热流计是指测定热流的仪表。热流是在单位时间内流经单位面积的热量,也可把热流理解为热能通过单位面积的速率。热流单位是W/m2。为测量某一局部的热辐射强度、热对流强度、热传导强度或总的传热速率,常采用热流计。
热流计简述
1924年,Schmidt设计制造了由绕在橡胶带上的
热电堆组成的带状热流计,用于测量带保温层管道的热流密度,这是全世界第一种实用的热流计,如今普遍使用的热阻式热流计正是利用了热电堆传感器技术。除稳态法外,还包括利用热流通过时产生的温度变化计算热流密度的非稳态法,这类热流计的主要特点是响应时间短,能测量非稳态流体的热流量,可用干火灾监测和控制领域。
热流计作为一种检测热流的仪表,其测量结果的准确性是它可否信赖的关键。热流计测头使用一段时间后,要进行标定。另外热流计测头在使用时,常常粘贴在被测物体的表面或埋设在被测物体内部,这都会影响被测物物体原有的传热状况。为了对这个影响有一个准确的估计,就要知道热流测头自身的热阻等性能,这需要在标定过程中加以确定。常用的标定方法有平板直接法、平板比较法和单向平板法三种。
布置及使用
热流计在布置及使用中应注意以下问题。
(1)选择热流计时,由于
热流传感器种类很多,各有不同的用途和使用条件,而且它们是在不同条件下标定的,如选用不当时,会带来较大的测量误差。
(2)使用热流计时,要合理选择热流计的测量范围、温度范围、时间常数、尺寸、内阻及精确度等。
(3)使用热流计时应尽量使其表面与被测表面的发射率相等或接近,以减少因发射率不同而产生的测量误差。
(4)安装传感器时,接触要良好,尽量减少气隙,否则会产生测量误差。
(5)安装热流计时应尽量减少其他热流场的干扰,如所测热流设备附近的热管线及其他热设备的干扰。
(6)用于监控设备管理的热流计,要考虑使用的长期稳定性及耐腐蚀性、抗震动、耐高温高湿等影响。
分类
热流计可分为以下类型。
(1)热式热流计。它是根据导热的基本定律——
傅立叶定律来测量吸热元件所吸收的
热流量。
(2)辐射式热流计。它只测量辐射热流密度,它是接收通过小圆孔的全部辐射,采用椭圆形反射镜聚焦到差动热电偶上,测量出温度差,从而求得
热流密度。
(3)量热式热流计。它是将测热元件所吸收的热量传递给冷却水,然后由计算冷却水所带走的热量来判断热流量。
(4)辐射-对流式热流计(也称全热流计)。它是同时测量辐射传热和对流传热的热流密度装置。
(5)热容式热流计。它是通过测热元件,在加热过程中所接受的热流密度来测定的。
(6)Onera热流计。它用来测量接受表面吸收的总热流密度。
使用校准
热流计在使用一段时间后(通常是一年左右),应该进行必要的重新校准,以确保其测量的准确性。
校准热流计应该对其
热流传感器和显示仪表分别予以单独的校准。
热流传感器的校准方法有二:一是绝对法校准,依据国标GB/T 10294(国际标准化组织 ISO/DIS 8302);二是比较法校准,依据国标GB/T 10295(国际标准化组织 ISO/DIS 8301),但是必须要求计量机构提供其使用的标准热流传感器的检定证书。
显示仪表的校准方法:依据所使用显示仪表的不同,参照相应的国家标准即可。一般至少要进行直流电压输入通道的校准,如果
热流传感器带有热电偶
温度传感器还应进行热电偶输入通道的校准。
应用
(1)热分析领域的应用。在
热分析领域内,将样品放在
温度场中,它所吸收或放出的热量可用
差热分析仪(DTA)和
差示扫描量热仪(DSC)进行测量。所谓DTA是在程序控制温度下,测量被测物与参比物之间的温度差与温度关系的一种技术。而DSC是在程序控制温度下,测量输入到被测物和参比物的功率差与温度关系的一种技术。依据测量方法的不同,又分为功率补偿型和热流型。DSC法由于灵敏度高,分辨能力强,据测量方法的不同,又分为功率补偿型和热流型。DSC能定量测量各种热力学及动力学参数。因此,在应用研究及基础研究中获得了广泛应用。
(2)确定最经济的保温层厚度。利用热流计的测定结果来确定最佳保温层厚度。
(3)热流计和
红外热像仪同时测量,了解设备散热损失。当需测热流的设备很庞大或涉及面很广时,检查它的异常部位和测量热流分布就需要很多劳动力。如今发电厂锅炉上同时用热流计和红外热像仪可迅速发现异常部位。采用这种方法时,首先在离开设备较远处,用红外热像仪测量锅炉整个壁面的温度图像,温度不同亮度也不同,然后对亮度不同的部分进行热流测量。从测量结果中可以看出,亮度低的低温部位热流密度小,亮度高的高温部位热流密度大,这就可以有效而迅速地发现异常地点。另外,根据红外热像仪得到的温度图像,计算出相同亮度部位的面积,再将各部分的面积与热流密度的乘积相加,即可求出散热损失。
(4)设备安全管理。大型
电炉的炉底衬里过薄时,容易发生穿底事故;如果过厚,则停炉时会造成很大的经济损失,所以经常需要正确地掌握其厚薄。通常在炉底安装热电偶,根据炉底温度上升情况来估计炉衬损坏情况。但对于强制冷却炉底的大型电炉,该种方法已经不太起作用。