[發(fā)明專利]基于片狀平面熱源測量多孔材料中異質含量的裝置及方法

在審

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• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109738484A
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發(fā)明（設計）人: 張騰飛;李品
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 琪琛

本發(fā)明公開了一種基于片狀平面熱源測量多孔材料中異質含量的裝置及方法，裝置包括片狀平面熱源、數據采集裝置和計算機數據處理系統；數據采集裝置包括溫度傳感器、AD模數轉換芯片和數據采集卡，溫度傳感器連接AD模數轉換芯片，AD模數轉換芯片連接數據采集卡，數據采集卡與計算機數據處理系統相連。本發(fā)明將瞬態(tài)平面熱源法應用于多孔材料中異質含量的測試中，采用片狀平面熱源和溫度傳感器預先永久粘合的方式置入多孔材料內部測量異質含量。發(fā)熱體與測溫元件貼合布置，所需的加熱量較之前的熱學法大大減小，也不存在熱源體與測溫元件間距離變化影響測試精度的問題。該發(fā)明可實現多孔材料內異質含量的小型化精確測量，方法簡單、快速準確。

技術領域

本發(fā)明屬于材料檢測分析領域，涉及一種基于片狀平面熱源測量多孔材料中異質含量的裝置及方法。

背景技術

多孔材料內若含有異質成分，將影響多孔材料的熱物性，對多孔材料的保溫性和耐久性也有很大的影響。例如，在濕環(huán)境下多孔保溫材料內積聚的水分不僅惡化保溫效果，由此而滋生的霉菌等微生物，還對材料造成腐蝕。多孔材料中異質成分含量的檢測目前有電學法、熱學法、射線法等。其中熱學法較為簡便廉價，且水分含鹽含酸等成分對熱學法的測試精度影響不大。熱學法在被測多孔材料中設置線狀或柱狀熱源，監(jiān)測距熱源固定距離的材料內某點的瞬態(tài)溫升，而解算被測多孔材料體積熱容在吸收異質前后的變化量，進而推斷出異質的含量。

當前的熱學法測量材料異質含量存在以下缺點：(1)由于發(fā)熱體與溫度測點分離布置，測試時需要提供較大的發(fā)熱量，才能在測溫點產生容易被檢測的有效溫升，而由于被測材料的多孔屬性，大發(fā)熱量將在材料內部誘生自然對流和輻射傳熱，對測試精度有較大的影響。(2)目前的熱學法要求發(fā)熱體與測溫點之間距離固定，而在實際操作過程中，任何操作偏差或者發(fā)熱體與支撐測溫點之間支撐結構的微小形變，都影響著所測得的異質含量的精度。

本發(fā)明提出將發(fā)熱體與測溫元件置于一體的片狀平面熱源法，來測試多孔材質內的異質含量。該方法采用薄片狀電加熱器件(例如電熱膜)作為熱源，其通電加熱后產生的瞬態(tài)溫升由貼附于熱源表面的薄膜狀測溫元件(例如膜狀熱電偶或熱電阻)測量，根據記錄的溫升響應推斷出材料在異質侵入前后的熱物性參數變化，進而解算出材料所含有的異質含量。由于發(fā)熱體與測溫元件貼合布置，所需的加熱量大大減小，也不存在熱源體與測溫元件間距離變化的問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種基于片狀熱源測量多孔材料中異質含量的裝置及方法，解決現有技術中異質測量結果不穩(wěn)定，測試精度差的問題。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案：

一種基于片狀平面熱源測量多孔材料中異質含量的裝置，包括片狀平面熱源、數據采集裝置和計算機數據處理系統；片狀平面熱源與加熱電路相連；數據采集裝置包括溫度傳感器、AD模數轉換芯片和數據采集卡，溫度傳感器連接AD模數轉換芯片，AD模數轉換芯片連接數據采集卡，數據采集卡與計算機數據處理系統相連?；蛘哳愃频目蓪囟葌鞲衅鞑杉碾娦盘栟D換為溫度數據的處理裝置。

片狀平面熱源內部由排列后的電阻線組成，材料可為鎳合金，呈薄片狀；熱源接通加熱電路后以恒定功率產生穩(wěn)定的低熱流密度，對多孔材料內部進行加熱；溫度傳感器呈薄片狀，可為薄膜熱電偶或熱電阻，溫度傳感器與平面熱源預先粘合，成一體化置入多孔材料內進行異質含量測量。計算機數據處理系統包括在線記錄多孔材料內測溫點的溫升數據，數據后處理程序以及計算多孔介質異質含量的算法。

本發(fā)明提供一種基于平面熱源測量多孔材料中異質含量的方法,步驟為：

a、使溫度傳感器與片狀平面熱源兩者粘合為一體；

b、將粘合為一體的溫度傳感器與片狀平面熱源布置于被測多孔材料內部；

c、啟動數據采集裝置，待被測多孔材料內部溫度穩(wěn)定后，記錄此時溫度作為被測多孔材料的初始溫度；