[科普中国]-热量自动检测仪表

长久以来，人们在涉及到有关热信息的检测处理和控制时，都是通过温度这个参数来间接进行的。随着科学技术的发展和节能计量工作的需要，大家越来越感到仅仅把温度信号作为唯一的热信息是非常不够的，因此热量自动检测仪表得到重视。热量自动检测仪表包括热阻式热流计、热水热量计和饱和蒸汽热量计。1

简介热传递现象(通称传热)是一种普遍的自然现象，它广泛地发生在各种生产和生活的热力过程中。从建筑物到空嗣房问，从锅炉和燃气燃烧器具到换热设备，从太阳能到地热综合利用，以至人体本身，都有热的传递。

凡是有温差存在的地方。就有热传递的现象发生，这些热量的转移是由温度高的地方转移到温度低的地方。由于温差是普遍存在的，因此热量的转移也是普遍存在的。传热现象是很复杂的。它包括了传导、对流和辐射三种方式，而且在同一传热过程中，又往往同时存在几种传热方式，有时甚至还有质的传递，再加上材料性质的不同以及各种条件的变化，因此广义的热流应该是上述几种方式及其全部组合情况下的热流。

长久以来，人们在涉及到有关热信息的检测处理和控制时，都是通过温度这个参数来间接进行的。随着科学技术的发展和节能计量工作的需要，大家越来越感到仅仅把温度信号作为唯一的热信息是非常不够的，因此，热流的检测理论和技术越来越受到重视，已成为热工测量的重要参数之一。

热流的大小多采用实测的方法，测量热流的仪表就叫热流计。由于各种方式热流的性质有所不同，因此热流计也有多种类型。测量传导热流的热阻式热流计、测量辐射热流的非接触式辐射热流计及测量流体输送热量的输送式蒸汽或热水热流计，又称热量计。

使用蒸汽或热水热量测量流体输送的热流值，可以监视锅炉的运行工况，以便使锅炉的燃烧及时得到调整，保证锅炉有较高的燃烧效率，以直接取得节能效果。根据蒸汽或热水热量计测量热网供热系统输送给用户的热量，依靠热量计可以建立起节能的“供-需”定量关系，及按实际使用热量的多少来收费的经济核算制度和科学管理方法。用热水热量计对各种热交换器、余热利用设备、太阳能热水器等所产生的热水和地热水等热水热量进行检测，可为研究与提高有关热工设箭的热效率和开发利用新能源提供可靠的科学依据。1

热阻式热流计热阻式热流计是测量固体传导热流或表面热量损失的仪表，它还可以与热电偶(或热电阻)温度计配合使用，测量各种材料或保温材料的导热系数、导温系数和传热系数等。热阻式热流计由热阻式热流传感器和热流显示仪两部分组成．热阻式热流传感器将热流信号变换成电信号输出，供指示仪表显示测量数值。

热阻式热流传感器的构造常用的热阻式热流传感器有平板式传感器和可挠式传感器。其结构如图1所示。

平板式热流传感器是由若干块热电堆片镶嵌于一块有边框的基板中制成。基板尺寸一般为130 X 130mm，材料是厚1mm的环氧树脂玻璃纤维板，中间挖空(挖空尺寸是100×100mm)。挖下的材料剪成小条，尺寸约为10 X100mm，作为制作热电堆的基板。基板上用Φ0.2mm裸康铜丝均匀绕100～120圈，经电镀制成热电堆板，并用环氧树脂封于边框中，然后将各热电堆的引出线相互串接，二端头焊于接线片上，最后在表而贴上涤纶薄膜作为保护层，即为平板式热流传感器。

可挠式热流传感器为了弯曲而做成长方形。它采用甲基乙稀基硅橡胶为原料，用过氧乙烯作固化剂，根据传感器所需要的颜色选择着色剂和填充剂，经配制混合制成约2mm厚的生胶片。由于硅橡胶的生胶片很软，无法直接在上面绕康铜丝，所以用赛珞璐片卷在一块1mm厚的层压板条上做成临时基板，再在上面绕线、经电镀后做成热电堆片。并将硅橡胶的生胶片裁成所需大小，中间挖出槽，在挖出的长条中，仔细地将热电堆片装填入，把热电堆串联接好，并用聚四氟乙烯绝缘导线作为热流传感器的引出线。在组装好的热电堆元件的上下两面上覆盖硅橡胶生胶薄片，放在压制模中，经250℃温度的橡胶压制机上压制成型，又在150℃温度下经8h的老化处理，就制成可挠式的热流传感器。

热电堆金属丝的粗细、电镀层的厚薄、杂质含率及镀铜层粘结情况等有所不同，都将影响热流传感器系数C值，因此对每个热流传感器必须分别标定，得到每片传感器的系数。在使用热流传感器进行测量时，也必须按照每个传感器的标定曲线或系数进行计算。

为了使热流传感器能互换，每个传感器都应有一致的性能。在传感器两端并上电阻，进行温度补偿，使热流传感器系数一致化，这样便制成能互换的、传感器系数一致化的，使用方便的热流传感器了。1

热阻式热流显示仪热流显示仪主要是解决一个直流弱信号的放大和显示问题，尤其是在测量较小的热流量时，传感器输出信号可能低于1mV，需要经过放大片能显示，这就需要低漂移的精度高的仪表放大器。热流的测量往往是在现场进行的，使用体积较大的仪表，或者在现场布置很多导线都是不便的，因此这类仪表大多数都是便携式的。

模拟式热流显示仪模拟式热流显示仪是以指针式表头作为显示部件，其结构比较简单，成本较低，是应用比较广泛的一种热流显示仪。

热流显示仪的放大器，使用微功耗差分对管和集成运算放大器组成一个低漂移的直流放大器，经仔细调试，整个放大器的失调电压只有一般线性组件的十分之一左右，大约为0.5μV/℃。指示表头是用1.0级的直流微安表，内阻为330Ω，标称灵敏度为50μA。电源采用9V积层电池两块，电源能耗为50mW。两块电池在正常使用条件下，可以使用1～2个月。

采用这种放大器及指示表头，再加上量程转换，工作状态选择等开关就组成了热流显示仪。它可与平板式传感器或可挠式传感器配合使用，直接测热流密度的大小。使用平板式传感器时，量程为0～5～25～100kW/m；使用可挠式传感器时，量程为0～50～250～1000～2500kW/m；根据需要可改变量程的范围。由于一致化后传感器的性能一致具有互换性，因此用一个简单的转换开关电路，就可以进行多点远距离的热流测量。

数字式热流显示仪数字式热流显示仪的A/D转换器采用了一块大规模集成电路，由计数器、译码器、锁存器、显示驱动器、时钟脉冲发生器、液晶显示器和基准电源等部分组成，可分为模拟和数字两大部分。

模拟部分采用双积分原理，具有自动凋零功能。它先对信号积分，再反向对基准信号积分。数字部分中，有31/2位十进制计数器，计数0～1999，在反向比较积分阶段，计数器所计的脉冲数反映被测信号的大小。输出锁存器存放A/D转换的结果；译码器和驱动器把输出信号变换成驱动液晶显示器的信号；时钟脉冲发生器产生控制用的时钟脉冲信号。

数字显示采用液晶显示器件。显示的数字是以相同频率和相同振幅驱动，每秒钟三次读数。显示的最大读数为1999，超出量程时可有越限指示。数字式热流显示仪附有测温部分。它采用铜-康铜或镍铬-镍硅热电偶测温，热电偶接点装在热流传感器内部，在测量热流的同时也测出温度的数值。由于传感器很薄，测出的温度与表而温度很接近。因此就可以认为是表面温度。镍铬一镍硅热电偶的线性度很好，使用这种热电偶可以得到较好的测温精度。

为了补偿热电偶冷接点的温度，采用了不平衡电桥作为自动冷接点信号补偿器。把热电偶的热电势和补偿器的信号串连后送入前置放大器及数字显示部分，选择适当的放大倍数，就可以直接显示出温度数值。数字式热流显示仪也采用9V积层电池供电，工作电流很小，一般连续使用可达一个月以上，也可以和模拟式仪表一样进行远距离测量和多路选测。热流传感器的热电势，还可采用电位差计、动圈式毫伏表以及数字式电压表等仪表进行测量，或记录被测壁面热流量的变化与波动过程的曲线，为实验和科研数据分析提供可靠的依据。1

热水热量计热水热量计是用来检测热水输送热量的仪表。热水热量就是载热质-水通过锅炉或热网的某个热力点(热交换站)所输送的热能数量，或者是热用户所消耗热能的数量。热水热量自动检测系统由流监检测、温度检测及热量指示积算仪等三部分组成。

流量检测部分流监检测部分采用标准节流元件-孔板作为流量传感器，通过差压变送器和开方器，变换成线性的0～10mADC信号，送入热水热量计运算电路。

温度检测部分温度检测部分使用工业电阻温度计测得热水锅炉或热力点进、出口的热水温度信号，输入热水热量计进行运算。

热量指示积算仪热量指示积算仪根据已线性化的热水流量信号和温度信号经热量计的运算电路，然后指示瞬时热量、累计热量并输出0～10mADC 电流信号供记录或调节用。该检测系统可用来检测热水锅炉或热力点向外输出的热量或热用户消耗的热能。1

饱和蒸汽热量计蒸汽分为过热蒸汽和饱和蒸汽两种，因此蒸汽热量计也相应的分为过热蒸汽热量计和饱和蒸汽热量计两种。在供热燃气及空调工程中，常使用饱和蒸汽热量计。饱和蒸汽的计量，如果只采用流量计量，那是不科学的。因为使用饱和蒸汽的目的是要利用它所运载的那部分热量，而并非蒸汽本身。如果蒸汽流量相等，而压力或温度不等，则携带热量不同，同时还与饱和蒸汽的干度有关，应直接计量热流或热量。

饱和蒸汽热量计采用DDZ-Ⅱ电动单元组合仪表组装而成，仪表电路由两部分组成。第一部分主要是完成质量流量的干度校正运算，蒸汽流量输入信号是从标准孔板产生的差压信号，经差压变送器，再经开方器输出0～10mADC电流信号，指示瞬时流量和累积流量。第二部分进行瞬时热量，累积热量的运算和指示。

饱和蒸汽热量计的应用使用饱和蒸汽热量计可测量锅炉供出热量或用热设备所消耗的热量，以便监视锅炉或热设备的运行情况，作为能源计量的依据。一般当锅炉运行正常时，在汽水分离设备较好的情况下，饱和蒸汽的干度在0.95～1.00之间。由于锅炉在线测量干度的仪表还没有产品，所以饱和蒸汽热量计的干度只能靠手动设定，也就是说，用户必须事先测出饱和蒸汽的干度，然后将干度分档旋钮放在某一个位置即可，这样，饱和蒸汽热量计所指示的瞬时热量和累积热量是经过干度修正后的测量位。1

本词条内容贡献者为:

郑国忠 - 副教授 - 华北电力大学