[发明专利]一种基于物性匹配快速测定材料中异质含量的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料检测分析领域，涉及一种基于物性匹配快速测定材料中异质含量的方法。

背景技术

混合物中异质成分的含量对材料本身的特性有很大的影响，例如建筑墙体内保温材料水分的聚集会引起保温性能的下降，导致能耗增加；同时水分聚集还会诱发腐蚀、发霉等现象，缩短材料的使用寿命。混合物中异质成分含量的测量，特别是材料中含水量测试的研究较多，但是难以兼具廉价、准确、对被测材料检测无损伤、且简便易行的特点。目前，在被测材料中设置发热体，监测材料中某点的温度变化，以得到材料的热物性参数如导热系数和容积热容，从而得知其含水量的热线法或热脉冲法，得到科研工作者的广泛关注。

“测定土壤比热容的热脉冲探针法”(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.)，这篇文章提出双针热脉冲法，双针中的一根为发热针，作为热源，另外一根为感温元件，用于监控温度的变化。测试时，给发热针短时间通电，记录温升的最大值及其出现的时刻，利用忽略了发热针的尺寸及热物性参数的公式，求得土壤的容积热容值，从而根据土壤容积热容值的改变，得到土壤的含水量。由于此研究将发热针理想化为线热源，所以结果与实际相比会有所偏差。

“基于脉冲无限线源理论并利用后期温度时间数据以提高土壤热特性测试的热脉冲法”(Lu Y,Wang Y,Ren T.Using late time data improves the heat-pulse method for estimating soil thermal properties with the pulsed infinite line source theory[J].Vadose Zone Journal,2013,12(4).)，提出利用短暂加热后测温点温度下降阶段某一时刻的温变值及其对应的时刻，计算被测材料的容积热容，从而求得含水量。计算结果显示，此方法与使用温升最大值及其出现的时刻进行计算相比，得到的含水量准确度有所提高。此方法在一定程度上减小了忽略热源尺寸和热惯性对容积热容计算的影响，但是由于测试时间较短，不能完全消除其对容积热容计算的影响。

“探针有限特性对热脉冲技术测定土壤热特性的影响”(付永威,卢奕丽,任图生.探针有限特性对热脉冲技术测定土壤热特性的影响[J].农业工程学报,2014,30(19):71-77)，通过短时间对热源提供恒定热流，根据考虑热源直径及热容量与不考虑热源直径这两种情况下的传热公式，利用非线性拟合算法对短时间加热后的温度数据进行拟合，分别求出土壤的容积热容，比较两种情况计算得到的含水量，结果显示考虑热源直径及热容量后所得含水量与实际含水量更为接近。此研究中，将热源的热导率视为无限大与实际情况是不符的，所以计算结果与实际仍然存在偏差。

中国发明专利申请，公开号CN103630569A，公开了一种基于容积热质测定材料中异质含量的方法，给热源提供持续的恒定热流，对温升与对数时间呈线性关系段的数据进行线性拟合，以计算被测材料的容积热容，从而求得异质材料含量。为减小将热源理想化为线热源对异质含量计算带来的影响，此方法需要增加测试时间。据“热线法测试多孔材料中的含水量”(Zhang T T,Shen R,Lin C H,et al.Measuring Moisture Content in a Porous Insulation Material Using a Hot Wire[J].Building and Environment,2014.)描述，上述方法的测试时间长达20分钟左右。

www.decagon.com关于水分测试设备的使用指导KD2Pro的热性能分析中，双热针法获得的温度数据的处理方式有两种，一种是给热源短时间供热，对热源加热阶段测温点的温度响应进行拟合得到材料的导热系数，对热源停止加热后的测温点的温度响应进行拟合得到材料的导温系数；另一种是对热源持续供热，根据在线热源情况下温升与对数时间成线性关系的简化公式，基于测得的所有温升数据，拟合得到材料的导热系数和导温系数值；然后通过热物性参数与含水量的一一对应关系，求得材料的含水量。