測(cè)定多孔保溫材料含水量的溫度匹配法.pdf

1、多孔材料因其良好的隔熱性能，被廣泛用作保溫材料。但多孔材料在高濕環(huán)境下易吸收水分，致使保溫性能下降，且引發(fā)霉變。若能對(duì)多孔保溫材料內(nèi)積聚的水分含量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，就方便采取及時(shí)的維護(hù)和保養(yǎng)措施，減小水分累積造成的危害。目前多孔材料內(nèi)水分含量的測(cè)試方法很多，但大多集中于對(duì)土壤內(nèi)部水分含量的測(cè)定，這些方法還難以兼具快速、廉價(jià)、無損、精準(zhǔn)等特點(diǎn)。和土壤相比，多孔保溫材料往往具有輕質(zhì)和憎水的特點(diǎn)，其內(nèi)部含水量常常遠(yuǎn)小于土壤含水量，且積聚的水分在其

2、內(nèi)部分布不均。對(duì)多孔保溫材料內(nèi)水分的精確測(cè)量具有更大的挑戰(zhàn)。
　　本文提出一種依據(jù)較短時(shí)間內(nèi)的瞬態(tài)溫變效應(yīng)，來推測(cè)多孔材料內(nèi)含水量的方法。測(cè)試時(shí)，在被測(cè)材料內(nèi)布置電熱線和測(cè)溫傳感器，給電熱線供電產(chǎn)生恒定發(fā)熱熱流，并記錄測(cè)溫傳感器的溫升響應(yīng)。根據(jù)考慮了發(fā)熱體半徑和熱物性的經(jīng)典復(fù)合導(dǎo)熱理論，通過枚舉方法獲得與實(shí)驗(yàn)測(cè)得的瞬態(tài)溫升響應(yīng)最匹配的材料的容積熱容值（即材料密度與比熱容的乘積）。根據(jù)容積熱容的疊加原理，多孔材料內(nèi)的含水量與材料吸濕

3、前后的容積熱容值的改變量一一對(duì)應(yīng)，由此推斷出材料的含水量。本文選定輕質(zhì)海綿為測(cè)試材料，測(cè)試材料內(nèi)的體積含水量在0到80 kg/m3。實(shí)驗(yàn)時(shí)將電熱線和測(cè)溫傳感器的距離布置為10.5 mm，對(duì)測(cè)得的100 s的溫度響應(yīng)進(jìn)行匹配以求得材料的含水量。為評(píng)估本方法的測(cè)試精度，將本方法獲得的含水量與稱量法測(cè)得的含水量相比較。此外，還應(yīng)用國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)與國際計(jì)量局(BIPM)推薦的測(cè)量誤差分析方法，評(píng)定了實(shí)驗(yàn)測(cè)試的不確定度，總結(jié)出可進(jìn)一步提

4、高實(shí)驗(yàn)測(cè)量精度的措施。
　　兩組獨(dú)立測(cè)試的水分結(jié)果表明，本方法獲得的材料含水量與稱重法測(cè)得的材料含水量較為接近，兩者之間的最大差異值為7 kg/m3左右，相對(duì)偏差集中在15％左右，基本可以滿足工程測(cè)量的需求。由于稱重法測(cè)量結(jié)果為材料整體的平均含水量，而本方法測(cè)得的含水量為發(fā)熱體和測(cè)溫傳感器周圍的局部含水量，當(dāng)水分分布不均勻時(shí)，兩種方法獲得的結(jié)果會(huì)存在一定差異。通過不確定度分析可知，水分含量的不確定度受發(fā)熱體熱流、發(fā)熱體與傳感器之間