真實值與被檢熱量表的顯示值對比。熱平衡法：使熱量的真實值與被檢熱量表的顯示值對比。比較法：比較精度等級更高的標準器與被檢儀表的測量結果，從而評價被檢比較法：比較精度等級更高的標準器與被檢儀表的測量結果，從而評價被檢 儀表的精度儀表的精度 分項檢定示意圖分項檢定示意圖lzQQQQ熱平衡法檢定原理熱平衡法檢定原理1 電源；2 電能表；3水箱； 4 加熱管； 5 溫度傳感器； 6

13、 待檢熱表；7 流量計； 8 散熱裝置； 9 水泵比較法檢定原理比較法檢定原理1 電加熱器； 2 標準溫度計； 3被檢熱表；4 散熱裝置；5 標準流量計； 6 水泵；7 標準積算器l非平壁表面散熱熱流密度與熱流測點的幾何位置有關，應選擇有代表非平壁表面散熱熱流密度與熱流測點的幾何位置有關，應選擇有代表性的位置安裝熱流傳感器。性的位置安裝熱流傳感器。 如：于水平安裝的有均勻保溫層圓形管道，一般選在截面上與管道水如：于水平安裝的有均勻保溫層圓形管道，一般選在截面上與管道水平中心線夾角約為平中心線夾角約為4545和和135135處。處。 l熱流傳感器的選擇除了要考慮被測壁面的熱流范圍和測量精度要求外

14、，熱流傳感器的選擇除了要考慮被測壁面的熱流范圍和測量精度要求外，還考慮傳感器對壁面形狀、溫度、傳熱狀態的適應性。還考慮傳感器對壁面形狀、溫度、傳熱狀態的適應性。 如管道和非平壁設備表面，應選擇可撓式傳感器；如管道和非平壁設備表面，應選擇可撓式傳感器； 無保溫的冷、熱水管道和設備，應選擇耐低溫或耐高溫的傳感器；無保溫的冷、熱水管道和設備，應選擇耐低溫或耐高溫的傳感器； 自身熱阻很小的管道和設備，應選擇熱阻較小的薄型傳感器；自身熱阻很小的管道和設備，應選擇熱阻較小的薄型傳感器； 不穩定傳熱壁面應選擇熱惰性小、響應時間短的低熱阻型傳感器。不穩定傳熱壁面應選擇熱惰性小、響應時間短的低熱阻型傳感器。10

15、.4 10.4 本專業熱量測量的應用本專業熱量測量的應用 10.4.1 10.4.1 建筑設備及管道表面熱流測量建筑設備及管道表面熱流測量l熱流傳感器多選擇高熱阻型平板式；熱流傳感器多選擇高熱阻型平板式；l應將熱流傳感器置于圍護結構平面中心位置；應將熱流傳感器置于圍護結構平面中心位置；l安裝方法以粘貼式為主，若長期檢測，則可采用埋入式；安裝方法以粘貼式為主，若長期檢測，則可采用埋入式；l測量薄壁結構時，傳感器附加熱阻不可忽視，應對測量結果測量薄壁結構時，傳感器附加熱阻不可忽視，應對測量結果進行修正；進行修正；l測量中應將熱流傳感器緊貼壁面，并采用膠液、石膏、黃油、測量中應將熱流傳感器緊貼壁面，

16、并采用膠液、石膏、黃油、凡士林等填充熱流傳感器與壁面之間的間隙，以降低接觸熱凡士林等填充熱流傳感器與壁面之間的間隙，以降低接觸熱阻誤差；阻誤差；l室外測量時，應采取涂色、貼膜等措施，使熱流計表面黑度室外測量時，應采取涂色、貼膜等措施，使熱流計表面黑度與被測壁體黑度接近，防止太陽輻射對表面輻射換熱的影響與被測壁體黑度接近，防止太陽輻射對表面輻射換熱的影響 建筑圍護結構傳熱測量建筑圍護結構傳熱測量實例1 供暖建筑耗熱量指標測試1.測試目的2.檢測對象3.測試方案4.測試結果10.5 10.5 熱量測量的應用實例熱量測量的應用實例LOGO第八章物位測量第八章物位測量物位測量物位測量u概述概述u常用物

17、位測量儀表常用物位測量儀表u差壓式液位計的量程遷移修正差壓式液位計的量程遷移修正u應用事例應用事例物位測量的基本原理物位測量的基本原理物位的概念物位的概念物位：物料在空間的累積高度 液位：容器中介質液面的高低料位：固體塊、散粒狀物質的堆積高度界面：兩種液體介質的分界面 物位測量的基本原理物位測量的基本原理1.力學原理2.波傳播原理3.機械運動原理4.電氣式物位檢測5.射線穿透原理 8.2 常用物位測量儀表常用物位測量儀表浮力式液位測量儀表浮力式液位測量儀表 浮力式液位測量儀表計主要有浮子液位計和浮筒液位計兩種，前者為恒浮力測量，后者為變浮力測量。 恒浮力式液位計是依靠浮標或浮球浮在液體中隨液面

18、變化而升降，以浮標的位置代替液面位置，通過位移轉換機構將浮子的位移反映在標尺上。8.2 常用物位測量儀表常用物位測量儀表)-(0 xxChAgm)-(0 xxChAgm鋼帶浮子式液位計1-浮子；2-鋼繩；3-配重及指針 )-(0 xxChAgm)-(0 xxChAgm浮球式水位控制器結構圖1-浮筒；2-浮球；3-連桿；4-非導磁管；6-磁鋼；5、7上、下限水銀開關；8-調整箱組件8.2.18.2.1浮力式液位測量儀表浮力式液位測量儀表 浮筒式液位計是變浮力液位測量儀表。其液位傳感器由浮筒和彈性元件組成。浮筒一般為圓筒形空心金屬筒，當浮筒的一部分被液體浸沒時，浮筒受的重力、浮力和彈性力形成力平衡

19、。m浮筒質量，kg； A 浮筒橫截面積，； h浮筒浸沒在液體中的長度，m； 液體密度，kg/m3； C彈簧的剛度，N/mm； x0彈性元件彈力與浮筒重力平衡時產生的位移，mm； 彈性元件彈力與浮力平衡時產生的位移，mm。)-(0 xxChAgm)-(0 xxChAgm)-(0 xxChAgmx浮筒彈簧式液位計結構圖 1-浮筒；2-彈簧；3-差動變壓器 浮筒彈簧式液位計結構圖浮筒彈簧式液位計結構圖浮筒扭力管式液位計結構1-浮筒； 2-杠桿； 3-扭力管； 4-芯軸；5-外殼 浮筒扭力管式液位計結構浮筒扭力管式液位計結構8.2.2 8.2.2 差壓式液位計差壓式液位計gHPPPABBPgHPPPP

20、0B靜壓法測量液位的原理AHA由圖可知：由圖可知：Ba 壓力計式液位計 b 差壓式液位計 液位壓力、差壓式液位計意圖 1-容器；2-壓力表（a），差壓計(b)；3-液位零面；4-導壓管8.2.3 8.2.3 電氣式物位計電氣式物位計 電氣式物位計是利用傳感器直接把物位變化轉換為電參數的變化原理測量物位。根據電量參數的不同，可分為電阻式、電容式和電感式等。 電阻式液位計原理圖 1-電阻棒；2-絕緣套3-測量電橋 浮子式電感液位控制器 1、3-上下限線圈； 2-浮子 電容式物位傳感器1-內電極；2-外電極 8.2.4 8.2.4 其他物位計其他物位計聲學物位計聲學物位計 聲學式物位計通過測量聲波從

21、發射至接收到被測物位界面所反射的回波的時間間隔來確定物位的高低，其常用的聲學信號為超聲波。超聲波物位計按傳聲介質不同，可分為氣介式、液介式和固介式三種，常用的是前兩種。超聲波物位計的幾種測量原理超聲波物位計的幾種測量原理液介單探頭液介單探頭 液介雙探頭液介雙探頭 氣介單探頭氣介單探頭 氣介雙探頭氣介雙探頭微波物位計微波物位計 在電磁波譜中將波長為11000mm的電磁波稱為微波。微波的特點是在各種障礙物上能產生良好的反射，具有良好的定向輻射性能；在傳輸過程中受到粉塵、煙霧、火焰及強光的影響小，具有很強的環境適應能力。常用的微波物位計有反射微波物位計和調頻連續波式物位計兩種。 反射微波物位計的原理

22、是通過微波發射天線傾斜一定的角度向液面發射微波束，波束遇到物面即發生反射，反射微波束被微波接收天線接收，從而測定液位。 反射式微波液位計原理反射式微波液位計原理射線式物位計射線式物位計 射線式物位檢測系統主要由射線源、接收器和電子線射線式物位檢測系統主要由射線源、接收器和電子線路等部分組成。路等部分組成。射線式物位計原理框圖8.3 8.3 差壓式液位計的量程遷移修正差壓式液位計的量程遷移修正 量程遷移有3種：1.無遷移 2.負遷移3.正遷移差壓變送器測量液位原理差壓變送器測量液位原理 差壓變送器的量程遷移示意圖差壓變送器的量程遷移示意圖負遷移負遷移設隔離液密度為，這時差壓變送器正、負壓室所受到

23、的壓力分別為：gPg121ggPHhPg22gPhPg)( -gg-gg212122121hhHhHhPPP所以 式中 容器內液面上部的氣相壓力，Pa 遷移量，PagP212()ghhgPgp正遷移正遷移設連接負壓室與容器上部取壓點的引壓管中充滿氣體，并忽略氣體產生的靜壓力，則差壓變送器正、負壓室所受壓力分別為g11ggPHhPgPPgggg1111hHHhPPP所以 8.48.4 應用實例應用實例系統水箱水位、鍋爐汽包水位的測量系統水箱水位、鍋爐汽包水位的測量 系統水箱水位和運行平穩的底壓鍋爐汽包水位可以用簡單的連通管液位計、電極式水位計和電接點水位計測量。 連通管液位計是在水箱或汽包上設置

24、連通管，將水箱或汽包的水位等高地顯示在與汽包連通的玻璃管中。常用的連通管液位計有管式和板式兩種。系統水箱水位、鍋爐汽包水位的系統水箱水位、鍋爐汽包水位的測量測量管式管式 板式板式 電極式水位信號器電極式水位信號器電極式水位信號器 電接點式水位傳感器電接點式水位傳感器電接點式水位傳感器電接點式水位傳感器圖8-23 低置水位計測量系統 大中型鍋爐的汽包位置都很高，不利于人員觀察記錄，為了方便司爐人員及時觀察水位，許多鍋爐的汽包水位測量采用了低置水位計測量系統，該系統由凝結箱、膨脹室、低置水位計和連通管組成。 低置水位計測量系統實例實例1 1大型鍋爐煤粉倉料位重錘式自動測量裝置大型鍋爐煤粉倉料位重錘式自動測量裝置 重錘式物位測量是利用懸錘自身的重力，將連接重錘的繩索拉直，當懸錘接觸料位后，繩索失去向下的拉力，變得松弛。測量由料倉頂端到開始松弛的繩索長度，再用料倉的高度減去繩索下降長度，就可得到物料的實際高度即料位。測量過程依靠人工感覺繩索是否松弛來判斷懸錘是否接觸到料位，無法實現自動測量。 重錘式自動測量裝置由懸