[發明專利]水蒸氣擴散系數測量裝置及其測量方法

在審

• 申請號: 201711319218.3
• 申請日: 2017-12-12
• 公開（公告）號: CN107894376A
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 徐旭;王友輝;王詩印;邵一展;馬夢晨;賀永智
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 鄭海峰

技術領域

本發明屬于材料濕物性測量領域，具體涉及一種材料水蒸氣擴散系數測量裝置及測量方法。

背景技術

能源問題是當代社會的重要問題，能源消耗不但引發了能源安全問題，還導致了環境的污染。建筑作為高能耗產業之一，故而對建筑節能的研究具有重要意義。在建筑熱環境改變的過程中，傳熱和傳質是兩個緊密聯系的因素，通過研究建筑圍護結構的熱濕耦合傳遞狀況，才能準確衡量建筑結構的節能效果。建筑圍護結構多采用多孔材料，為了更好地加強圍護結構的性能，人們對多孔建筑材料的熱濕遷移原理及數學過程進行了大量實驗和研究，由于測定各種熱濕遷移特性參數存在困難，各種相關研究到目前為止還未形成統一的理論。其中，水蒸氣擴散系數是描述建筑材料濕傳遞的重要參數，也是求解濕遷移問題的基本量。

目前所采用的水蒸氣擴散系數測量方法多為在水蒸氣的擴散狀態處于定常態時獲得其流量和濃度梯度的變化量，利用公式計算得擴散系數。但該方法耗時長，對實驗環境的要求高，應用難度大。所以，發明出一種快速并準確測量水蒸氣擴散系數的方法具有了重要的現實意義。

發明內容

本發明提供一種水蒸氣擴散系數測量裝置，并且在測量材料水蒸氣擴散系數的同時，還可測量材料的飽和吸濕量。

本發明的水蒸氣擴散系數測量裝置包括：用于營造恒溫恒濕環境的測試室和用于采集和記錄待測樣品重量變化的天平系統；

所述測試室內裝有風扇、加濕裝置、除濕裝置、電熱裝置、半導體制冷裝置、溫濕度傳感器、溫濕度控制儀、擋風筒，溫濕度控制儀的輸入端與溫濕度傳感器連接，溫濕度控制儀的信號輸出端與電熱裝置、半導體制冷裝置連接，風扇安裝于測試室內右側的頂部及左側的底部；

所述天平系統由電子天平、水平板、天平支架、掛鉤和計算機構成，天平支架搭建在測試室外部且不與測試室接觸，水平板為有機玻璃板，放置于天平支架上，用于水平支撐電子天平，電子天平放置于水平板上，與計算機相連，計算機記錄天平稱重的實時數據，掛鉤懸掛在電子天平底部。

優選的，所述測試室內頂部設有與外界相通的孔洞，半徑為2厘米；擋風筒安裝在孔洞下方、測試室頂部，擋風筒為圓柱形有機玻璃桶，擋風筒內徑為10厘米，擋風筒底面圓心與孔洞圓心重合。

優選的，所述的水平板上設有一個半徑為2厘米的孔洞，孔洞圓心與測試室頂部孔洞圓心重合。

優選的，所述的掛鉤表面涂抹有防水材料，掛鉤底部為十字型吊籃狀，用于放置待測樣品。

優選的，所述待測樣品為球狀樣品。

本發明還公開了一種所述裝置的水蒸氣擴散系數測量方法，步驟如下：

將待測材料加工成半徑3cm的球狀樣品，進行干燥處理，干燥處理采用烘干法，在烘干12小時后開始稱重，時間間隔為2小時，當連續三次稱重所得結果不呈單調變化，且標準差不超過平均值的1％時，認為樣品已徹底干燥；

測量過程：

a)使用溫濕度控制儀設定溫度、相對濕度，同時打開風扇進行空氣內循環，使測試室達到測量所需溫度、相對濕度；

b)打開天平，進行校準、去皮操作；

c)溫濕度傳感器監測到溫度、相對濕度穩定后，打開測試室，將預處理過的待測樣品迅速放置于掛鉤上，密封測試室；

d)樣品的實時重量數據傳入計算機，每10秒鐘記錄一次；

e)每30分鐘觀察一次重量變化，當連續三次觀察所得結果不呈單調變化，且標準差不超過平均值的1％時，認為樣品吸濕達到飽和狀態；

f)此時獲得的W_∞為該對應相對濕度下的飽和含濕量，根據樣品的實時重量數據和最后的飽和含濕量數據，即可得到該材料在該溫度和該相對濕度下的水蒸氣擴散系數。

本發明提供的水蒸氣擴散系數測量裝置結構簡單，利用測試室營造恒溫恒濕環境，利用天平系統獲得待測材料的重量變化情況，由Fick第二定律推導得到測量公式，從而計算得到水蒸氣擴散系數。待測樣品加工成球狀，四周都能吸濕，能在短時間內達到飽和吸濕狀態，從而縮短了測量時間。進行一次測量即可獲得待測樣品在某溫度、某相對濕度下的水蒸氣擴散系數。本發明在測量水蒸氣擴散系數的同時，還可以得到待測樣品在該溫度、該相對濕度下的飽和含濕量。天平支架不與測試室接觸，可有效防止測試室在工作過程中的震動對電子天平的微擾，從而保證實驗結果的準確性。測試室內部的擋風筒可有效防止測試室內空氣流動而引起的樣品晃動。掛鉤表面涂抹有防水材料，防止掛鉤表面因吸附水分而導致的誤差。

附圖說明

圖1是球狀材料水蒸氣擴散系數測量原理圖；

圖2是本發明的水蒸氣擴散系數測量裝置的主視圖。