[發明專利]一種基于虛擬熱源采用四參數匹配測定材料異質含量的方法

有效

• 申請號: 201710535358.8
• 申請日: 2017-07-04
• 公開（公告）號: CN107356627B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 張騰飛;徐以恒;王樹剛;王繼紅
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 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: 溫福雪;侯明遠

本發明提供了一種基于虛擬熱源采用四參數匹配測定材料異質含量的方法，屬于材料檢測分析技術領域。本發明的目的在于基于匹配算法，使用虛擬熱源原理改進熱脈沖方法，通過建立強度連續可調的虛擬熱源，等價近似外邊界散熱效應，使其可以準確的獲取存在邊界散熱的小體積材料的異質含量。本方法由于考慮了材料外邊界散熱效應，對于材料外形尺寸的需求僅為傳統方法的一半，解決了厚度不足的小體積材料異質含量無法準確測量的難題。

技術領域

本發明屬于材料檢測分析領域，涉及一種基于虛擬熱源法并采用參數匹配測定材料異質含量的方法，尤其適用于測量存在邊界散熱的小體積材料的異質含量。

背景技術

材料中異質成分的含量對材料本身的特性有很大的影響，例如多孔保溫材料處于潮濕環境中時容易吸收水分，吸水后的保溫材料其隔熱消聲性能將大幅下降，還可能滋生霉菌。材料異質成分含量的測量，特別是材料中含水量的測量方法與相關研究較多，但是都存在一定的使用局限性。基于溫度信號的熱脈沖法，根據待測材料內部某點溫度響應，得到材料的體積熱容，從而推算含水量的方法，因其準確、簡便且可行獲得了廣泛的研究。

“基于熱脈沖法測定土壤比熱容的探針”(Campbell G S,Calissendorff C,Williams J H.Probe for measuring soil specific heat using a heat-pulse method[J].Soil Science Society of America Journal,1991,55(1):291-293.)，文章首次提出了一種雙探針熱脈沖法，用于測量土壤的體積熱容得到其含水量。雙探針探頭中一根探頭為發熱針，與其相距已知固定距離存在另一根溫度傳感器探頭。發熱針輸出一個8秒的熱脈沖，獲取溫度傳感器的溫度響應數據。根據線熱源瞬時作用在無限大均勻介質的溫度場分析解形式，使用傳感器探頭獲取的最大溫升推算體積熱容數值，進而得到土壤水分含量。此方法由于理論公式使用了無限大均勻介質假設，只能在待測材料外形尺寸足夠大、邊界不存在散熱的條件下使用，限制了其實際使用范圍。

中國發明專利申請，公開號CN104964997A，公開了一種基于物性匹配快速測定材料中異質含量的方法，其利用考慮了有限半徑、有限導熱系數的圓柱發熱體在無限大均勻介質作用有限長時間的溫升分析解，將被測材料在不同的體積熱容和導熱系數組合下，計算所得的溫升數據與實驗所得的溫升數據進行比較，得到溫升差異小于所設定的閾值下的被測材料的體積熱容范圍，從而求得材料異質含量范圍。此方法在更少的假設條件下使用了更加精準的理論公式，通過參數匹配的方式獲取材料物性參數。但是該方法同樣使用了無限大均勻介質假設，因而只適用于外形尺寸足夠大、邊界無明顯散熱的待測材料。

“雙熱針法由于平面邊界的土壤不均勻性所引起的誤差”(Philip J R,Kluitenberg G J.Errors of dual thermal probes due to soil heterogeneityacross a plane interface[J].Soil Science Society of America Journal,1999,63(6):1579-1585.)，文章分析了土壤表面對環境或植被的散熱效應，認為土壤表面上使用絕熱邊界能夠更加保守的估算出水分測量最大誤差。通過構建與實際熱源強度相等的虛擬熱源，并將發熱體當做線熱源處理，推導出問題分析解，在假定上述分析能準確描述實際情形的條件下，分析了傳統熱脈沖法的測量誤差。