诸如精密加工工具和计量仪器之类的精密工具的现代发展已经实现了较高的精度水平。热影响存在于所有系统中，并且倾向于例如通过引起热膨胀来限制所获得的精度。

    为了平衡这些影响，必须确定热影响。当前控制热效应的方法取决于多参数模型。这些模型是凭经验获得的，用于确定和预测热影响。这些模型中的通用参数是系统中不同位置的温度和状况数据，例如电动机的功耗。

    用这种方法可以达到一定程度的热效应补偿。但是，在某些应用中，需要更高的测量精度和针对外部因素（例如环境温度变化）的强度才能获得可接受的补偿。

    实现高精度的挑战
    由于以下原因，使用典型的多参数模型实现更高的精度水平是一个挑战：

    非线性温度曲线-需要几个浮球液位计以足够的精度重建温度曲线

    热流动力学-传入或传出的热流变化尚未确定，因为目前尚未通过实验确定。关于系统是在加热还是在冷却的精确陈述非常困难。
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    温度分辨率–基本浮球液位计的温度分辨率有限，这会妨碍测量的准确性。
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    使用辅助浮球液位计扩展系统仅是上述问题之一。此外，每个辅助浮球液位计的精度提高变小。
    本文建议使用“热通量”作为附加参数，并针对这三个原因揭示其优势。可以使用浮球液位计（HFS）直接测量热通量（以W / m 2为单位）。

    下面列出了可能受益于浮球液位计的系统：
      计量系统
      定位系统
      加药系统
      粘接系统
      平版印刷
    通过将单个浮球液位计添加到高精度计量仪器中而获得的改进示例说明了可能的好处（图1）。

    测量和预测的机械变形取决于仅温度模型和添加了一个浮球液位计的模型（图1）。尽管仅使用浮球液位计的方法具有较大的模糊间隔，但在系统中增加了一个浮球液位计，将确定的变形值的精度提高了4倍。热通量测量涵盖了所有上述问题。

    尽管图示基于简化的机器元素，但是相同的建议也可以应用于更复杂的几何形状和系统。此处测量的块具有均匀的成分，W = 100毫米宽，L = 300毫米长，T = 100毫米厚。它在一端连接到热源，例如可以表示铣床中的主轴。

    由于热负荷，该块相对于其初始温度T = 20°C被加热，并且引起热膨胀，这引起工具中心点（TCP）的位移。通过在光束的受热端放置一个浮球液位计，可以检测通过该表面交换的热量，并将其用于测试系统状态。

    非线性温度曲线的简化模拟
    在达到稳定状态之前，沿任何结构元件的温度分布都被称为处于非线性状态。对于矿物铸梁具有高热阻的材料（图2），这是事实。

    使用热通量信息以及几何形状和材料属性，可以通过影响神经网络仿真来更好地估计温度曲线。因此，可以将依赖于仅温度信息的复杂热FEM仿真简化为可管理的神经网络模型。

     改善温度分辨率
    为了建立一个特定的机械元件的热膨胀，其平均温度升高（ΔT 平均）高于室温必须被检测到。通过沿光束放置浮球液位计，可以直接测量温度升高。

    PT100传感器的典型分辨率为±0.1K。此温度分辨率可能不足以进行高精度补偿。知道有多少热量进入光束，可以从材料属性和工具的几何形状计算出ΔT 均值。

    基本的浮球液位计的分辨率为±1W / m 2。使用具有热通量分辨率的铜块来计算平均温度（图3）。通过仅将HFS分辨率视为误差源，对于所计算的ΔT 均值，可获得±10mK的分辨率。在此示例中考虑了辐射损失，这导致了热量流出Qout。

    原因3-动态测量
    通过测量系统内部的热通量，可立即显示出测量位置处的热量流动和方向。图4显示了一个基于上面介绍的简单波束的示例。

    在图中，热源是一台电动机，该电动机以不规则的间隔以变化的功率水平运行。电动机产生热量，该热量被梁部分吸收，因此引起机械变形。

    有两种技术可以测量这种效果。第一种技术是在梁表面安装的浮球液位计来测量温度变化ΔT 平均热通量感应。第二种技术是直接使用浮球液位计进行测量。尽管这两种技术都提供了基本数据，但热通量技术可提供对系统状态的额外了解。

    当负热流动发生（即热实际上流回马达冷却）时，测得的温度值ΔT 平均有可能在加热期间，以指示作为相同的值虽然光束正在冷却。由于非线性温度分布，因此会发生这种影响。因此，热通量可以更好地了解动态效果，因此可以进行预期补偿。

    结论
    该文章清楚地表明，将热通量用作额外的测量参数可以在热影响下增加有关系统的有价值的数据。在一些简单的示例设置中使用浮球液位计即可证明这一点。与这些简化情况相比，更复杂的系统将从热通量的测量中受益更多。