熱流計(HeatFlowMeter,HeatFluxMeter)也稱熱通量計,熱流儀,其全稱是熱流密度計。
熱流計是熱能轉(zhuǎn)移過程的量化檢測儀器,是用于測量熱傳遞過程中熱遷移量的大小、評價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,熱流計是測量在不同物質(zhì)間熱量傳遞大小和方向的儀器。
熱流計須滿足對熱傳導、熱對流、熱輻射的單獨測量或上述兩者或三者的綜合測量。
由熱流傳感器、顯示儀表及聯(lián)接導線組成。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)。
熱傳導測試:
這是熱流計最常用的一種應用,主要是對各種設(shè)備的保溫性能測試,包括各種工業(yè)爐窯、熱力輸送管道、建筑物、冷庫、紡織物和服裝、人員輸送工具(客車、客輪、客機等)、暖棚等,地熱和土壤熱流的測試,制造熱流法熱導率測試設(shè)備等等。
對于各種工業(yè)爐窯、熱力輸送管道、建筑物、冷庫等的保溫性能測試,通常被稱為節(jié)能監(jiān)測(節(jié)能檢測或節(jié)能測試),對于此類測試我國已有相應的國家標準,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試與評價,GB/T10295-2008絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定-熱流計,GB/T17357-2008設(shè)備及管道絕熱層表面熱損失現(xiàn)場測定-熱流計法和表面溫度法。。
熱輻射測試:
包括輻射加熱源,陽光輻射強度和太陽能設(shè)備,火災的發(fā)生和防護,火藥、炸藥、推進劑的熱強度和熱分布,各種燃燒室的熱強度和熱分布,人工環(huán)境的熱舒適測試和控制,高溫風洞試驗,等等。
在此類測試中有些項目可以需要考慮同時進行熱對流的測試,此類測試有些也有相應的國家標準,如:GB/T11785-2005等。
熱對流的測試:
強制對流換熱設(shè)備的測試等。
緊密粘貼或使用導熱硅脂
熱流傳感器與被測物粘貼的緊密程度,對熱流的穩(wěn)定時間有著非常大的影響。粘貼越緊密,穩(wěn)定越快,測量偏差越??;反之,測量偏差越大。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物體,這樣才能減少測量時間,提高測量精度。導熱膠(導熱硅脂)的應用,為解決這個問題提供了非常好的條件。
熱流傳感器厚度對熱流測量精度的影響:越薄越好
當熱流傳感器厚度為0.1mm時,被測物表面熱流穩(wěn)定非常快,從開始到穩(wěn)定只用了約0.5s的時間,通過熱流傳感器的熱流值與實際值相差2.92%。當熱流傳感器厚度增加到1mm時,穩(wěn)定時間達到了8s,為原來的16倍,熱流值的偏差達到了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。
熱流傳感器邊長對熱流測量精度的影響:越長越好,最優(yōu)值20mm~30mm
熱流傳感器邊長的改變并沒有給熱流的穩(wěn)定時間造成太大影響,卻給穩(wěn)定值帶來較大的偏差。邊長從5mm變成10mm時,穩(wěn)定熱流值減小了8.4%,與實際值相差6.51%;邊長從10mm變?yōu)?0mm時,熱流減小了4.3%,與實際值相差1.94%;邊長從20mm變?yōu)?0mm時,熱流僅僅減小了0.4%,已經(jīng)和真實值基本重合。這說明,熱流傳感器邊長越長,穩(wěn)定值越準確,且邊長一定存在著一個最優(yōu)值。這個最優(yōu)值既能保證熱流傳感器盡可能小,又能保證所測熱流的準確性。從本文的計算來看,這個最優(yōu)值約為20mm。當被測物表面近似認為半無限大時,20mm可能是測量精度和熱流傳感器尺寸的最佳結(jié)合點。
由于熱流傳感器是熱流計的一次敏感元件,因此其性能優(yōu)劣決定了熱流計的性能。所以在選擇熱流計時,必須注重熱流傳感器的性能指標。
熱流計的主要技術(shù)指標包括:
1、熱流量程:
決定了可以測得的最大熱流值。由所配熱流傳感器的熱流量程和熱流計主機的電壓量程決定,越大越好,以滿足更多的測量需求。
2、熱流分辨率(熱流靈敏度):
決定了可以測得的最小熱流值。由所配熱流傳感器的靈敏度和熱流計主機的電壓靈敏度決定。分辨率越小越好(靈敏度越高越好)。特別是對于節(jié)能、建筑節(jié)能保溫和其它保溫性能測試,選擇高靈敏度的熱流計可以最大程度的適應將來嚴格的節(jié)能檢測和節(jié)能監(jiān)測標準要求,以及保溫性能在日益提升的保溫材料的測試要求。
3、精度:
由所配熱流傳感器的精度和熱流計主機的電壓測量精度決定。
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時間和熱流計主機的采樣速率決定。對于輻射熱流計是必須考慮的。
6、其它:如存儲容量,顯示更新速率,通訊接口和軟件等,因此,購買者在選擇熱流計時,必須關(guān)注和仔細閱讀其熱流傳感器的相關(guān)技術(shù)指標,以確保購買到適合的熱流計。
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