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研討會(huì)#1-熱流傳感器介紹
本系列研討會(huì)旨在幫助您了解傳熱和溫度。溫度是大多數(shù)人測(cè)量的，但熱傳遞對(duì)于工程應(yīng)用同樣重要。車間使用熱電偶和熱流傳感器的組合來同時(shí)測(cè)量這兩個(gè)量。傳感器輸出由數(shù)據(jù)采集板（DAQ）讀取，數(shù)據(jù)采集板通過USB端口連接到筆記本電腦。計(jì)算機(jī)上加載一個(gè)程序，以圖形方式顯示結(jié)果并提供一個(gè)控制面板。
熱傳遞（q）是熱能隨時(shí)間的運(yùn)動(dòng)。典型的單位是瓦特，與功率相同，功率是機(jī)械能隨時(shí)間的變化。熱流是每表面積（q）的熱傳遞，單位為瓦特/平方米。這類似于功率密度。它通過封裝在塑料蓋中的薄平面?zhèn)鞲衅鬟M(jìn)行測(cè)量。它輸出電壓（E），根據(jù)提供的校準(zhǔn)（S），該電壓與熱流成正比，通常以微伏/瓦特/每平方米表示，
𝑞”=𝐸/𝑆
當(dāng)提供傳感器校準(zhǔn)值時(shí)，計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)進(jìn)行此轉(zhuǎn)換。
圖1熱通量傳感器套件組件
為了測(cè)量溫度，提供了兩個(gè)熱電偶。一個(gè)作為熱流傳感器的一部分連接。另一組是一組單獨(dú)的導(dǎo)線，一端焊接在一起形成熱電偶接頭。熱電偶測(cè)量從該連接點(diǎn)到導(dǎo)線另一端連接點(diǎn)的溫差。DAQ自動(dòng)測(cè)量連接溫度并調(diào)整電壓輸出以給出絕對(duì)溫度值。
總之，這允許直接測(cè)量單個(gè)溫度和溫差。熱傳遞由溫差驅(qū)動(dòng)。在較高溫度下總是有熱能源移動(dòng)到較低溫度下的能量匯。因此，了解工程系統(tǒng)中的源和匯溫度以及由此產(chǎn)生的熱流非常重要。
熱流傳感器套件提供如圖1所示的組件。包括一個(gè)熱流傳感器，帶有熱電偶、第二個(gè)單獨(dú)的熱電偶、數(shù)據(jù)采集卡、鋁試樣、鋁翅片、一小塊木頭、薄加熱器和一小塊布。加熱器的設(shè)計(jì)目的是從DAQ獲取能量，為一些車間提供熱源。許多研討會(huì)使用人體作為熱源，這樣可以在測(cè)量結(jié)果的同時(shí)感受熱過程。
為了進(jìn)行測(cè)量，將熱流傳感器置于熱源和散熱器之間。這可以像一張桌子和你的手或手臂以及周圍的空氣一樣簡(jiǎn)單。熱通量傳感器可以用膠帶固定在一個(gè)表面上，或者放置在兩個(gè)物體之間，以將其固定到位。可以在傳感器頂部使用單面膠帶，也可以在傳感器和表面之間使用雙面膠帶。無論哪種情況，目標(biāo)都是在整個(gè)傳感器和表面之間建立良好的接觸，以獲得良好的讀數(shù)。
研討會(huì)#1-介紹作業(yè)
1.觀看有關(guān)熱量和溫度的介紹視頻。
2.組裝您的系統(tǒng)。確保接線正確，如圖2所示。有色電線的放置非常重要。從左側(cè)開始，前兩根導(dǎo)線是熱流傳感器（白色，然后是紅色）。接下來的兩根導(dǎo)線是熱電偶（藍(lán)色，然后是紅色）。接下來的兩個(gè)用于第二個(gè)熱電偶（藍(lán)色，然后是紅色）。加熱器的最后兩條導(dǎo)線都是黑色的。
3.確保計(jì)算機(jī)上安裝了正確的計(jì)算機(jī)程序。
4.將DAQ插入U(xiǎn)SB端口（至少2.0或更高版本）。
5.啟動(dòng)程序。應(yīng)出現(xiàn)如圖3所示的屏幕。
6.切換屏幕上的開關(guān)，以確保數(shù)據(jù)采集和加熱器均正常工作。紅色按鈕在操作時(shí)應(yīng)變?yōu)榫G色。
7.記錄從源到匯的熱流和傳感器溫度。請(qǐng)注意，熱流傳感器的輸出是定向的。在一個(gè)方向上，熱流應(yīng)為正值，如果傳感器翻轉(zhuǎn)，輸出應(yīng)為負(fù)值。然而，熱電偶僅測(cè)量某個(gè)位置的溫度。它沒有正值和負(fù)值。在所有情況下，如果導(dǎo)線斷開或斷開，輸出將非常大且無響應(yīng)。使用“保存”按鈕創(chuàng)建excel文件。該文件將有四列，以秒為單位開始，然后是以W/m2為單位的熱流，第三列是傳感器溫度（℃），第四列是第二溫度（℃）。
圖3計(jì)算機(jī)操作屏幕
圖2 DAQ接線圖
測(cè)量說明：
q”=T=
這些值是否符合您的預(yù)期（包括符號(hào)和方向）？
解釋原因。研討會(huì)#2-身體代謝介紹
任務(wù)：觀看有關(guān)熱量和溫度的介紹視頻
人體是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)器，其所有活動(dòng)都使用新陳代謝。它產(chǎn)生和使用的能量最終必須離開身體，以熱能或功的形式進(jìn)入環(huán)境。與產(chǎn)生的總能量相比，產(chǎn)生的凈功通常較小。因此，衡量“燃燒的卡路里”的一個(gè)直接指標(biāo)是從身體到環(huán)境的凈熱傳遞。
在本次研討會(huì)中，您面臨的挑戰(zhàn)是通過使用熱通量傳感器系統(tǒng)測(cè)量身體的熱傳遞來估計(jì)您一天燃燒的卡路里。人體的典型表面積為1.5到2.5平方米，具體取決于人的大小。估算表面積的常用公式如下：
當(dāng)高度H以米為單位，體重m以千克為單位時(shí)，面積以m^2為單位。
為了進(jìn)行測(cè)量，只需將熱通量傳感器貼在暴露的皮膚和衣服下面的身體不同部位�？梢栽趥鞲衅黜敳渴褂脝蚊婺z帶，也可以在傳感器和皮膚之間使用雙面膠帶。在任何一種情況下，目標(biāo)都是在整個(gè)傳感器表面和皮膚之間建立良好的接觸，為通過傳感器的熱傳遞提供良好的通道，如圖所示。如果引線朝外，則熱流應(yīng)為正值。檢查您是否正在測(cè)量正熱流。如果沒有，請(qǐng)翻轉(zhuǎn)傳感器。
顯示工作表上的值，并指出取值的位置。然后平均溫度和熱流值，并使用估計(jì)的身體面積來計(jì)算每天損失的總熱量，單位為瓦特和卡路里。顯示您的所有工作和使用的公式。
注：一卡相當(dāng)于約4.2 kJ。
1英寸=0.0254米。
1磅＝0.454千克
研討會(huì)#2-身體代謝結(jié)果
您的挑戰(zhàn)是通過使用熱通量傳感器系統(tǒng)測(cè)量身體的熱傳遞來估計(jì)您一天燃燒的卡路里。將熱通量傳感器貼在暴露的皮膚和衣服下面的身體不同部位。顯示下面的值并指出它們的位置。然后平均溫度和熱流，并使用估計(jì)的身體面積來計(jì)算每天損失的總熱量，單位為瓦特和卡路里。顯示您的所有工作和使用的公式。
估計(jì)的體表面積=
H=
m=
總q=
每天卡路里=
這個(gè)數(shù)值與你通常的卡路里攝入量相比如何？
如果存在差異，為什么會(huì)出現(xiàn)差異？
為什么當(dāng)皮膚暴露（未覆蓋）時(shí)，熱通量更高？
為什么皮膚暴露（未覆蓋）時(shí)表面溫度較低？
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