Design and Implementation of an Ultrasonic Heat Meter Based on MSP430F437

Flowing with the reform of the hot water heating method in China, heat meter will enter into households in the near future. A portable ultrasonic heat meter is designed in this paper. The meter uses chip microprocessor MSP430F437 as the data process core, and uses ultrasonic flow sensor to measure flow rate of the hot water, and capture input and output temperatures of the hot water using the thermal resistance sensor Ptl000, and then household energy consumption is calculated via temperature difference between input temperature and output temperature of the hot water multiplied by volume of hot water that is calculated though flow rate integration of hot water. In order to test the performance of the proposed heat meter, experiments is carried out. Both the temperature and flow measurement results satisfy the requirements of accuracy and the heat meter is effective in the heat measurement.

基于微型空间相机的红外加热笼仿真与设计

在航天器热控技术领域,常采用红外加热笼模拟各表面的到达外热流,但随着模拟表面特征尺寸的逐渐变小,需要重新评估该模拟方法的合理性和准确性。本文基于某微型空间相机,以对外热流最为敏感的散热面为研究对象,开展红外加热笼仿真分析与优化设计的研究。采用有限元法建立红外加热笼-黑片热流计的系统仿真模型,分析了传统红外加热笼控制方法对模拟表面总到达能量和热流密度均匀性的影响。基于上述结果,通过适当扩大加热笼尺寸和调整热流计粘贴位置,提高模拟表面的热流密度均匀性,保证总到达能量满足保守设计原则。对比分析得出,优化设计前后散热面热流密度的统计方差由102.0下降至27.0、均匀性提升效果显著。本文研究内容也可为其他空间微小表面外热流的准确模拟提供参考、借鉴。

基于平面热源-热流计法确定墙体热阻的影响因素分析

通过试验验证了平面热源-热流计法测试墙体热阻的可行性,并利用ANSYS软件建立墙体二维传热模型,通过模拟计算研究了平面热源加热面积、墙体两侧温差、测点布置和双面加热对墙体热阻值的影响。研究结果表明:墙体冷热侧温差越大,达到稳定传热时间越长,导致热阻值误差更大,建议墙体两侧温差在20℃时进行热阻测试;加热面积从0.3 m×0.3 m增大到1.2 m×1.2 m,使得一维传热区大小从0.11 m增加到0.27 m,热阻值误差降低至0.5%;测试测点应布置在靠近水泥砂浆层的区域;双面加热测试热阻值误差比单面加热低2%。

单侧热绝缘热流计校准装置的研制

热流计是量化热能转移的仪器。为解决非对称平面热流计、热流传感器校准的难题,基于绝对法原理,对保护板法进行改进,建立一种单侧热绝缘的热流计校准装置,由主加热器、绝热层、保护加热器、功率输出系统、温度反馈调节系统和数据采集系统组成,装置可溯源至标准功率计。在400~1 000 W/m2范围内对装置进行验证,测试结果与传统保护板法热流计校准装置标定结果基本一致。根据测试结果评估电流源偏差、背向和侧向热损失、蓄热损失、测量重复性、面积不一致、装载方式对测量结果的影响。经过实验和分析,该装置的不确定度可以达到3%以内。

影响超声波热量表流量传感器检定结果的因素研究

超声波热量表作为一种先进的流量测量工具,在热能计量领域发挥着举足轻重的作用。其核心原理在于利用超声波在流体中的传播速度来推算流体流量,从而实现对热能消耗的精确计量。然而,在实际应用过程中,超声波热量表的测量精度并非一成不变,而是受到多种因素的影响。本研究通过对比不同条件下的实验结果,揭示各因素的作用机理和影响规律,旨在为超声波热量表的优化设计和实际应用提供科学依据。

自保温砌块墙体在夏热冬冷地区的传热性能研究

对陶粒泡沫混凝土砌块、加气混凝土砌块、黏土砖以及细石空心混凝土砌块(填充聚苯板/未填充聚苯板)5种砌体材料进行研究,并建立了多材料围护结构模型,采用热流计法同步测试了各墙体的传热系数。此外,还对墙体的热稳定性以及温差、环境温度以及温度传感器的分布对传热系数的影响进行了分析。结果表明,190mm厚陶粒泡沫混凝土砌块和加气混凝土砌块墙体以及290mm厚填充聚苯板的细石空心混凝土砌块墙体的传热系数均<1.0W/(m2·K);虽然陶粒泡沫混凝土砌块的传热系数与填充聚苯板的细石空心混凝土砌块基本相同,但前者块体容重却远比后者低。此外,还得到了陶粒泡沫混凝土砌块墙体传热系数的线性预测模型。

冻土导热系数热流计法模拟试验及成果分析

导热系数表征物体内部较热部分向较冷部分传递热量的能力,冻土导热系数是冻土区天然温度场变化研究和土木建筑热工计算中的重要指标.介绍了冻土导热系数热流计法测试的仪器设备和试验方法,对取自大兴安岭多年冻土带的5种典型扰动土料,分别进行冻融两种状态下热流计法模拟试验.通过回归分析,得到估计这5种冻土导热系数的经验公式,同时分析了影响冻土导热系数的一些因素和规律.

红外加热笼模拟航天器瞬变外热流的方法研究

以某型号航天器热平衡试验为工程应用背景 ,采用理论分析、仿真研究和实验研究相结合的方法 ,建立了红外加热笼和热流计的动态数学模型 ;在此基础上 ,讨论了利用红外加热笼作为热流模拟元件 ,绝热型热流计作为测量元件 ,模拟航天器在轨飞行时表面到达热流密度瞬态变化的方法和技术。

双探针型海底热流计的结构优化

本文在现有海底热流探针制作技术条件下,首先建立了脉冲式双探针海底测量单元的有限元数值模型,模拟获得多组参数F的温度-时间数据,作为"实测"数据,再用脉冲加热有限长线热源(PFLS)模型求解待测介质热导率及其相对误差上限(RE_(λ-UL)),并以RE_(λ-UL)最小为原则,对双探针热流计的结构进行优化.结果表明:(1)在不同探针脉冲强度(q)、温度测量误差(ΔT_m)和探针长度(L)组合下,都存在最佳探针间距(Best_r),使得RE_(λ-UL)降到最低;(2)随着q增大或ΔT_m减小,Best_r逐渐增大;(3)当q、ΔT_m及探针半径(a)都给定时,Best_r与探针长度(L)呈线性正相关;(4)当a=1.0 mm,且q、ΔT_m分别取为628.0～1100.0 J·m^(-1)、0.5～1.0 mK,若L在20.0～42.0 mm之间时,则Best_r在18.0～30.0 mm之间,此时介质热导率相对误差上限可控制在5.5%以内,同时测量温度可在6 min内达到最大值,即脉冲加热开始后,温度测量只需约7 min,便可满足介质热导率的求解,这比目前常用的Lister型热流计所需海底测量时间缩短8 min左右.

热流计的发展、国际领先技术与改进方向研究

热流计是热能转移过程的量化检测仪器,国外已经大量应用在发电、炼钢、化工产品的分解与合成、建筑采暖、空调等热力过程的能耗检测与热能设施的安全保护检测,而我国还处于推广初期。研究自有知识产权的热流计是基于国家经济的发展对节能的迫切需要,创新研究要高于现有技术必须对国内、外现有的技术进行深入的研究,发扬其优势、改进其不足。广泛检索、消化国内、外专利成果与实用技术的基础上对热流计的发展历程进行了概括、对已有的热流计进行了分类、归纳热流计原理和制作方法,综合比较、分析提炼出性价比和通用性最高的绕线热阻式热流计测头及核心技术热电堆,指出其存在的问题和改进的方向。为下一步创新奠定坚实基础,最终使研究获授予中国发明专利权。

热流计校准装置测量控制系统的建立

对采用绝对法的检零式箔加热热流源进行了改进,建立了校准热阻式热流计的整套新控制装置。采用PID调节实现主加热器与辅助加热器之间绝热面的零热流控制,基于LabVIEW软件平台实现整个装置的自动化控制、数据采集及处理。对检零热流计的热损失进行了实验评价和修正。校准结果因控制系统引起的标准不确定度优于1%。

建筑围护结构传热系数现场检测装置研制

建筑围护结构传热系数检测是建筑节能检测中的重要项目,为在现场准确测量围护结构的传热系数,将用于实验室测试围护结构传热系数的热箱法与用于现场测试的热流计法结合起来,设计并制作了现场检测围护结构传热系数的实验装置。热箱能够人为控制室内检测环境,使室内外温度差达到检测要求,弥补了热流计法只能在采暖季节测试的不足,提高了检测效率及准确度。通过对某建筑物墙体进行了现场检测,实验结果表明该现场检测装置测试时间短、准确度高。现场检测得到的传热系数比理论计算值高约55%,建议将建筑围护结构的现场检测结果和理论计算值作为评价其节能效果的综合指标。

7种木塑材料墙体的热工性能分析

木塑材料具有良好的装饰性、加工安装性能和物理力学性能,经济环保,是近年来新兴的一种新型材料。运用"热流计法",测量了5种木塑复合墙体和2种木塑单一板材墙体的传热系数,参照JGJ134-2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》的要求,得出以下结论:①普通砖墙(10 mm厚水泥砂浆+240 mm厚实心黏土砖+10 mm厚水泥砂浆)已不能满足新规范的热工要求。②当建筑的体型系数≤0.4时,4种复合墙体都能满足规范要求。当体型系数>0.4时,试件2(普通砖墙+40 mm厚木塑龙骨+20 mm厚木塑板)不能满足规范要求;试件3(普通砖墙+40 mm厚木塑龙骨+外喷25 mm厚发泡聚氨酯+20 mm厚木塑板)、试件4(普通砖墙+40 mm厚木塑龙骨+30 mm厚木塑板,内填发泡聚氨酯)、试件5(普通砖墙+20 mm厚木塑龙骨+60 mm厚木塑板,内填发泡聚氨酯)均能满足规范要求。③试件3的传热系数最小,热工性能最好,构造最经济合理。④单一板墙比复合墙体厚度薄、自重轻,保温性能较高,更适合用作隔墙。60 mm厚单一板墙即可满足内隔墙的最低热工要求。120 mm厚单一板墙可满足外墙的热工要求。

竹结构建筑外墙热工性能测试与分析

为了对已建成竹结构建筑外墙的热工性能进行评价,采用控温箱-热流计法对现代竹结构抗震安居房外墙(抹灰和挂板两种饰面)传热阻进行了实测与分析。结果表明:控温箱-热流计法测试竹材墙体传热阻时误差较大,影响墙体传热阻的主要因素为竹材墙体内部结构组成及测试位置;抹灰饰面外墙平均实测传热阻为1.52(m2.K)/W,传热系数为0.66 W/(m2.K),可应用在夏热冬冷、夏热冬暖地区,4层及以上建筑可达到节能65%标准;挂板饰面外墙平均实测传热阻为2.71(m2.K)/W,传热系数为0.37 W/(m2.K),可以应用在夏热冬冷、寒冷地区和严寒地区,并达到节能65%的标准。

蚝壳墙传热系数现场测试研究

在被动技术日益受到重视的今天,作为传统岭南建筑墙体构造之一的蚝壳墙因为其优良的隔热性能,重新引起了人们的关注。为了得到蚝壳墙的相关热工参数,利用双面热流计法,对沙湾镇的一座蚝壳墙建筑进行了现场测试。实验结果表明,蚝壳墙传热系数较小,且温度和热流的衰减与延迟作用非常明显。

TDC-GP21在超声波热量表中的应用

介绍了基于增强型高精度时间数字转换芯片TDC-GP21的超声波热量表的具体设计方案。流量测量采用超声波时差法原理,利用MSP430F4152单片机控制TDC-GP21进行超声波传播时间和流体温度差的测量,提高了系统的测量精度,大幅降低了系统的功耗和成本。通过流量标定,系统测量结果可达热量表行业标准2级表要求。

青藏工程走廊带多年冻土导热系数测试方法对比研究

为分析不同测试方法对青藏工程走廊带内多年冻土导热系数测试结果的影响规律,指导冻土工程的热工设计和为走廊带内冻土导热系数的测试方法选择提供依据,搭建了稳态对比法、稳态热流计法、瞬态平面热源法和瞬态热线法冻(融)土导热系数试验测试平台,运用理论模型对稳态对比法测试过程中径向漏热量进行了估算,分别从测试结果准确性、适用土性类别和适用场合等方面对各类测试方法进行了对比。结果表明:稳态对比法试验结果与文献理论值相差较大,测试过程中径向漏热量无法忽略;稳态热流计法和瞬态平面热源法的测试结果与理论计算值具有较好的一致性,80%以上的测量值与理论值相对误差小于±15%;瞬态热线法测试结果整体偏小,冻、融土平均偏小17.75%和15.03%.考虑到瞬态平面热源法测试结果准确,测试时间短,样品需求量小,因而是一种合适的青藏工程走廊带冻(融)土导热系数大规模测试方法。

基于热示踪法的低产液井流量测量误差分析

基于热示踪法的流量计可以较好对低产液流量进行测量，针对实验室已研制出的热示踪流量计仪器的测量误差产生原因进行系统分析，首先对热示踪流量测量原理及仪器结构进行了介绍，然后依托所开发样机，在油田实际标准井中对3～30 m3/d的低产液流量范围进行实验测试。实验结果表明，在下限流量段时，对流换热对测量结果影响较大，所引起的误差可使实际测量值高于标准流量值；而在上限流量段时，对流换热影响较小，其测量误差主要由系统响应误差引起，该误差可使实际测量值低于标准流量值。通过对测量误差产生原因进行详细分析，为实际测试资料的准确解释与评价奠定基础。

FRY型服装热性能测试仪的研制、改进和应用

论述了自行研制的 FRY型服装热性能测试仪的测量原理和结构特点 .分析了用该仪器在人体着装条件下测量服装热阻的实验数据 .结果表明 ,测试结果基本可靠 .针对其使用中出现的放大电路工作不稳定、程序容易“跑飞”以及被测物理量无直观显示等问题 ,采用调整放大倍数、重新编写程序以及增加面板显示等措施 ,对模拟放大和数据处理部分作了较大改进 .改进后的仪器已实际用于教学和科研 ,取得了较好效果 .

双探针型海底热流计数据解算模型选取

选取适合于双探针型海底热流计数据解算的简化模型,是双探针型海底热流计结构优化的理论基础,对提高海底热流数据解算精度具有重要意义。本文基于脉冲式双探针海底工作的有限元数值模型,对双探针的脉冲加热时间、体生热率、热物性、长度及半径等因素在双探针脉冲法的3个线热源简化模型中所引起的模型误差作了详细的分析和讨论,并以模型误差最小为原则选取简化模型。结果表明:1)脉冲加热有限长线热源(PFLS:pulsed finite line source)模型是双探针脉冲法中较为实用的简化模型,它可消除加热时间和探针长度对介质热物性参数求解的影响;2)在PFLS模型下,探针热导率对待测介质热物性测量的影响可以忽略;而探针间距越大、半径越小及其体积比热容与待测介质越接近,则所求介质热物性的模型误差就越小;在保证温度传感器能有效记录到温度变化的前提下,探针脉冲功率的大小基本不影响介质热物性求解的模型误差。