1、UDC 691. 07 : 536. 2. 02 Q 10 G昌中华人民共和国国家标准GB/T 13475-92 建筑构件稳态热传递性质的测定标定和防护热箱法Building element-Determination of steady-state thermal transmission properties-Calibrated and guarded hot box 1992-06-04发布1993-03-01实施国家技术监督局发布目次位围H单范川和用号适u符-J,. ii 容准J内标在题用语理主引术原币19qJA哇5 装置. ( 4 ) 6 测量步骤. . . . ( 6 ) 7 计
2、算.(7 ) 8 结果评价. . . . ( 7 ) 9 测量报告. . . . . . ( 7 ) 附录八表面换热及环境温度(补充件)( 9 ) 附录B误差分析(参考件卜.(1 1 ) 附录C装置品质检验(参考件h.(1 7 ) 附录D装置设计(参考件川.(1 9 ) 中华人民共和国国家标准建筑构件稳态热传递性质的测定标定和防护热箱法Building element-Determination of steady-state thermal transmission properties-Calibrated and guarded hot box GB/T 13475-92 本标准等效采用
3、国际标准草案ISO/DIS8990(绝热一一稳态传热性质的测定一一标定和防护热箱法儿许多建筑构件中的热传递是导热、对流和辐射三种方式的复合过程。本标准所描述的方法只测量在给定的温差情况下，从试件一侧传向另一侧的总传热量而不单独考虑某一种传热方式。然而热传递性质经常与试件本身、试件尺寸、传热方向、温度、温差、空气速度和相对湿度有关。因此，测试条件应尽量与预定的使用条件一致。1 主题内容与造用范围本标准规定了实验室测定板状建筑构件和工业用类似构件稳态热传递性质(传热系数或比热阻)的测量过程、装置要求和必需报告的数据。本标准适用于垂直试件(如墙)和水平试件(如屋面板和楼板)，不适用于特殊的构件(如窗
4、)。本标准规定了两种可供选择的方法:标定热箱法和防护热箱法。本标准不考虑湿迁移、水气的重新分布和相变对热流测量的影响以及热传递与通过试件的空气传质复合作用，但测定时，应考虑湿迁移对测试精度产生的影响。2 引用标准GB 4132 绝热材料名词术语GB 10294 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法GB 10295 绝热材料稳态热阻及有关特性的测定热流计法3 术语、定义、符号和单位3. 1 术语和定义除下述规定的术语外，本标准所用术语按GB4132规定。3. 1. 1 环境温度T.空气温度和辐射温度的加权值，用于确定试件表面的热流量，见附录A。3.1.2 表面换热系数h稳定状态下，构件表面
5、与周围环境之间的热流密度和温度差的比值。3.1.3 传热系数U通过构件的热流密度除以两侧环境温度之差。3.1.4 总比热阻Ruf在热系数的倒数。国家技术监督局1992-06-04批准1993-03-01实施GB/T 13475-92 3. 2 符号和单位本标准所用符号及其单位见表10表1符号名称单位Ru 总比热阻m .K!W R 比热阻m2 K!W U 传热系数W/m2K h 表面换热系数W/m K c 热导率W/mK Q 热流量w Qp 加热或冷却的总输入功率w Q , 通过试件计量面积的热流量w Q2 计量箱周边区域平行试件的不平衡热流量W Q3 通过计量箱壁的热流量w Q. 绕过试件侧面
6、的迂回热损W Qs 在试件边界处平行试件的周边热损w A 垂直于热流的计量面积n q 热流密度W/m2 d 试件厚度盯11飞空气温度K T , 平均辐射温度K T. 环境温度K T , 表面温度K 3.3 脚标符号本标准所用的脚标符号及含义见表2。表2符号意义e 侧一侧一热一冷一为一为一1常一常一阳阳通一通一泪亚，!田，:-!的一的一-d部一部一内一外一S 2 GB/T 13475 - 9 2 续表2符号意义r 明一明一时n c 4 原理4. 1 概述本标准基于一维稳态传热原理，在试件两侧的箱体(冷箱和热箱)内，分别建立所需的温度、风速和辐射条件，达到稳定状态后，测量空气温度、试件和箱体内壁的
7、表面温度及输入到计量箱的功率，就可计算出试件的热传递性质。试件表面的热交换包括对流和辐射。对流和辐射的传热作用综合在环境温度的概念中，见附录A。对于低比热阻试件来说，表面换热系数是传热系数的一个重要部分，因此正确确定环境温度尤为重要。对高比热阻试件，如果试件任何一边空气温度和辐射温度的不同不影响准确度，那么可以只记录空气温度。4.2 防护热箱法防护热箱法中，计量箱置于防护箱内见图1)。控制防护箱的环境温度，使试件内不平衡热流量Qz和流过计量箱壁的热流量Q3减至最小。4.3 标定热箱法标定热箱法的装置(见图2)置于一个温度受到控制的空间内，该空间的温度可与计量箱内部的温度不同。采用高比热阻的箱壁
8、使得流过箱壁的热流量Q3尽量小。输入的总功率Qp应根据箱壁热流量也和侧面迂回热损队进行修正。流过箱壁的热流量Q3和侧面迂回热损Q4应该用已知比热阻的试件进行标定(参见附录C)，标定试件的厚度、比热阻范围应同被测试件的范围相同，其温度范围亦应与被测试件试验的温度范围相同。鼻锥试件框架图1图23 G/T 13475-92 5装置由于被测构件种类和测试条件是多种多样的，因此，本章不指定一个设备的特殊设计或尺寸，只给出必须遵循的要求以及必须考虑的内容。图1及图2表示被测试件的典型布置型式及装置的主要组成部分;图3及图4表示另外一些可供选择的布置型式。热箱阳冷箱图3图45.1 计量箱计量面积必须足够大，
9、使试验面积具有代表性。对于有模数的构件，计量箱尺寸应精确地为模数的整倍数。计量面积的尺寸取决于试件的最大厚度，参照GB10294规定的原则确定试件大小同厚度的比例关系。计量箱壁应该是热均匀体，以保证箱壁内表面温度均匀，便于用热电堆或其他热流传感器测量流过箱壁的热流量也。Q3的不确定性引起Ql的误差不应大于士0.5%。箱壁应是气密性的绝热体。可以用泡沫塑料或者用中间为泡沫塑料井有适当面层的夹心板做成。箱壁的表面辐射率应大于0.8。防护热箱装置中的计量箱的鼻锥应紧贴试件表面以形成一个气密性的连接。鼻锥密封垫的宽度不应超过计量宽度的2%.最大不超过20mm。供热及空气循环装置应保证试件表面有均匀的空
10、气温度分布，沿着气流方向的空气温度梯度不得超过2K/m。平行于试件表面气流的横向温度差不应超过热、冷侧空气温差的2%。通常采用电阻加热器作为热源。热源应用绝热反射罩屏蔽使得辐射到计量箱壁和试件上的辐射热量减至最小。采用强迫对流时，建议在计量箱中设置平行于试件表面的导流屏。导流屏应与计量箱内面同宽，而上下端有空隙以便空气循环。导流屏在垂直其表面方向上可以移动，以调节平行于试件表面的空气速度。导流屏表面的辐射率亦应大于0.8。在垂直位置测量时，自然对流所形成的循环应能达到所需的温度均匀性和表面换热系数。当空气为自然对流时，出件同导流屏之间的距离应远大于边界层的厚度，或者不用导流屏。当自然对流循环不
11、能满足所要求的条件时，应安装风扇。风扇电动机安装在计量箱中时，必须测量电动机消耗的功率并加到4 GB/T 13475-92 加热器消耗的功率上。如果只有风叶在计量箱内，应准确测量轴功率并加到加热器消耗的功率上，使得试件热流量测量误差小于士0.5%，建议气流方向与自然对流方向相同，计量箱的深度在满足边界层厚度和容纳设备的前提下应尽量小。5. 2 防护箱防护箱的作用是在计量箱周围建立适当的空气温度和表面换热系数，使流过计量箱壁的热流量也及试件不平衡热流量也减到最小。防护面积大小及边界绝热应满足:当测试最大预期比热阻和厚度的均质试件时，由周边热损Q5引起的热流量也的误差应小于士0.5%。防护箱内壁的
12、辐射率，加热器屏蔽等要求与计量箱相同。防护箱内环境的不均匀性引起不平衡误差应小于土0.5%。为避免防护箱中的空气停滞不动，通常需要安装循环风扇。5.3 试件框架试件框架的作用主要是支承试件。标定热箱装置中试件框架是侧面迂回热损的通路，因此是一个重要的部件，朝向试件的面应由低导热系数的材料做成。典型的防护热箱装置中，不用试件框架，用边界绝热的方式将Q5减到最小。如果使用试件框架，应按5.2条的要求，使Q5减到最小。5.4 冷箱标定热箱装置中，冷箱的大小取决于计量箱的大小;防护热箱装置中，冷箱的大小取决于防护箱的大小。可采用如图1到图4所示的布置。箱壁应绝热良好井防止结露，箱壁内表面的辐射率、加热
13、器的热辐射屏蔽及温度均匀性的要求与计量箱相同。制冷系统的蒸发器出口处可设置电阻加热器，以精确调节冷箱温度。为使箱内空气温度均匀分布，可设置导流屏。建议气流方向与自然对流方向相同。电机、风扇和蒸发器应进行辐射屏蔽。空气速度应可以调节，测量建筑构件时，风速一般为O.110 m/s。5. 5 温度测量测量空气温度和试件表面温度的温度传感器(一般采用热电偶)应该尽量均匀分布在试件表面上，并且热侧和冷侧互相对应布置。测量所有与试件进行辐射换热表面的温度，以便计算平均辐射温度。除非己知道温度的分布，各种用途的温度传感器数量至少为每平方米两支，并且不得少于9支。为提高精度，可用示差接法测量试件两侧的空气温差
14、、表面的温差和计量箱壁两侧的表面温差。5.5.1 装置和试件表面的温度测量采用热电偶时其线径应小于0.5mm。热电偶的接点及至少100mm长的偶丝应沿等温面布置，用粘结剂或胶带固定在被测表面以形成良好的热接触，其表面用辐射率与被测表面相同的材料覆盖。5.5.2 空气温度测量应对温度传感器进行热辐射屏蔽。在自然对流情况下，温度传感器应该置于边界层的外面。多数情况下层流边界层厚度为儿厘米;紊流情况下边界层的厚度可能超出0.1m。强迫对流时，试件与导流屏之间应有完全扩展的紊流。应设置温度传感器测量空气的容积温度(绝热1昆合温度)。5.5.3 热电堆用于监视流过计量箱壁热流量的热电堆接点的安装要求与5
15、.5. 1的要求相同，并且每0.25m2至少要有一个接点。5.6 温度控制稳态时，至少在两个连续的测量周期内计量箱内温度的随机波动和漂移应小于试件两侧空气温差严3 GB/T 13475-92 的士1%。本要求原则上亦适用于防护箱和冷箱，防护箱的温度控制引起的附加不平衡误差应小于土0.5%。5. 7 仪器植差测量的准确度应高于试件两侧空气温差的士1%，建议测量仪表增加的不确定性应小于士0.05Ko绝对温度测量的准确度为两侧空气温差的土5%。热电堆的输出、加热器及风扇的输入功率等的测量仪器的准确度应该使得被测试件的热流量Ql的准确度高于士3%。5.8 装置的品质检验当建成一台新的装置或对原有装置进
16、行改进后，在开始正常工作之前，必须细致地进行一系列检验。6 测量步骤根据试件的检查和分析，应初步估计出试件热工性能的可能范围值，并评价可能获得的准确度。对于特殊的试件，应该考虑本标准是否可以应用，或者用其他方法更恰当，如GB10294或GB10295规定的方法，或者通过计算。6.1 试件的状态调节为减少试件中热流受到所含水分的影响，建议试件在测量前调节到气干状态。6.2 试件的选择与安装测量试件应选择或做成有代表性的。对非均质试件应作如下考虑:6.2.1 防护热箱法中，如有可能应将热桥对称地布置在计量面积和防护面积的分界线上，这样，热桥面积的一半在计量箱内，另一半在防护箱内。如果试件是有模数的
17、，计量箱的周边应同模数线外型重合或在模数线的中间。如果不能满足这些要求，可将计量箱放在不同位置做几次试验，并且要非常谨慎地考虑这些结果，必要时，辅以温度、热流的测量和计算。6.2.2 标定热箱法中，应考虑试件边缘的热桥对侧面迂回传热的影响。试件安装时周边应密封，不让空气或水气从边缘进入试件，也不从热的一侧传到冷的一侧，反之亦然。试件的边缘应绝热，使Qs减小到符合准确度的要求。6.2.3 在防护热箱法中，试件中连续的空腔可用隔板将其分成防护空腔和计量空腔，试件表面为高导热性的饰面时，可在计量箱周边将饰面切断。如果试件表面不平整，可用砂浆、嵌缝材料或其他适当的材料将同计量箱周边密封接触的面积填平。
18、如果试件尺寸小于计量箱所要求的试件尺寸，将试件镶嵌在一堵辅助墙板的中间。这种情况下，辅助墙板与试件之间的边界范围内的热流将不是一维的，辅助墙板的比热阻和厚度应与试件相同。测量试件表面温度的传感器的数量、位置及要求与5.5条所述相同。6.2.4 对于非均质试件，上述所要求的温度传感器数目将不能保证得到可靠的平均表面温度。对于中等非均质试件，每一个温度变化区域应该放置辅助温度传感器。试件的表面平均温度是每个区域的表面平均温度的面积加权平均值。上述情况不能用于极为不均质的试件。在此情况下，不能测量试件的比热阻R，只能根据试件两侧的环境温度差确定传热系数U。当试件不均匀性引起的表面温度的局部差值超过试
19、件两侧表面平均温差的20%时，可认为是不均质的。6 GB/T 13475-92 6.2.5 防护热箱装置中监视计量面积与防护面积间试件表面的不平衡热流量也的热电堆，除要求计量面积边长上每0.5m设置一对接点外，安装要求与5.5.1相同。热电堆接点的位置不能太靠近鼻锥，亦不能远离鼻锥。参见附录B。6. 3 测量条件测量条件的选择应考虑最终的使用条件和对准确度的影响。最小温差为200C。根据试验要求调节热、冷侧的空气速度，调节防护箱的温度使Q2和Q3尽可能接近零。按照5.6条的要求控制冷、热箱的温度。6.4 测量的持续时间接近达到稳态后，两个至少为3h测量周期内功率和温度测量值及其计算的R或U平均
20、值偏差小于1%，并且每1h的数值不是单方向变化时，才能结束测量。对于高比热阻或高热容量的试件，此要求是不够的，必须延长试验持续时间。7 计算7.1 稳态的传热性质按照下列关系式用6.4条最后两个至少为3h的平均值进行计算:R=A(T.i-T.e)/Ql . ( 1 ) R=l/C气.( 2 ) Rsi=A(Tni-T.J/Ql . ( 3 ) R ,e=A(Tse-Tne)/Ql ( 4 ) Ru=l/U ( 5 ) U=Ql/CA(Tni一Tne)J(6 ) Ql(防护热箱)=Qp-Q3-Q2. . . ( 7 ) Ql(标定热箱)=Qp-Q3-Q4 . . . ( 8 ) 式中A为垂直于热
21、流的计量面积，其尺寸根据下述原则确定。对于防护热箱法，当试件厚度与鼻锥宽度相比是厚的时候，取计量箱鼻锥中心线所包括的面积;当试件很薄时，取鼻锥的内周边。对于标定热箱法，取计量箱的内周边面积。7.2 均质试件或不均匀度小于20%的试件(见6.2.4)，可根据表面温度计算比热阻R，根据环境温度计算传热系数U和表面换热系数h。如超出上面所述的均匀性或者试件有特殊的几何形状，仅能根据环境温度计算传热系数U。8 结果评价试验结果应同第6章中初步估计值进行比较。按本标准进行测试其准确度应在士5%之内。存在明显差异时，应仔细检查试件，找出它与技术要求的差异，然后根据检查结果重新评价。如果仍存在有不可解释的差
22、异，可能是计算过程过于简单或试验的误差，应找出其根源，并消除之。9 测量报告9.1 测量报告应包括下述内容:a. 试件名称和描述(包括各种传感器的位置); b. 试验室的名称、地址及试验日期;C. 试件方位及传热的方向;d. 热、冷侧空气的平均速度及方向;e. 总输入功率及流过试件的纯传热量;1 试件试验前后的质量、含湿量Pg. 测量装置的尺寸及内表面的辐射率;7 GB/T 13475-9 2 h. 试验条件与本标准有不符时的说明。9.2 均质试件比热阻的试验除报告9.1条内容外，还应报告下述各项:释。a. 热、冷侧的空气温度;b. 热、冷侧的表面植度;C. 热、冷侧的加权表面温度;d. 计算
23、的比热阻和为计算传热系数由建筑规范推荐的常用表面换热系数;注:ad项中所报告的数值是第7章中所取数据的平均值。e. 估计的准确度;f. 测量的持续时间;g. 附加测量，即作为试件一部分的材料的导热系数和含湿量测量的持续时间;h. 试验结果同第6章的初始估计值明显或不能解释的偏差。试件的检查结果及对偏差的可能解9. 3 非均质试件的传热系数U值的测量，除报告9.1条所述内容外，还应报告下述各项:a. 热、冷侧的空气温度pb. 热、冷侧计算的环境温度;C. 根据均质试件计算的传热系数和表面换热系数:注:ac项中所报告的数值是第7章中所取数据的平均值。d. 估计的准确度pe. 测量的持续时间;f.
24、附加测量，即作为试件一部分的材料的导热系数和含湿量测量的持续时间;g. 试验结果同第6章的初始估计值明显或不可解释的偏差。试件的检查结果及对偏差的可能解释。8 GB/T 1 34 7 5 - 9 2 附录A表面换热及环境温度(补充件)热量传入试件或从试件中传出是通过试件同箱内其他表面的辐射热交换及试件表面的对流换热进行的。第一种机理，传热量取决于所有与试件进行辐射换热表面部位的平均的辐射平均温度F第二种机理，传热量取决于邻近的空气温度。因此，通过试件的热流受到冷、热两个侧面中任何一个侧面的辐射和空气温度的影响。A1 环境温度试件任何一个侧面的热平衡方程可写成:Q/A = f:hr(T r -
25、T,) + hc(T.一T，).( Al ) 式中:Q-一表面与环境热交换的总热流量，W，A一一表面的面积，m2;Tr一所有与试件进行辐射换热表面平均的辐射平均温度.K或.C;T.-邻近试件的空气温度，K或C;T，一试件的表面温度.K或C;一一辐射率;hr-一辐射换热系数.W/m2K; hc-对流换热系数.W/m2.K。将辐射温度和空气温度合并成一个单一的符号一一环境温度孔。可写出zQ/A =去(T.-T，).(AZ) 由式(Al)和式(AZ)可导出:T.=一兰T:+一主Thr + hc - r I f:hr + hc .( A3 ) 1 Rs=-一一一一. (A4 ) f:hr + hc 式
26、中:R.一一表面比热阻:T.一一环境温度，将热量传至表面的空气温度和辐射温度适当的加权值。通常用两个箱之间的环境温差来确定传热系数，而式(A2)是用于确定表面比热阻。实际上在热箱和冷箱中Tr和T.经常是很接近的，特别在试件比热阻远大于表面比热阻以及使用强迫对流时(此时hc比f:hr大得多)。在这些情况下，可以根据试件两侧的空气温度来确定传热系数。确定试件的比热阻，仅需平均表面温度。A2 环境温度的计算如f:hr及hc值已知，并已测得T:及T.值时，可用式(A3)计算环境温度。如果用导流屏，并且此屏靠近及平行于试件表面，它的平均温度可取为T;，并且9 GB/T 13475-92 1 1 , 1
27、zz+王一1.( A5 ) hr = 4Tm3( A6 ) Tm士o.5(T; + T ,)( A7 ) 式中z一一同式(Al); 1一一导流屏的辐射率，0.97; e:2一一试件表面的辐射率，0.9;一一斯蒂芬常数，5.67X10-8W/m2 K4; lm一一参与辐射换热表面的平均辐射温度，K;1、T，一一一同式(A1)。如果除导流屏外，还有其他表面直接对试件辐射，则必须直接测量所有的表面温度并且恰当地将它们综合在一起以得到1。对流换热系数hc与各种因素有关，如空气-表面植度差、表面的粗糙度、空气速度、热流方向，因而不易预计。垂直表面的自然对流换热系数hc的典型值为3.0W /m2 K。强迫
28、对流时，hc远大于3.OW /m2 K。当hc值不确定时，可以根据式(A1)，(A2)消去hc而得到:T_ = T.Q( + e:r(T.一T;)T，- -Q/A + e:hr(T. - T;) .( A8 ) 这个方程式对于热流传入或传出表面均是正确的。对热流传入表面，符号Q取正值(即热侧为正，冷侧为负)。使用式(A8)还需要确定试件平均表面温度孔。对于非均质的试件T，可能是不知道的，此时，可用式(A3)计算丸，式(A3)中的儿值可由另一种均质试件试验得到。例:在一次传热试验中，得到下述读数:输入至计量箱的功率Q=31. 8W 计量面积A=1. 5m2 则流经试件单位面积的热流量Q/A=21
29、. 2W/m2 热侧的温度为:空气平均温度T.1=30.98C 导流屏平均温度T;1 =29. 78C 表面平均温度TS1 =27. 60C 因此:Tm士O.5(T r1 .:. T.1) = 28. 690C = 301. 7K 人=4 X 5.67 X 10-8 X 301. 73 = 6. 23W /m2 K 取为0.9、得e:hr为5.61W /m K 10 hc值未知时，用式(A8): T_. = 30.98 X 1. 20十5.61X (30.98 -29.78) X 27.60 -.121. 20 + 5. 61 X (30. 98 - 29. 78) =30.1TC G8/T
30、13475-92 冷侧的温度为:空气平均温度Ta2=7.39C 导流屏平均温度T 2=7. 69C 表面平均温度Ts2=8.75C 取为0.9，得Eh，为4.54，计算得Tm等于281.3K，根据式(A8): 因此z且表面比热阻为，热侧:冷侧z81 前言T_. =7.39 X (- 21. 20)+ 4.54 X_(7._39一7.69)X 8.75 -d一-21.20 + 4.54 X (7.39 - 7.69) =7.4TC u= A/rn Q rn o. 94W/m2 K A(Tn1-Tn2) A(T叫-T.，)。RS1 = - ,- oQ - 1 = O. 12m2 K/W A (Tn
31、2 -TS2)。RS2 = - ,- nQ - ., = O. 06m2 K/W 附录B误差分析(参考件)防护热箱法和标定热箱法主要是用于测量非均质试件，由于试件内部、试件与装置表面间的热传递是复合的传热模式，因此很难估计方法的不确定性。本附录中给出的是理想情况(测量一个均质试件)的不确定性。82 理想情况82.1 防护热箱法的误差防护热箱法的误差可能包含以下各项。82.1.1 温度测量a. 所测量温度的代表性(温度传感器的位置); b. 热电偶(或温度传感器)的标定;c. 热电偶参考接点的准确度;d. 热电偶连接和补偿导线pe. 温度传感器输出的测量准确度(数字电压表或数据采集系统hf. 平
32、均温度的计算。82. 1. 2 表面换热系数a. 空气温度的确定;b. 对流和辐射传热复合效应;c. 沿计量箱边缘的温度不均匀性;d. 平板均质试件与其他试件的比较;11 GB/T 1 3475 - 9 2 e. 沿i十量箱鼻锥的均匀性。B2. 1. 3 计量箱周边区域平行试件的不平衡热流量也。B2. 1.4 计量箱壁热流量也a. 确定通过计量箱热流量的误差;b. 通过计量箱鼻锥，由计量箱壁传入试件的热流量;C. 与计量箱壁接触而引起的试件内温度场的扭曲。B2. 1. 5 防护不充分引起的热流量误差B2.1.6 飘移和噪声a. 稳态条件的确定;b. 长期飘移pC. 短期波动(噪声)。B2. 1
33、. 7 湿度影响B2.1.8 装置的几何尺寸a. 计量面积的确定;b. 测量计量面积的准确度;C. 确定试件厚度的准确度;d. 非均质试件取代均质试件对确定计量面积的影响。B2.1.9 输入功率a. 导线损失;b. 测量风扇功率的准确度;C. 计量箱内有冷却系统时，测量冷却系统功率的准确度。B2.2 标定热箱法的误差标定热箱法的误差可能包含以下各项。除B2.2. 3和B2.2. 5外，各条内容与B2.1各对应项相似。82.2.1 温度测量。B2. 2. 2 表面换热系数。B2. 2. 3 确定侧面迂回热损Q4的误差。82.2.4 计量箱攘的热流量也。82.2.5 试件框架绝热不足引起的周边热损
34、毡，通常与B2.2. 4一起考虑，见B2.1. 50 82.2.6 飘移和噪声。B2. 2. 7 温度影响。B2. 2. 8 装匠的几何尺寸。B2. 2.9 输入功率。B3 误差讨论B3. 1 输入功率只要用四线测量技术(即在箱的入口处测量功率)，导线电阻不引起测量误差。否则应确定导线误差并进行修正。测量直流功率比交流功率的准确度高;测量正弦波功率比测量高波形系数的交流功率的准确度高。施加在纯电阻负载的功率能测量到土0.01%。施加在电感性负载如电动机的功率能测量到士0.5%。小型电动机中轴摩擦力是总功率中相当可观的部分，且不是恒定的，因此不可能准确测量其功率。由于整流子的波纹，确定加于小型直
35、流电动机的功率几乎不可能使准确度高于士1%。测量小于2W的交流功率亦是很困难的。12 G8/T 13475 - 9 2 风扇电机不装在计量箱内，测量风扇的轴功率更困难。当计量箱中需要进行冷却时，必须测量冷却功率，通常是测量冷却液的质量流量和在计量箱进、出口处冷却液的温度差。这两项都难以测准，因此测量冷却功率的总准确度很难高于士2%。8 3. 2 温度测量测量表面温度时要注意减少接触热阻。对低比热阻试件，宜用高导热的胶而不采用通常的胶带纸固定热电偶。可能存在的空气泡的附加热阻会降低测量表面温度的准确度。温度测量准确度取决于温度传感器的标定、仪器的准确度及参考点的准确度。热电偶的标定精度通常高于土
36、0.5K或土0.5%，因此，当测量温差时，宜采用示差连接法。当用热电偶检测小温差时应特别小心，除热电偶接点外，不应有导线接头。若接插件、补偿导线不是与热电偶丝严格等温，将导至零点几度的误差。仔细准备的冰瓶其参考接点可准确到士0.01K。电子冰点仪可准确到士0.02K，电子冷端补偿通常准确到士0.10.5 K。数字电压表通常分辨率为1V，某些高质量仪表的分辨率为O.1V。大多数数据采集器的扫描噪声为12V。对数字电压表除分辨率外，还应考虑全刻度准确度(通常高于士0.01%)和长期稳定性及飘移(24人30和90d)。最后一项可能为几个微伏。因此，每次测量时先要进行校核。在自动数据采集系统中，必须用
37、程序消除长期飘移的影响，某些数据采集器装有数字变换程序或模拟计算回路进行数字-温度变换。大多数这种设备具有有限的准确度，一般不适合准确的温度测量，尤其是小温差测量。测量空气温度时要特别小心，首先要确定温度传感器应设置的位置。自然对流时，假定在表面与不运动的空气之间存在一个温度差，因此温度传感器应设置在边界层之外。强迫对流时，有许多方法确定表面与空气之间的温差。当需要计算空气流的能量时，最有用的空气温度的定义是容积温度或绝热混合温度。无论采用什么定义，在空气流中仅有小区域的强度接近定义的温度，该区域随气流形式(层流或紊流)和是否充分扩展(边界层是否占满整个气流)而变。因而，温度传感器不能置于距表
38、面固定的距离，而应根据边界层厚度进行调整。对充分扩展的强迫对流，在距离试件表面为试件到导流屏之间距离的2/33/4处测量空气温度，可得到较正确的结果。83.3 表面换热系数由于对表面换热系数不准确的理解或由于试件、设备表面换热系数不均匀而出现了某些问题。在测试低比热阻试件时，这些问题尤为突出。首要的困难是确定由于对流换热引起的温度差。如果分别以容积温度、平均边界层温度、边界层边缘温度等作为参考温度，表面换热系数是不同的。确定表面换热系数正确值的另一困难是事实上空气温度和设备壁的表面温度是不相等的。因此，简单地根据环境温度推算球形表面换热系数Ch为h，与h，.(辐射和对流)之和是不真实的。以防护
39、热箱法中试件部分的热面与被这部分看到的设备表面的热传递为例。计量箱表面与热侧空气近似平衡，而防护箱壁因传热到实验室空间(其温度通常比装置的热侧的温度低)，所以面对试件的防护箱内表面温度低于计量箱表面的温度。在计量面积边缘，空气速度和边界层受到箱壁的影响。因此，局部对流换热系数在试件的全表面是不均匀的。防护热箱法中表面换热系数不均匀性可能导致试件表面瘟度难以或甚至不可能达到要求的平衡程度。下面简单叙述局部表面换热系数不均匀造成计量面积边缘温度的不平衡，其结果示于图B1。自然对流中表面换热系数从顶到底是变化的，而在强迫对流中，由于与试件的热交换，空气流本身的温度是变化的。如果试件一边为自然对流，为
40、计算被测试件的U值，试探性地假设平均表面换热系数h为h，与hc之和，由此得到自然对流侧试件与空气的温度差。然后，代入葛拉晓夫数表达式，导出局部对流换热系数，并由此计算新U值，以及新的空气到试件表面的温差，与初始值比较，可按要求重复此过程以得到13 GB/T 13475-92 实际的局部表面换热系数、表面温度，从而得到计量面积边缘的温度局部不平衡。强迫对流时沿高度方向(X方向)空气流的绝热混合温度Taax是变化的。如果沿试件的纵向传热可忽略。那么表面温度的变化，可假设为空气流的温度变化。想象一个比热阻R为3m2K/W的试件安装在1.5mX1.5m的防护热箱装置中，热侧(T=295K)为自然对流。
41、冷侧为强迫对流(冷侧空气速度u.=5 m/s，顶部的空气混合温度T.o=270K，边界层厚度=0.05m)，首先假定装置的表面为一个全反射体，从表B1中假定热面的平均对流换热系数hc=1.5 W /m2 K，从表B2查得冷面的hc=10. 7W / m2.K。由此可得出热侧空气与试件表面的温差T.一T，=4K，冷侧温差T.-1飞=0.6Ko T.ax的估算表明它维持在0.03K内，因而可假定为常数，然后用叠代法算出局部表面温度和对流换热系数。假定设备和试件表面的总半球辐射率为0.9，进行类似计算。结果示于图血，顶部相应于装置的顶部，曲线A为试件防护面积沿垂直截面的温度分布曲线，曲线B为跨过计量
42、面积沿垂直截面的温度分布曲线，可用在防护箱顶部、计量箱顶部和计量箱外底部的边界层空气分布状态相同来解释曲线A和B的形状。顶。0.5 1.5 2.0 14 T. - T.( K ) 。+1+2 +3 +4 +5 I t I t t B B 图B1 垂直试件的表面温度分布曲线A:防护区域的截面曲线B:计量区域的截面右边为反射性表面左边为高辐射率的表面GB/T 13475 - 92 图B1的分析表明，计量面积顶部的表面温度不平衡是不均匀的，并且与底部的不均匀是不同的(见曲线B)。相反，在计量面积的侧边，相同高度处的不平衡是相同的，但整个边上是不均匀的(见曲线A和B之差)。表B1沿试件表面的高度X葛拉
43、晓夫准数G，热侧的空气速度努谢尔特准数Nux边界层厚度8对流表面换热系数hm um ,m/s m W/m2.K 0.05 3.72X10 O. 019 5.24 0.019 2.73 O. 125 5.81X105 0.031 10.4 0.024 2.17 0.25 4.65X10 0.043 17.5 0.029 1. 82 0.50 3.72X107 0.061 29.5 0.034 1. 53 0.75 1. 25X108 0.074 40. 0 0.038 1. 39 1. 00 2. 97X 108 0.086 49.6 0.040 1. 29 1. 25 5. 81X 108 O
44、. 096 58.6 0.043 1. 22 1. 50 1. OOX 109 O. 106 67.2 0.047 1. 17 2.00 2. 38X 109 3.00 8. 03X 109 240.0 2.08 表B2冷侧空气速度U.雷诺数Re努谢尔特准数Nu对流表面换热系数儿m/s W/m2.K 0.5 1 666 1. 0 3333 6. 14 3.19 3.0 10000 14.00 7.28 5.0 16 667 20. 50 10.70 10.0 33333 34. 50 20.00 B3.4 几何尺寸计量面积的准确度分为装置尺寸的准确度和定义计量面积的准确度。计量面积测量的准确度
45、可高于士0.1%，因此不影响评定计量面积的最终准确度。测试均质试件时，计量面积应为鼻锥中心线确定的面积或计量箱内边所确定的面积，计量面积的最大误差小于上述两种计算结果的差值。有时需测量试件的厚度。例如计算均质试件的导热系数时。此时测量本身可准确到士1%或士2%。但是当试件表面不是很平(波状或开槽)时，就难以定义唯一和明确的试件厚度。B3. 5 平行试件的不平衡热流量Q2B3.3条的例子表明，沿着计量箱鼻锥的局部温度不可能是均匀的，甚至内部和外部的分布轮廓亦不相同。因此，难以测定表面到表面或空气到空气的温度不平衡和选择检测表面到表面植度不平衡的温度传感器位置，传感器离鼻锥太近可能探测到局部表面换
46、热系数不均匀的影响，离鼻锥太远可能检测到其他误差源的(周边热损或侧面迂回热损)影响。沿试件的传热和鼻锥存在的影响可通过图B2中所示的原理模型进行探索。假定鼻锥的一边为均匀的表面换热系数，Q2假定与计量箱的周长成比例。脚标i和e各代表试件的热侧和冷侧，是试件的导热系数。可得到如下式子:Bi; = h;d/和Bie= hed / ( B1 ) 15 GB/T 1 3475 - 9 2 F-2.2 一一一1 1十2/Bi;I 1 + 2/Bie ., ( B2 ) T., d I I古/1 h,dx T., d/2 dx 试件Q.+ d. d/2 dx T. h.dx d翼I T.= 0 4 图B2热箱中试件的传热模型2 , 1 F2=一一-一一-;-X一(归)i十2/且; Fl 设式中Bi为毕奥数，F)、F2为函数。计量箱的边界处X为0，计量箱区域内X为十，防护区X为一，脚标m和g分别用于定义计量和防护区域的矶和F2值，表示为F1m, Flg , F2m ，F2g。如果计量区的
