4.3  本章小结 15

5  系统性能测试与验证 15

5.1  硬件电路系统组成及功能描述 15

5.2  信号调理模块 16

5.3  本章小结 20

6  标定 20

结  论 25

致  谢 26

参 考 文 献 27

1  引言

1．1  选题的背景和意义

随着全球的能源与环境问题逐渐加剧，节能减排事业已经被世界许多国家提到了工作日程上来。在20世纪80年代，我国建筑行业的节能降耗工作得到全面展开。据悉，我国目前的城乡建筑面积已超过400亿平方米，其中95%是高耗能建筑[1]，估计到2020年，城乡建筑面积还会增加300亿平方米左右，这就要求我们必须要采取有效的节能降耗措施，否则每年建筑行业会消耗1.2万亿度电和4.1亿吨标准煤，这是现有建筑能耗的3倍。我国现在的建筑耗能占社会终端能耗的27.5%，单位面积的采暖能耗是气候相当国家的2～3倍[2，3]。可以看得出来建筑耗能将成为我国未来能源消费的一个主要增长点。

评价建筑的节能效果，主要就是要掌握建筑的实际热流损失情况。这就要求有合适的检测方法和具有针对性的对微小热流测量非常灵敏和使用方便的仪器或装置。长期以来，材料的导热系数都是判断保温材料的唯一标准。但是，随着科学技术的发展，人们发现简单的使用导热系数作为唯一标准是远远不够，因此，热流损失检测理论和技术开始得到了越来越多的关注，热流传感器和测量仪也得到了快速的发展。

热流传感器除了在建筑行业中有着重要的应用，在其它许多领域中同样有着广泛的应用。在工业中，能源利用率是节能降耗的一项重要内容[4]，热流传感器可以帮助测量热工表面热损失量，这给科技人员提供准确的数据指导，从而来改善设备结构，减少热能损耗。在农业中，热流传感器可以用来测量土壤散热情况，来帮助确定土壤的温度和湿度。在医疗、航天、消防与火灾控制等许多领域，热流传感器同样有着广阔的应用前景。因此热流传感器的研究是一项非常有意义的工作。

在工业中，利用热流传感器测量热工设备的表面热流，为减少能量损失改善保温结构和方法提供依据[19]。可以通过热流传感器测量工业窑炉中热流的大小来进行示警和设备的调节实现安全监控。在农业方面，应用热流传感器测量土壤向外界的散热量，可以确定土壤温度和湿度的相关情况，为农业种植提供依据。还可测量农作物存储过程中与外界的换热量来确定农作物的存储状态，为农作物的储存提供参考。在建筑节能中，可以通过热流传感器测量围护结构的热损失，为建筑节能提供参考。利用热流传感器测量室内供暖热流，从而确定每户供热热量，使分户计量供热形式成为了可能。

五十年代以来，由于核技术、宇航技术等尖端学科的发展，出现了各种宽量程、快速响应的热流传感器。第二次能源危机后，由于石油价格飞涨影响各产业部门的经济效益，节能的问题更加引起人们的关注。冶金、石化、机械、能源、建筑、冷冻冷藏、环境工程、气象医学以及航空航天等人类活动的变化对热流测量的应用领域更加宽广[20]。

目前主流热流传感器根据结构可大致分为金属片型、薄膜型、薄板型和热电堆型四种。其中，热电堆型热流传感器由自身产生热电势，多对热电偶串联，灵敏度高，可用于较小热流密度的测量。