传热车间1热流传感器介绍

本系列研讨会旨在帮助您了解传热和温度。

温度是大多数人测量的，但传热对工程同样重要

应用。车间使用热电偶和热通量传感器的组合进行测量

这两个量同时存在。传感器输出由数据采集板（DAQ）读取

其通过USB端口连接到膝上型计算机。在计算机上加载一个程序

以图形方式显示结果并提供控制面板。热传递研讨会2身体代谢介绍

任务：观看有关热量和温度的介绍视频

人体是一个复杂的化学反应器，其所有活动都使用新陈代谢。这个

它所产生和使用的能量最终必须离开身体，进入环境中，或者

热或功。与总能量相比，产生的净功通常较小

产生。因此，直接测量“燃烧的卡路里”的一个指标是来自空气的净热传递

身体对环境的影响。

在本次研讨会中，您面临的挑战是通过测量来估计您每天燃烧的卡路里

通过热通量传感器系统从身体传递的热量。人体具有典型的

表面积为1.5至2.5平方米

，这取决于人的大小。一个常用的曲面估计公式

面积为

𝐴𝐴𝑠𝑠 = �𝑯𝑯 𝒎𝒎

𝑪𝑪𝟏𝟏

其中C1＝36kg/m

当高度H为米，体重m为米时，面积以平方米为单位

公斤。

要进行测量，只需将热通量传感器贴到身体的不同部位

暴露的皮肤和衣服下面。单面胶带可用于传感器顶部，或

传感器和皮肤之间可以使用双面胶带。无论哪种情况，目标都是创建

整个传感器表面和皮肤之间的良好接触为热量提供了良好的通道

通过传感器传输，如图所示。如果引线

他们面朝外。检查您是否正在测量正热流。如果没有，请翻转传感器。

显示工作表上的值，并指出取值的位置。然后求平均值

温度和热通量值，并使用估计的身体面积来计算两者中损失的总热量

瓦特和卡路里每天。显示您的所有工作和使用的公式。

注：一卡相当于约4.2 kJ。

1英寸=0.0254米。

1磅＝0.454千克

热传递研讨会2身体代谢结果

名称

你的挑战是通过测量热传递来估计你一天燃烧的卡路里

从你的身体和你的热通量传感器系统。用胶带将热通量传感器粘到机器的不同部位

身体暴露在皮肤和衣服下面。显示下面的值并指出它们的位置

被带走了。然后平均温度和热通量，并使用您估计的身体面积来计算温度

每天损失的总热量（瓦特和卡路里）。显示您的所有工作和使用的公式。

位置：暴露/未暴露表面温度（ºC）qч（W/m2

)

1.

2.

3.

4.

平均的

估计的体表面积=

H=

m=

总q=

每天卡路里=

这个数值与你通常的卡路里摄入量相比如何？

如果存在差异，为什么会出现差异？

为什么当皮肤暴露（未覆盖）时，热通量更高？

为什么皮肤暴露（未覆盖）时表面温度较低？

©2019年弗吉尼亚理工大学医学系T.E.Diller

传热车间3翅片介绍

任务：看看翅片效率的定义，以及它与温度的关系

在鳍中的分布。比较测量值和理论值。

在本车间中，您使用薄铝片作为翅片，该翅片由薄膜供电

随套件提供的加热器。热流计可用于测量总传热

提供给翅片。翅片效率对这种相对于翅片的实际传热有一个简单的定义

如果整个散热片处于基准温度，则会发生最大传热。

𝜂𝜂𝑓𝑓 = 𝒒𝒒𝒇𝒇

𝒉𝒉 𝑨𝑨𝒇𝒇(𝑻𝑻𝒃𝒃𝒃𝒃𝒃𝒃𝒃𝒃 − 𝑻𝑻∞)

h是传热系数，Af是翅片的总表面积，qf是实际传热

从鳍上。Af=2 w L+2 t，其中w=宽度，L=距底座的长度，t=厚度。

图1示出了沿翅片长度的典型温度分布的示例。图2是一个示意图

安装在加热器和热流传感器上的铝翅片图片。

图1样品翅片温度分布

直翅片的理论给出了如下翅片效率：

𝜂𝜂𝑓𝑓 = 谭(𝑚𝑚𝑚𝑚)

𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑤𝑤ℎ𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑚𝑚𝑓𝑓 = �ℎ (2𝑤𝑤 + 2.𝑡𝑡)

𝑘𝑘 𝑤𝑤 𝑡𝑡

根据传热系数h和翅片的热导率k

双曲正切函数是一种特殊的指数函数。这些值可以是

在一些计算器上确定或在线查询。

20

25

30

35

40

45

50

55

60

0 5 10

温度（℃）

x距离（厘米）

图2：安装在传感器顶部的散热片

和加热器

传热车间3翅片结果

名称

您的挑战是测量所提供翅片的传热并计算翅片

效率开始之前，测量散热片的尺寸并记录尺寸。如图1所示

如图所示，将加热器放置在任何低电导率表面上，然后放置热流计和小端

由薄铝板制成。使用小木块将所有这些固定到位。这种安排

将迫使来自加热器的大部分功率通过加热器

热传递（q）是热能随时间的运动。典型的单位是瓦特，

与功率相同，功率是机械能随时间变化的运动。热流是热

单位为瓦特/平方米。这类似于功率

密集它是通过一个薄而平的传感器测量的，该传感器封装在一个塑料盖中。它输出一个

根据所提供的校准，电压（E）与热通量成正比，

通常以微伏/瓦/平方米给出，𝑞𝑞” = 𝐸𝐸/𝑆𝑆. 计算机程序

当提供传感器的校准值时，自动进行此转换。

为了测量温度，提供了两个热电偶。一个作为热流的一部分连接

传感器另一组是一组单独的导线，一端焊接在一起形成热电偶

交叉路口热电偶测量从该连接点到连接点的温差

导线另一端的点。DAQ自动测量连接温度和温度

调整电压输出以给出绝对温度值。

总之，这允许直接

两个个体的测量

温度和温差。

热传递由温度驱动

差别总有一个来源

在较高温度下的热能

移动到较低位置的能量接收器

温度因此，它是重要的

为了知道源和汇温度

以及在工程中得到的热通量

系统

热流传感器套件提供以下功能：

如图1所示的组件。包括：

具有热电偶的热通量传感器

第二个单独的热电偶，一个DAQ，一个

铝片、铝翅片，

一小块木头，一个薄加热器

和一小块布。这个

加热器的设计目的是从DAQ获取功率，为某些设备提供热源

讲习班。许多工作室将人体作为热源，让你感觉

测量结果时的热过程。

为了进行测量，将热流传感器置于热源和散热器之间。这

可以像一张桌子和你的手或手臂以及周围的空气一样简单。热通量传感器

可以用胶带固定在一个表面上，也可以放置在两个物体之间以将其固定到位。可以使用单面

传感器顶部或双面胶带可用于传感器和表面之间。在任一种情况下

在这种情况下，目标是在整个传感器和表面之间建立良好的接触，以获得良好的性能

阅读

图1热通量传感器套件组件

传热车间1介绍作业

名称

1.观看有关热量和温度的介绍视频。

2.组装您的系统。确保接线正确，如图2所示

彩色电线很重要。从左侧开始，前两根导线是热流传感器（白色

然后是红色）。接下来的两根导线是热电偶（蓝色，然后是红色）。接下来的两个是第二个

热电偶（蓝色，然后是红色）。加热器的最后两条导线都是黑色的。

3.确保计算机上安装了正确的计算机程序。

4.将DAQ插入USB端口（至少2.0或更高版本）。

5.启动程序。应出现如图3所示的屏幕。

6.拨动屏幕上的开关，以确保数据采集和加热器均正常工作

工作红色按钮在操作时应变为绿色。

7.记录从源到汇的热流和传感器温度。请注意

热流传感器是定向的。在一个方向上，热通量读数应为正值，如果传感器为正值

翻转输出应为负值。然而，热电偶仅测量温度

在一个位置。它没有正值和负值。在所有情况下，如果导线断裂或断裂

如果断开连接，输出将非常大且无响应。使用“保存”按钮创建excel

文件该文件将有四列，以秒为单位开始，然后是以秒为中心的热流

W/m2

，第三列是传感器温度（℃），第四列是第二温度（℃）。

测量说明：

q”=T=

这些值是否符合您的预期（包括符号和方向）？

解释原因。

图2 DAQ布线图。图3计算机操作屏幕。

©2019 T.E.D