熱流計

1924年，Schmidt設計製造了由繞在橡膠帶上的熱電堆組成的帶狀熱流計，用於測量帶保溫層管道的熱流密度，這是全世界第一種實用的熱流計，如今普遍使用的熱阻式熱流計正是利用了熱電堆感測器技術。除穩態法外，還包括利用熱流通過時產生的溫度變化計算熱流密度的非穩態法，這類熱流計的主要特點是響應時間短，能測量非穩態流體的熱流量，可用干火災監測和控制領域。

熱流計作為一種檢測熱流的儀錶，其測量結果的準確性是它可否信賴的關鍵。熱流計測頭使用一段時間后，要進行標定。另外熱流計測頭在使用時，常常粘貼在被測物體的表面或埋設在被測物體內部，這都會影響被測物物體原有的傳熱狀況。為了對這個影響有一個準確的估計，就要知道熱流測頭自身的熱阻等性能，這需要在標定過程中加以確定。常用的標定方法有平板直接法、平板比較法和單向平板法三種。

熱流計在布置及使用中應注意以下問題。

(1)選擇熱流計時，由於熱流感測器種類很多，各有不同的用途和使用條件，而且它們是在不同條件下標定的，如選用不當時，會帶來較大的測量誤差。

(2)使用熱流計時，要合理選擇熱流計的測量範圍、溫度範圍、時間常數、尺寸、內阻及精確度等。

(3)使用熱流計時應盡量使其表面與被測表面的發射率相等或接近，以減少因發射率不同而產生的測量誤差。

(4)安裝感測器時，接觸要良好，盡量減少氣隙，否則會產生測量誤差。

(5)安裝熱流計時應盡量減少其他熱流場的干擾，如所測熱流設備附近的熱管線及其他熱設備的干擾。

(6)用於監控設備管理的熱流計，要考慮使用的長期穩定性及耐腐蝕性、抗震動、耐高溫高濕等影響。

熱流計可分為以下類型。

(1)熱式熱流計。它是根據導熱的基本定律——傅立葉定律來測量吸熱元件所吸收的熱流量。

(2)輻射式熱流計。它只測量輻射熱流密度，它是接收通過小圓孔的全部輻射，採用橢圓形反射鏡聚焦到差動熱電偶上，測量出溫度差，從而求得熱流密度。

(3)量熱式熱流計。它是將測熱元件所吸收的熱量傳遞給冷卻水，然後由計算冷卻水所帶走的熱量來判斷熱流量。

(4)輻射-對流式熱流計（也稱全熱流計）。它是同時測量輻射傳熱和對流傳熱的熱流密度裝置。

(5)熱容式熱流計。它是通過測熱元件，在加熱過程中所接受的熱流密度來測定的。

(6)Onera熱流計。它用來測量接受表面吸收的總熱流密度。

熱流計在使用一段時間后（通常是一年左右），應該進行必要的重新校準，以確保其測量的準確性。

校準熱流計應該對其熱流感測器和顯示儀錶分別予以單獨的校準。

熱流感測器的校準方法有二：一是絕對法校準，依據國標GB/T 10294（國際標準化組織 ISO/DIS 8302）；二是比較法校準，依據國標GB/T 10295（國際標準化組織 ISO/DIS 8301），但是必須要求計量機構提供其使用的標準熱流感測器的檢定證書。

顯示儀錶的校準方法：依據所使用顯示儀錶的不同，參照相應的國家標準即可。一般至少要進行直流電壓輸入通道的校準，如果熱流感測器帶有熱電偶溫度感測器還應進行熱電偶輸入通道的校準。

(1)熱分析領域的應用。在熱分析領域內，將樣品放在溫度場中，它所吸收或放出的熱量可用差熱分析儀（DTA）和差示掃描量熱儀（DSC）進行測量。所謂DTA是在程序控制溫度下，測量被測物與參比物之間的溫度差與溫度關係的一種技術。而DSC是在程序控制溫度下，測量輸入到被測物和參比物的功率差與溫度關係的一種技術。依據測量方法的不同，又分為功率補償型和熱流型。DSC法由於靈敏度高，分辨能力強，據測量方法的不同，又分為功率補償型和熱流型。DSC能定量測量各種熱力學及動力學參數。因此，在應用研究及基礎研究中獲得了廣泛應用。

(2)確定最經濟的保溫層厚度。利用熱流計的測定結果來確定最佳保溫層厚度。

(3)熱流計和紅外熱像儀同時測量，了解設備散熱損失。當需測熱流的設備很龐大或涉及面很廣時，檢查它的異常部位和測量熱流分佈就需要很多勞動力。如今發電廠鍋爐上同時用熱流計和紅外熱像儀可迅速發現異常部位。採用這種方法時，首先在離開設備較遠處，用紅外熱像儀測量鍋爐整個壁面的溫度圖像，溫度不同亮度也不同，然後對亮度不同的部分進行熱流測量。從測量結果中可以看出，亮度低的低溫部位熱流密度小，亮度高的高溫部位熱流密度大，這就可以有效而迅速地發現異常地點。另外，根據紅外熱像儀得到的溫度圖像，計算出相同亮度部位的面積，再將各部分的面積與熱流密度的乘積相加，即可求出散熱損失。

(4)設備安全管理。大型電爐的爐底襯裡過薄時，容易發生穿底事故；如果過厚，則停爐時會造成很大的經濟損失，所以經常需要正確地掌握其厚薄。通常在爐底安裝熱電偶，根據爐底溫度上升情況來估計爐襯損壞情況。但對於強製冷卻爐底的大型電爐，該種方法已經不太起作用。