[发明专利]一种基于容积热质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，涉及一种基于容积热质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，例如多孔材料的含湿量大小决定了材料的强度，保温性，导电性，保鲜时间等。本说明将以水分含量检测为例，但本发明申请不仅仅限于含水量检测，如密封管道中掺入异质气体含量的检测也属于本发明的应用范围。

随着科学技术的发展进步，水分检测已经被列为各类物质理化分析的基本项目之一，覆盖粮食储藏、建筑科学、环境科学、地球科学等众多领域。

常用的水分测量方法有：烘干法、电阻法、电容法等。烘干法需要取样，时间较长，在很多情形下无法实现，并且无法实现实时监测水分。电阻法、电容法是利用材料的介电特性来间接测量，速度快，但是适应性差，准确度低。

发明内容

本发明的目的在于针对现有方法中的不足，提供了一种低成本、简单易行的快速异质成分含量检测法，并能够实时监测。

一种基于容积热质测定材料中异质含量的方法，该方法包括以下步骤：

a、在待测对象中布置温度传感器与热源；由于测量导热系数、热扩散率的方法有很多，所以传感器的布置与热源形式也有很多，在下文的具体实施方式中将以瞬态热线法为例说明。

b、热源发热后，采集传感器的温度数据；

c、根据温度数据求解有效导热系数、有效热扩散率，再根据有效导热系数、有效热扩散率求解出容积热质（或称平均热质密度）;因为掺入异质成分后容积热质发生变化，根据容积热质的改变量求出异质成分的含量。

除了检测异质成分为水的情况外，其他异质成分含量的检测方法、步骤相同。

本发明的测试方法快速、准确、无须取样。例如，要实时监测建筑墙体的水分含量，只需事先将温度传感器、热源预埋在墙体中，加热后记录温度值、加热功率，然后就可以按照公式求出材料的含水量。在流体管道中事先预埋好装置，同样可以实时监测此处管道中掺入异质成分的比例。

附图说明

附图是以监测飞机墙体中保温材料的含水量为例的步骤示意图。

具体实施方式

下文以瞬态热线法为例，详细阐述上述几个步骤，但本发明不仅仅限于通过瞬态热线法获得有效导热系数与有效热扩散率。预埋热线与温度传感器时，使探头方向与预埋热线平行；预埋热线采用稳压电源供电；测试前，使试体内部的温度场趋于均匀一致。

利用热线法测定导热系数和热扩散率，时间短、温差小，可以尽量减少测试过程中被测对象内部的水分迁移，从而得到更准确的数据。热线表面尽量保证电绝缘，选择热线类型时，保证热线的电阻率随温度变化较小，可以使用镍铬丝。

在初始温度均匀分布的无限介质中，热线以恒定功率发热，周围温度的解析解为：

ΔT(r,τ)=-q4πkEi(-r24aτ)---(1)]]>

其中，q为单位长度热功率(W/m)，a为热扩散率（㎡/s），k为导热系数(Wm^-1K^-1)，τ为时间(s)，r为探头到热线的距离(m)。函数-Ei(-x)的表达式为