[科普中国]-热流计

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。1

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。2

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。2

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。3

本词条内容贡献者为:

李勇 - 副教授 - 西南大学