[发明专利]基于片状平面热源测量多孔材料中异质含量的装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于片状平面热源测量多孔材料中异质含量的装置及方法，装置包括片状平面热源、数据采集装置和计算机数据处理系统；数据采集装置包括温度传感器、AD模数转换芯片和数据采集卡，温度传感器连接AD模数转换芯片，AD模数转换芯片连接数据采集卡，数据采集卡与计算机数据处理系统相连。本发明将瞬态平面热源法应用于多孔材料中异质含量的测试中，采用片状平面热源和温度传感器预先永久粘合的方式置入多孔材料内部测量异质含量。发热体与测温元件贴合布置，所需的加热量较之前的热学法大大减小，也不存在热源体与测温元件间距离变化影响测试精度的问题。该发明可实现多孔材料内异质含量的小型化精确测量，方法简单、快速准确。

技术领域

本发明属于材料检测分析领域，涉及一种基于片状平面热源测量多孔材料中异质含量的装置及方法。

背景技术

多孔材料内若含有异质成分，将影响多孔材料的热物性，对多孔材料的保温性和耐久性也有很大的影响。例如，在湿环境下多孔保温材料内积聚的水分不仅恶化保温效果，由此而滋生的霉菌等微生物，还对材料造成腐蚀。多孔材料中异质成分含量的检测目前有电学法、热学法、射线法等。其中热学法较为简便廉价，且水分含盐含酸等成分对热学法的测试精度影响不大。热学法在被测多孔材料中设置线状或柱状热源，监测距热源固定距离的材料内某点的瞬态温升，而解算被测多孔材料体积热容在吸收异质前后的变化量，进而推断出异质的含量。

当前的热学法测量材料异质含量存在以下缺点：(1)由于发热体与温度测点分离布置，测试时需要提供较大的发热量，才能在测温点产生容易被检测的有效温升，而由于被测材料的多孔属性，大发热量将在材料内部诱生自然对流和辐射传热，对测试精度有较大的影响。(2)目前的热学法要求发热体与测温点之间距离固定，而在实际操作过程中，任何操作偏差或者发热体与支撑测温点之间支撑结构的微小形变，都影响着所测得的异质含量的精度。

本发明提出将发热体与测温元件置于一体的片状平面热源法，来测试多孔材质内的异质含量。该方法采用薄片状电加热器件(例如电热膜)作为热源，其通电加热后产生的瞬态温升由贴附于热源表面的薄膜状测温元件(例如膜状热电偶或热电阻)测量，根据记录的温升响应推断出材料在异质侵入前后的热物性参数变化，进而解算出材料所含有的异质含量。由于发热体与测温元件贴合布置，所需的加热量大大减小，也不存在热源体与测温元件间距离变化的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于片状热源测量多孔材料中异质含量的装置及方法，解决现有技术中异质测量结果不稳定，测试精度差的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案：

一种基于片状平面热源测量多孔材料中异质含量的装置，包括片状平面热源、数据采集装置和计算机数据处理系统；片状平面热源与加热电路相连；数据采集装置包括温度传感器、AD模数转换芯片和数据采集卡，温度传感器连接AD模数转换芯片，AD模数转换芯片连接数据采集卡，数据采集卡与计算机数据处理系统相连。或者类似的可将温度传感器采集的电信号转换为温度数据的处理装置。

片状平面热源内部由排列后的电阻线组成，材料可为镍合金，呈薄片状；热源接通加热电路后以恒定功率产生稳定的低热流密度，对多孔材料内部进行加热；温度传感器呈薄片状，可为薄膜热电偶或热电阻，温度传感器与平面热源预先粘合，成一体化置入多孔材料内进行异质含量测量。计算机数据处理系统包括在线记录多孔材料内测温点的温升数据，数据后处理程序以及计算多孔介质异质含量的算法。

本发明提供一种基于平面热源测量多孔材料中异质含量的方法,步骤为：

a、使温度传感器与片状平面热源两者粘合为一体；

b、将粘合为一体的温度传感器与片状平面热源布置于被测多孔材料内部；

c、启动数据采集装置，待被测多孔材料内部温度稳定后，记录此时温度作为被测多孔材料的初始温度；