[发明专利]一种测量多孔材料内异质含量及其分布的方法

说明书

本发明公开了一种测量多孔材料内异质含量及其分布的方法，通过第一热流计传感器、片状平面热源、第二热流计传感器紧密贴合的布置方法，测量片状平面热源两侧的温升和热流分配，可有效辨识被测材料内异质的不均匀分布，同时实现一次测量获得片状平面热源两侧的异质含量。在上述方法的基础上，根据温度扰动的有限传播厚度，合理布置传感器测试位置避免材料内存在测量盲区，通过数据插值和拟合得到材料内异质含量随位置变化的函数，最终获得材料内异质含量的一维、平面、或立体分布。

技术领域

本发明属于材料测试分析技术领域，涉及一种基于热流计的瞬态平面热源法，来测量多孔材料内异质含量及其分布的方法。

背景技术

当多孔材料内有异质侵入时，材料本身的物性参数和使用性能随之改变。例如，广泛应用于建筑节能领域的多孔保温材料存在吸湿特性，在使用过程中水分的侵入致使保温隔音效果下降，并滋生霉变，降低材料的使用寿命，增加建筑能耗。因此，准确测量材料异质含量及其分布对于提升材料的使用性能具有很大帮助。

目前多孔材料中异质成分含量的检测有电学法、热学法、射线法等。其中热学法因测量简便廉价而应用范围宽广。热学法在被测材料中设置热源，通过监测距热源固定距离的材料内某点的瞬态温升，求解被测材料热物性参数，如体积热容，在异质侵入前后的变化量，最终获得被测材料内的异质含量。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，温度测点监测到有效温升的前提是发热体有较大发热量，而大发热量将在多孔材料内部诱发自然对流和辐射传热，降低测试精度；

(2)实际测量中布置发热体与测温点可能引起的材料形变使得发热体与测温点之间距离不固定，影响异质含量测量的准确性；

(3)异质侵入被测材料时的分布可能并不均匀，因此发热体在材料内不同方向上所产生的热流可能也不均匀，传统热学方法只适用于材料内异质含量呈均匀分布的情形；

(4)现有测量方法所得的被测材料中异质含量数值或数值范围多数是由单一测点测得，无法有效推测材料内异质含量的空间分布。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种测量多孔材料内异质含量及其分布的方法，解决现有技术中由于热源与测点的分离布置造成的测量误差的问题。

本发明技术方案的操作步骤如下：

(1)将第一热流计传感器、片状平面热源、第二热流计传感器按顺序排列并使其相互紧密贴合，与被测材料表面平行布置于材料内部；

(2)记录被测材料内稳定且均匀分布的温度为初始温度T₀；

(3)接通加热电路，面积为A、恒定发热功率为Q的片状平面热源在材料内产生总热流记为满足关系

(4)由第一热流计传感器测得片状平面热源一侧的温度与热流，记为T₁和由第二热流计传感器测得片状平面热源另一侧的温度和热流，记为T₂和

(5)由第一热流计传感器测温数据减去初始温度，得到片状平面热源一侧热流计传感器测点处对应温升值ΔT_1E(t)；由第二热流计传感器测温数据减去初始温度，得到片状平面热源另一侧热流计传感器测点处对应温升值ΔT_2E(t)；

(6)根据步骤(4)测定的片状平面热源两侧热流和确定总热流沿片状平面热源两侧的分配系数f_i，即结合瞬态平面热源的一维传热过程导热微分方程、边界条件以及初始条件，得到片状平面热源两侧材料在热流计传感器位置于t时间内的温升解析解ΔT₁(t)和ΔT₂(t)；