研讨会#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，但热传递对于工程应用同样重要。车间使用热电偶和热流传感器的组合来同时测量这两个量。传感器输出由数据采集板（DAQ）读取，数据采集板通过USB端口连接到笔记本电脑。计算机上加载一个程序，以图形方式显示结果并提供一个控制面板。

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的变化。热流是每表面积（q）的热传递，单位为瓦特/平方米。这类似于功率密度。它通过封装在塑料盖中的薄平面传感器进行测量。它输出电压（E），根据提供的校准（S），该电压与热流成正比，通常以微伏/瓦特/每平方米表示，

𝑞”=𝐸/𝑆

当提供传感器校准值时，计算机程序自动进行此转换。

图1热通量传感器套件组件

为了测量温度，提供了两个热电偶。一个作为热流传感器的一部分连接。另一组是一组单独的导线，一端焊接在一起形成热电偶接头。热电偶测量从该连接点到导线另一端连接点的温差。DAQ自动测量连接温度并调整电压输出以给出绝对温度值。

总之，这允许直接测量单个温度和温差。热传递由温差驱动。在较高温度下总是有热能源移动到较低温度下的能量汇。因此，了解工程系统中的源和汇温度以及由此产生的热流非常重要。

热流传感器套件提供如图1所示的组件。包括一个热流传感器，带有热电偶、第二个单独的热电偶、数据采集卡、铝试样、铝翅片、一小块木头、薄加热器和一小块布。加热器的设计目的是从DAQ获取能量，为一些车间提供热源。许多研讨会使用人体作为热源，这样可以在测量结果的同时感受热过程。

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，或者放置在两个物体之间，以将其固定到位。可以在传感器顶部使用单面胶带，也可以在传感器和表面之间使用双面胶带。无论哪种情况，目标都是在整个传感器和表面之间建立良好的接触，以获得良好的读数。

研讨会#1-介绍作业

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。有色电线的放置非常重要。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）。接下来的两个用于第二个热电偶（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.切换屏幕上的开关，以确保数据采集和加热器均正常工作。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，热流传感器的输出是定向的。在一个方向上，热流应为正值，如果传感器翻转，输出应为负值。然而，热电偶仅测量某个位置的温度。它没有正值和负值。在所有情况下，如果导线断开或断开，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W/m2为单位的热流，第三列是传感器温度（℃），第四列是第二温度（℃）。

图3计算机操作屏幕

图2 DAQ接线图

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。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。它产生和使用的能量最终必须离开身体，以热能或功的形式进入环境。与产生的总能量相比，产生的净功通常较小。因此，衡量“燃烧的卡路里”的一个直接指标是从身体到环境的净热传递。

在本次研讨会中，您面临的挑战是通过使用热通量传感器系统测量身体的热传递来估计您一天燃烧的卡路里。人体的典型表面积为1.5到2.5平方米，具体取决于人的大小。估算表面积的常用公式如下：

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当高度H以米为单位，体重m以千克为单位时，面积以m^2为单位。

为了进行测量，只需将热通量传感器贴在暴露的皮肤和衣服下面的身体不同部位。可以在传感器顶部使用单面胶带，也可以在传感器和皮肤之间使用双面胶带。在任何一种情况下，目标都是在整个传感器表面和皮肤之间建立良好的接触，为通过传感器的热传递提供良好的通道，如图所示。如果引线朝外，则热流应为正值。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。然后平均温度和热流值，并使用估计的身体面积来计算每天损失的总热量，单位为瓦特和卡路里。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

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研讨会#2-身体代谢结果

您的挑战是通过使用热通量传感器系统测量身体的热传递来估计您一天燃烧的卡路里。将热通量传感器贴在暴露的皮肤和衣服下面的身体不同部位。显示下面的值并指出它们的位置。然后平均温度和热流，并使用估计的身体面积来计算每天损失的总热量，单位为瓦特和卡路里。显示您的所有工作和使用的公式。

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？

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