熱量自動檢測儀表

長久以來，人們在涉及到有關熱信息的檢測處理和控制時，都是通過溫度這個參數來間接進行的。隨著科學技術的發展和節能計量工作的需要，大家越來越感到僅僅把溫度信號作為唯一的熱信息是非常不夠的，因此熱量自動檢測儀表得到重視。熱量自動檢測儀表包括熱阻式熱流計、熱水熱量計和飽和蒸汽熱量計。

基本介紹

• 中文名：熱量自動檢測儀表 
• 外文名：Thermal automatic measuring instrument
• 目的：有關熱信息的檢測處理和控制
• 分類：三種
• 性質：科學

簡介

熱傳遞現象(通稱傳熱)是一種普遍的自然現象，它廣泛地發生在各種生產和生活的熱力過程中。從建築物到空嗣房問，從鍋爐和燃氣燃燒器具到換熱設備，從太陽能到地熱綜合利用，以至人體本身，都有熱的傳遞。

凡是有溫差存在的地方。就有熱傳遞的現象發生，這些熱量的轉移是由溫度高的地方轉移到溫度低的地方。由於溫差是普遍存在的，因此熱量的轉移也是普遍存在的。傳熱現象是很複雜的。它包括了傳導、對流和輻射三種方式，而且在同一傳熱過程中，又往往同時存在幾種傳熱方式，有時甚至還有質的傳遞，再加上材料性質的不同以及各種條件的變化，因此廣義的熱流應該是上述幾種方式及其全部組合情況下的熱流。

長久以來，人們在涉及到有關熱信息的檢測處理和控制時，都是通過溫度這個參數來間接進行的。隨著科學技術的發展和節能計量工作的需要，大家越來越感到僅僅把溫度信號作為唯一的熱信息是非常不夠的，因此，熱流的檢測理論和技術越來越受到重視，已成為熱工測量的重要參數之一。

熱流的大小多採用實測的方法，測量熱流的儀表就叫熱流計。由於各種方式熱流的性質有所不同，因此熱流計也有多種類型。測量傳導熱流的熱阻式熱流計、測量輻射熱流的非接觸式輻射熱流計及測量流體輸送熱量的輸送式蒸汽或熱水熱流計，又稱熱量計。

使用蒸汽或熱水熱量測量流體輸送的熱流值，可以監視鍋爐的運行工況，以便使鍋爐的燃燒及時得到調整，保證鍋爐有較高的燃燒效率，以直接取得節能效果。根據蒸汽或熱水熱量計測量熱網供熱系統輸送給用戶的熱量，依靠熱量計可以建立起節能的“供-需”定量關係，及按實際使用熱量的多少來收費的經濟核算制度和科學管理方法。用熱水熱量計對各種熱交換器、餘熱利用設備、太陽能熱水器等所產生的熱水和地熱水等熱水熱量進行檢測，可為研究與提高有關熱工設箭的熱效率和開發利用新能源提供可靠的科學依據。

熱阻式熱流計

熱阻式熱流計是測量固體傳導熱流或表面熱量損失的儀表，它還可以與熱電偶(或熱電阻)溫度計配合使用，測量各種材料或保溫材料的導熱係數、導溫係數和傳熱係數等。熱阻式熱流計由熱阻式熱流感測器和熱流顯示儀兩部分組成．熱阻式熱流感測器將熱流信號變換成電信號輸出，供指示儀表顯示測量數值。

熱阻式熱流感測器的構造

常用的熱阻式熱流感測器有平板式感測器和可撓式感測器。其結構如圖1所示。

圖1熱流感測器的結構

平板式熱流感測器是由若干塊熱電堆片鑲嵌於一塊有框線的基板中製成。基板尺寸一般為130 X 130mm，材料是厚1mm的環氧樹脂玻璃纖維板，中間挖空(挖空尺寸是100×100mm)。挖下的材料剪成小條，尺寸約為10 X100mm，作為製作熱電堆的基板。基板上用Φ0.2mm裸康銅絲均勻繞100～120圈，經電鍍製成熱電堆板，並用環氧樹脂封於框線中，然後將各熱電堆的引出線相互串接，二端頭焊於接線片上，最後在表而貼上滌綸薄膜作為保護層，即為平板式熱流感測器。

可撓式熱流感測器為了彎曲而做成長方形。它採用甲基乙稀基矽橡膠為原料，用過氧乙烯作固化劑，根據感測器所需要的顏色選擇著色劑和填充劑，經配製混合製成約2mm厚的生膠片。由於矽橡膠的生膠片很軟，無法直接在上面繞康銅絲，所以用賽珞璐片卷在一塊1mm厚的層壓板條上做成臨時基板，再在上面繞線、經電鍍後做成熱電堆片。並將矽橡膠的生膠片裁成所需大小，中間挖出槽，在挖出的長條中，仔細地將熱電堆片裝填入，把熱電堆串聯接好，並用聚四氟乙烯絕緣導線作為熱流感測器的引出線。在組裝好的熱電堆元件的上下兩面上覆蓋矽橡膠生膠薄片，放在壓制模中，經250℃溫度的橡膠壓製機上壓製成型，又在150℃溫度下經8h的老化處理，就製成可撓式的熱流感測器。

熱電堆金屬絲的粗細、電鍍層的厚薄、雜質含率及鍍銅層粘結情況等有所不同，都將影響熱流感測器係數C值，因此對每個熱流感測器必須分別標定，得到每片感測器的係數。在使用熱流感測器進行測量時，也必須按照每個感測器的標定曲線或係數進行計算。

為了使熱流感測器能互換，每個感測器都應有一致的性能。在感測器兩端並上電阻，進行溫度補償，使熱流感測器係數一致化，這樣便製成能互換的、感測器係數一致化的，使用方便的熱流感測器了。

熱阻式熱流顯示儀

熱流顯示儀主要是解決一個直流弱信號的放大和顯示問題，尤其是在測量較小的熱流量時，感測器輸出信號可能低於1mV，需要經過放大片能顯示，這就需要低漂移的精度高的儀表放大器。熱流的測量往往是在現場進行的，使用體積較大的儀表，或者在現場布置很多導線都是不便的，因此這類儀表大多數都是攜帶型的。

模擬式熱流顯示儀

模擬式熱流顯示儀是以指針式表頭作為顯示部件，其結構比較簡單，成本較低，是套用比較廣泛的一種熱流顯示儀。

熱流顯示儀的放大器，使用微功耗差分對管和集成運算放大器組成一個低漂移的直流放大器，經仔細調試，整個放大器的失調電壓只有一般線性組件的十分之一左右，大約為0.5μV/℃。指示表頭是用1.0級的直流微安表，內阻為330Ω，標稱靈敏度為50μA。電源採用9V積層電池兩塊，電源能耗為50mW。兩塊電池在正常使用條件下，可以使用1～2個月。

採用這种放大器及指示表頭，再加上量程轉換，工作狀態選擇等開關就組成了熱流顯示儀。它可與平板式感測器或可撓式感測器配合使用，直接測熱流密度的大小。使用平板式感測器時，量程為0～5～25～100kW/m；使用可撓式感測器時，量程為0～50～250～1000～2500kW/m；根據需要可改變數程的範圍。由於一致化後感測器的性能一致具有互換性，因此用一個簡單的轉換開關電路，就可以進行多點遠距離的熱流測量。

數字式熱流顯示儀

數字式熱流顯示儀的A/D轉換器採用了一塊大規模積體電路，由計數器、解碼器、鎖存器、顯示驅動器、時鐘脈衝發生器、液晶顯示器和基準電源等部分組成，可分為模擬和數字兩大部分。

模擬部分採用雙積分原理，具有自動凋零功能。它先對信號積分，再反向對基準信號積分。數字部分中，有31/2位十進制計數器，計數0～1999，在反向比較積分階段，計數器所計的脈衝數反映被測信號的大小。輸出鎖存器存放A/D轉換的結果；解碼器和驅動器把輸出信號變換成驅動液晶顯示器的信號；時鐘脈衝發生器產生控制用的時鐘脈衝信號。

數字顯示採用液晶顯示器件。顯示的數字是以相同頻率和相同振幅驅動，每秒鐘三次讀數。顯示的最大讀數為1999，超出量程時可有越限指示。數字式熱流顯示儀附有測溫部分。它採用銅-康銅或鎳鉻-鎳矽熱電偶測溫，熱電偶接點裝在熱流感測器內部，在測量熱流的同時也測出溫度的數值。由於感測器很薄，測出的溫度與表而溫度很接近。因此就可以認為是表面溫度。鎳鉻一鎳矽熱電偶的線性度很好，使用這種熱電偶可以得到較好的測溫精度。

為了補償熱電偶冷接點的溫度，採用了不平衡電橋作為自動冷接點信號補償器。把熱電偶的熱電勢和補償器的信號串連後送入前置放大器及數字顯示部分，選擇適當的放大倍數，就可以直接顯示出溫度數值。數字式熱流顯示儀也採用9V積層電池供電，工作電流很小，一般連續使用可達一個月以上，也可以和模擬式儀表一樣進行遠距離測量和多路選測。熱流感測器的熱電勢，還可採用電位差計、動圈式毫伏表以及數字式電壓表等儀表進行測量，或記錄被測壁面熱流量的變化與波動過程的曲線，為實驗和科研數據分析提供可靠的依據。

熱水熱量計

熱水熱量計是用來檢測熱水輸送熱量的儀表。熱水熱量就是載熱質-水通過鍋爐或熱網的某個熱力點(熱交換站)所輸送的熱能數量，或者是熱用戶所消耗熱能的數量。熱水熱量自動檢測系統由流監檢測、溫度檢測及熱量指示積算儀等三部分組成。

流量檢測部分

流監檢測部分採用標準節流元件-孔板作為流量感測器，通過差壓變送器和開方器，變換成線性的0～10mADC信號，送入熱水熱量計運算電路。

溫度檢測部分

溫度檢測部分使用工業電阻溫度計測得熱水鍋爐或熱力點進、出口的熱水溫度信號，輸入熱水熱量計進行運算。

熱量指示積算儀

熱量指示積算儀根據已線性化的熱水流量信號和溫度信號經熱量計的運算電路，然後指示瞬時熱量、累計熱量並輸出0～10mADC 電流信號供記錄或調節用。該檢測系統可用來檢測熱水鍋爐或熱力點向外輸出的熱量或熱用戶消耗的熱能。

飽和蒸汽熱量計

蒸汽分為過熱蒸汽和飽和蒸汽兩種，因此蒸汽熱量計也相應的分為過熱蒸汽熱量計和飽和蒸汽熱量計兩種。在供熱燃氣及空調工程中，常使用飽和蒸汽熱量計。飽和蒸汽的計量，如果只採用流量計量，那是不科學的。因為使用飽和蒸汽的目的是要利用它所運載的那部分熱量，而並非蒸汽本身。如果蒸汽流量相等，而壓力或溫度不等，則攜帶熱量不同，同時還與飽和蒸汽的乾度有關，應直接計量熱流或熱量。

飽和蒸汽熱量計採用DDZ-Ⅱ電動單元組合儀表組裝而成，儀表電路由兩部分組成。第一部分主要是完成質量流量的乾度校正運算，蒸汽流量輸入信號是從標準孔板產生的差壓信號，經差壓變送器，再經開方器輸出0～10mADC電流信號，指示瞬時流量和累積流量。第二部分進行瞬時熱量，累積熱量的運算和指示。

飽和蒸汽熱量計的套用

使用飽和蒸汽熱量計可測量鍋爐供出熱量或用熱設備所消耗的熱量，以便監視鍋爐或熱設備的運行情況，作為能源計量的依據。一般當鍋爐運行正常時，在汽水分離設備較好的情況下，飽和蒸汽的乾度在0.95～1.00之間。由於鍋爐線上測量乾度的儀表還沒有產品，所以飽和蒸汽熱量計的乾度只能靠手動設定，也就是說，用戶必須事先測出飽和蒸汽的乾度，然後將乾度分檔旋鈕放在某一個位置即可，這樣，飽和蒸汽熱量計所指示的瞬時熱量和累積熱量是經過乾度修正後的測量位。