热流计的热流计的应用

这是热流计最常用的一种应用，主要是对各种设备的保温性能测试，包括各种工业炉窑、热力输送管道、建筑物、冷库、纺织物和服装、人员输送工具（客车、客轮、客机等）、暖棚等，地热和土壤热流的测试，制造热流法热导率测试设备等等。

对于各种工业炉窑、热力输送管道、建筑物、冷库等的保温性能测试，通常被称为节能监测（节能检测或节能测试），对于此类测试我国已有相应的国家标准，如GB/T 4272-2008 设备及管道保温技术通则，GB/T 8174-2008 设备及管道保温效果的测试与评价，GB/T 10295-2008 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定-热流计，GB/T 17357-2008 设备及管道绝热层表面热损失现场测定-热流计法和表面温度法。。 包括辐射加热源，阳光辐射强度和太阳能设备，火灾的发生和防护，火药、炸药、推进剂的热强度和热分布，各种燃烧室的热强度和热分布，人工环境的热舒适测试和控制，高温风洞试验，等等。

在此类测试中有些项目可以需要考虑同时进行热对流的测试。

此类测试有些也有相应的国家标准，如：GB/T 11785-2005等。 因为热流传感器是热流计的一个敏感元件，因此热流传感器的发展进程决定的热流计的发展进程。

1914年，出现了最早应用于现场直接测量热流的热流传感器。当时德国的Henky教授要测量通过啤酒厂内地板的热流，他用10 cm厚的软木板覆盖地板，测出软木板上下两面的温度差，和软木板的导热系数从而计算出热流密度。

1924年，Schmidt设计了由绕在橡胶带上的热电堆组成的带状热流传感器用来测量带有保温层的管道的热流密度。一般认为这是第一种实用的热流传感器。当前广泛应用的热阻式热流传感器一直沿用了热电堆传感器这一基本型式。Schmidt热流传感器上的热电堆是用焊接的方式制成的，工艺比较复杂。1939年，为克服制作多点热电堆的困难， Gier和Boelter用在康铜丝上电镀银的方法制成了热流传感器用的热电堆（或称：线绕热阻式）。以后这种方法就逐步推广到制作各种热流传感器。这种线绕热阻式热流传感器的精度提不高的问题在于：一片板条上绕线圈只有板条的两个端头接触，无法定型规范，每一圈扁、圆不可能一致，而一个测头有几百圈，使得各个测头千差万别，另外线圈为了电镀必须是裸线，在制作过程中容易碰线从而改变性能，各线圈之间需要多点串连焊接，焊点状况也是各不相同焊点又多。由于结构形式和加工方法决定了各个传感器性能的离散性很大。为了确保各个传感器的线性，使其具有较高的精度，较窄的量程和使用温度范围。

由于是手工制作，因此各热流传感器的一致性（线长、电阻、电容、电感等）不是很高，分辨率较低，特别是在保证线性的基础上只能有较窄的量程。

1969年前后，随着对高精度热流测量的需求，提出了利用半导体材料制作热流传感器的感测元件：热电堆。既采用集成电路工艺，以硅膜作介质，采用扩散和粒子注人、硅外延、阳极氧化、腐蚀多孔硅、物理或化学气相淀积绝缘介质等技术在硅膜上制备热电堆。这类传感器具有具有线长一致、电阻、电容、电感一致等特点，因此具有更高的灵敏度、量程和工作温度范围。为通用领域提供经济实用精度更高的热流检测仪器。

由于采用了半导体制造工艺，使的各热流传感器的一致性（线长、电阻、电容、电感等）和性能（如工作温度、量程、分辨率和响应时间）得以大幅提高，特别是使其可以在很大的量程内具有良好的线性。

2002年，出现具有更高测量精度的薄膜热流传感器，以满足航空航天和军事科学的更高精度测量需要，使对微小热量变化的测量成为了可能。它是新的专利（EU patent：PCT/FR02/04033）技术：是由位于中间的低导热材料金属薄片和被涂覆在其两面的高导热材料沉积层构成的器件。涂覆材料的一面被能量照射，而另一面的背面覆盖有热屏障。照射的能量流量差引起一个电势能，它能容易地产生微小的电流。这个电流比例于能量流量。

由于采用新的专利技术，使的薄膜热流传感器非常的薄，典型厚度为0.4mm；各热流传感器的一致性（线长、电阻、电容、电感等）和性能（如量程、分辨率和响应时间）更高，特别是可确保其在很大的量程内具有良好的线性；其响应时间的典型值为25ms，因此它们能被用于不稳定热流或探测如突发的辐射热流等瞬态测量；超薄的厚度，也使其当被安装在表面时，它们与常规的传感器相比，是不敏感于空气缝隙的。

上述是用于测量热传导的热阻式热流传感器的发展进程。

在欧美等发达国家，线绕热阻式热流传感器已经被更高性能的半导体热电堆式热流传感器和薄膜式热流传感器所取代。塞式（Schmidt Boelter）和其它形式的辐射热流计也正在逐渐被由快速响应型薄膜热流传感器构成的辐射热流传感器所取代。但是用于高速瞬态快速测量（10～20ms）的圆箔式（Gardon）热流传感器一直沿用至今。这是因为最新的快速响应型薄膜热流传感器的响应时间还不能超过20ms。

热流计的显示仪表从最初的毫伏计、数字电压表也已经发展到使用高精度的数据记录仪和数据采集系统。 用于瞬态快速测量（10～20ms）的圆箔式辐射式热流传感器一直在我国的军工企业制造和使用。

80年代初，为了配合我国节能工作的需要，由国家投资、北京自动化技术研究所（现为北京自动化技术研究院）承担了仿制日本昭和电株式会社的HFM-101和HFM-115型热流计及配套线绕式热流传感器，国产后的型号为CHF并一直生产销售至今。

近几年，我国的一些科研院所也进行过薄膜热流传感器的研制并取得了成功，但遗憾的是至今没有形成工业化生产。

一般的应变片，不管是金属应变片，还是半导体应变片，都是基于材料的压阻效应——应力使电阻发生改变的现象来工作的。（另外，也有采用压电效应来工作的应变片。）半导体应变片的特点：在较小功耗下具有较高的灵敏度和较大的电阻变化。金属应变片的特点：温度稳定性较好，线性度高，应变范围大（可达到4%，而半导体应变片只能达到0.3%），使用方便（可贴敷在弯曲表面上）。

分金属热电阻传感器和半导体热电阻传感器2种类型。

金属热电阻传感器成本高，互换性好，一般用于工业使用，半导体热电阻传感器成本低，阻值变化高，一般用于冰箱空调等物品上，精度差。

热电阻是把温度变化转换为电阻值变化的一次元件，通常需要把电阻信号通过引线传递到计算机控制装置或者其它一次仪表上。工业用热电阻安装在生产现场，与控制热电阻温度传感器室之间存在一定的距离，因此热电阻的引线对测量结果会有较大的影响。

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