[發明專利]一種基于容積熱質測定材料中異質含量的方法

無效

• 申請號: 201310522868.3
• 申請日: 2013-10-28
• 公開（公告）號: CN103630569A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 張騰飛;沈潤霖;林釗信;尹久盛;王樹剛
• 申請（專利權）人: 大連理工大學;波音（中國）投資有限公司
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 趙連明;梅洪玉

技術領域

本發明屬于材料檢測分析領域，涉及一種基于容積熱質測定材料中異質含量的方法。

背景技術

混合物中異質成分的含量對材料本身的特性有很大的影響，例如多孔材料的含濕量大小決定了材料的強度，保溫性，導電性，保鮮時間等。本說明將以水分含量檢測為例，但本發明申請不僅僅限于含水量檢測，如密封管道中摻入異質氣體含量的檢測也屬于本發明的應用范圍。

隨著科學技術的發展進步，水分檢測已經被列為各類物質理化分析的基本項目之一，覆蓋糧食儲藏、建筑科學、環境科學、地球科學等眾多領域。

常用的水分測量方法有：烘干法、電阻法、電容法等。烘干法需要取樣，時間較長，在很多情形下無法實現，并且無法實現實時監測水分。電阻法、電容法是利用材料的介電特性來間接測量，速度快，但是適應性差，準確度低。

發明內容

本發明的目的在于針對現有方法中的不足，提供了一種低成本、簡單易行的快速異質成分含量檢測法，并能夠實時監測。

一種基于容積熱質測定材料中異質含量的方法，該方法包括以下步驟：

a、在待測對象中布置溫度傳感器與熱源；由于測量導熱系數、熱擴散率的方法有很多，所以傳感器的布置與熱源形式也有很多，在下文的具體實施方式中將以瞬態熱線法為例說明。

b、熱源發熱后，采集傳感器的溫度數據；

c、根據溫度數據求解有效導熱系數、有效熱擴散率，再根據有效導熱系數、有效熱擴散率求解出容積熱質（或稱平均熱質密度）;因為摻入異質成分后容積熱質發生變化，根據容積熱質的改變量求出異質成分的含量。

除了檢測異質成分為水的情況外，其他異質成分含量的檢測方法、步驟相同。

本發明的測試方法快速、準確、無須取樣。例如，要實時監測建筑墻體的水分含量，只需事先將溫度傳感器、熱源預埋在墻體中，加熱后記錄溫度值、加熱功率，然后就可以按照公式求出材料的含水量。在流體管道中事先預埋好裝置，同樣可以實時監測此處管道中摻入異質成分的比例。

附圖說明

附圖是以監測飛機墻體中保溫材料的含水量為例的步驟示意圖。

具體實施方式

下文以瞬態熱線法為例，詳細闡述上述幾個步驟，但本發明不僅僅限于通過瞬態熱線法獲得有效導熱系數與有效熱擴散率。預埋熱線與溫度傳感器時，使探頭方向與預埋熱線平行；預埋熱線采用穩壓電源供電；測試前，使試體內部的溫度場趨于均勻一致。

利用熱線法測定導熱系數和熱擴散率，時間短、溫差小，可以盡量減少測試過程中被測對象內部的水分遷移，從而得到更準確的數據。熱線表面盡量保證電絕緣，選擇熱線類型時，保證熱線的電阻率隨溫度變化較小，可以使用鎳鉻絲。

在初始溫度均勻分布的無限介質中，熱線以恒定功率發熱，周圍溫度的解析解為：

ΔT(r,τ)=-q4πkEi(-r24aτ)---(1)]]>

其中，q為單位長度熱功率(W/m)，a為熱擴散率（㎡/s），k為導熱系數(Wm^-1K^-1)，τ為時間(s)，r為探頭到熱線的距離(m)。函數-Ei(-x)的表達式為