CN103196949A - 热阻式热流计校准方法及其实施装置 - Google Patents

热阻式热流计校准方法及其实施装置 Download PDF

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葛志松
蔡萍
张进明
穆志君
周方
刘晓婧
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Abstract

一种传热技术领域的热阻式热流计校准方法及其实施装置，包括绝热板、热板、冷板、导热系数标准板和热阻式热流计，在绝热板与冷板之间依次布置热板、导热系数标准板、热阻式热流计，导热系数标准板的两侧分别布置温度传感器。通过测量导热系数标准板的厚度及其两侧温差得到通过导热系数标准板的热流密度，根据导热系数标准板与通过热阻式热流计的热流密度相等原则，以及热阻式热流计的输出电势，就可以得到热阻式热流计的灵敏系数。本发明设计合理，结构简单，适用利用轴向导热原理的热阻式热流计校准方法。

Description

热阻式热流计校准方法及其实施装置
技术领域
本发明涉及的是一种传热技术领域的热流计校准方法，特别是利用轴向导热原理的热阻式热流计校准方法及其实施装置。
背景技术
热流计是用来测试热流密度的传感器，目前应用最广泛的热流传感器有两大类：一种是利用轴向导热原理的热阻式传感器，使用温度通常在200℃以下，热流密度在2kW/m2以下，用来测试地热、管道或者壁面的保温性能和热量损失，符合国家相应节能测试标准，在节能工作中使用广泛，也是热流计最常用的一种应用；另一种是径向导热原理的圆箔式传感器，使用温度较高，热流密度范围可达到500kW/m2，主要用于冶金、化工等工业领域的高强度辐射热流的测试。热流传感器在出厂前或使用前都要进行校准，通过校准结果对传感器的灵敏系数进行调整，灵敏系数是由通过传感器的热流密度和输出电势决定的。为了确定热流传感器的灵敏系数，需要有一个稳定的具有确定方向的一维热流，其热流密度的数值能够准确测定。校准热流传感器需要建立稳态的一维热流场，其热流密度的数值要求能够准确给出。防护热板法是国际上最通用的产生可计算的热流密度的方法之一，美、英、德等国家都制定有通过防护热板法来测试绝热材料导热系数的国家标准。根据测定热流密度的方式，校准方法分成绝对法和比较法两大类。绝对法指的是热流发生源产生的热流密度的数值可以通过溯源至其他物理参数（如电流、电压等）计算出来，从而根据可计算的热流密度和电势值得到传感器的灵敏系数。比较法指的是在形成的一维稳态热流场内，把被校准的热流计与标准热流计的读数进行比较，从而得到被校准热流计的灵敏系数的方法。采用比较法的校准装置结构与采用绝对法的有类似之处，但是热流密度的计算不是通过对加热功率的测试得到。
在绝对法中，通过将加热部分的电功率精确计算出来，与加热面积相除，得到通过试件的热流密度。这种绝对法应用的前提是，热流全部是沿与加热面垂直的方向流动，忽略侧面热量损失。但是在实际应用的时候，由于加热板本身有一定的厚度，且与环境温度存在一定温差，侧面热损往往不能忽略，而侧面热损的量也很难精确计算，对于侧面热损的补偿要求很高。所以长期以来，绝对法的推广应用受到了很大的限制。另外一种是相对法，即采用较高准确度等级的热流传感器来标定工作用的热流传感器，但是目前因为热流传感器本身准确度不高，且没有定级的国家标准，所以这种方法在国内没有实际的应用案例。
在现有技术文献中，与热流计校准方法相关的专利文献也比较少。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种热阻式热流计校准方法及其实施装置，可以较少的考虑热板的侧面热流损失。
本发明涉及一种热阻式热流计校准方法，包括如下步骤：步骤一，在热板与冷板之间依次布置导热系数标准板和热阻式热流计，在导热系数标准板的两侧分别布置温度传感器；步骤二，测量导热系数标准板的厚度及其两侧温差，根据公式
Figure BDA00003112547500021
来计算通过导热系数标准板的热流密度，其中q为通过导热系数标准板的热流密度，λ为导热系数标准板的导热系数，△t为导热系数标准板两侧的温差，δ—导热系数标准板的厚度；步骤三，测量热阻式热流计的输出电势，根据公式
Figure BDA00003112547500022
来计算热流计的灵敏系数，其中C为热阻式热流计的灵敏系数，q为通过热阻式热流计的热流密度，E为热阻式热流计的输出电势。
本发明还涉及一种实施以上所述热阻式热流计校准方法的装置，包括绝热板、热板、冷板、导热系数标准板和，冷板的控温方式为恒温冷却水套，在绝热板和冷板之间依次布置热板、导热系数标准板和热阻式热流计，导热系数标准板的两侧分别布置温度传感器，热板的加热元件为聚酰亚胺电热膜。
在本发明的工作过程中，通过已知的导热系数标准板的厚度、两侧温差以及其导热系数，就可以计算出通过导热系数标准板的热流密度，由于通过导热板的热流密度与通过热阻式热流计的热流密度相同，再加上已知的热阻式热流计的输出电势，就可以计算出热阻式热流计的灵敏系数，从而实现对热阻式热流计的校准。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果为：本发明设计合理，结构简单；在校准过程中，只需要保证热阻式热流计放置区域无侧面热损即可，不需要像绝对法那样，考虑整个加热面积的侧面热损。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
其中：1、绝热板，2、热板，3、冷板，4、导热系数标准板，5、热阻式热流计。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，本发明包括绝热板1、热板2、冷板3、导热系数标准板4和热阻式热流计5，冷板3的控温方式为恒温冷却水套，在绝热板1和冷板3之间依次布置热板2、导热系数标准板4和热阻式热流计5，导热系数标准板4的两侧分别布置温度传感器，热板2的加热元件为聚酰亚胺电热膜。
在本发明的工作过程中，根据公式就可以计算出通过导热系数标准板的热流密度，其中q为通过导热系数标准板的热流密度，λ为导热系数标准板的导热系数，△t为导热系数标准板两侧的温差，δ—导热系数标准板的厚度；根据公式就可以计算出热流计的灵敏系数，其中C为热阻式热流计的灵敏系数，q为通过热阻式热流计的热流密度即通过导热系数标准板的热流密度，E为热阻式热流计的输出电势。从而实现对热阻式热流计的校准。

Claims (2)

1.一种热阻式热流计校准方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，在热板与冷板之间依次布置导热系数标准板和热阻式热流计，在导热系数标准板的两侧分别布置温度传感器；步骤二，测量导热系数标准板的厚度及其两侧温差，根据公式
Figure FDA00003112547400011
来计算通过导热系数标准板的热流密度，其中q为通过导热系数标准板的热流密度，λ为导热系数标准板的导热系数，△t为导热系数标准板两侧的温差，δ—导热系数标准板的厚度；步骤三，测量热阻式热流计的输出电势，根据公式
Figure FDA00003112547400012
来计算热流计的灵敏系数，其中C为热阻式热流计的灵敏系数，q为通过热阻式热流计的热流密度，E为热阻式热流计的输出电势。
2.一种实施权利要求1所述热阻式热流计校准方法的实施装置，包括绝热板（1）、热板（2）和冷板（3），冷板（3）的控温方式为恒温冷却水套，其特征在于，还包括导热系数标准板（4）和热阻式热流计（5），在绝热板（1）和冷板（3）之间依次布置热板（2）、导热系数标准板（4）和热阻式热流计（5），导热系数标准板（4）的两侧分别布置温度传感器，热板（2）的加热元件为聚酰亚胺电热膜。
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