[发明专利]水蒸气扩散系数测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明属于材料湿物性测量领域，具体涉及一种材料水蒸气扩散系数测量装置及测量方法。

背景技术

能源问题是当代社会的重要问题，能源消耗不但引发了能源安全问题，还导致了环境的污染。建筑作为高能耗产业之一，故而对建筑节能的研究具有重要意义。在建筑热环境改变的过程中，传热和传质是两个紧密联系的因素，通过研究建筑围护结构的热湿耦合传递状况，才能准确衡量建筑结构的节能效果。建筑围护结构多采用多孔材料，为了更好地加强围护结构的性能，人们对多孔建筑材料的热湿迁移原理及数学过程进行了大量实验和研究，由于测定各种热湿迁移特性参数存在困难，各种相关研究到目前为止还未形成统一的理论。其中，水蒸气扩散系数是描述建筑材料湿传递的重要参数，也是求解湿迁移问题的基本量。

目前所采用的水蒸气扩散系数测量方法多为在水蒸气的扩散状态处于定常态时获得其流量和浓度梯度的变化量，利用公式计算得扩散系数。但该方法耗时长，对实验环境的要求高，应用难度大。所以，发明出一种快速并准确测量水蒸气扩散系数的方法具有了重要的现实意义。

发明内容

本发明提供一种水蒸气扩散系数测量装置，并且在测量材料水蒸气扩散系数的同时，还可测量材料的饱和吸湿量。

本发明的水蒸气扩散系数测量装置包括：用于营造恒温恒湿环境的测试室和用于采集和记录待测样品重量变化的天平系统；

所述测试室内装有风扇、加湿装置、除湿装置、电热装置、半导体制冷装置、温湿度传感器、温湿度控制仪、挡风筒，温湿度控制仪的输入端与温湿度传感器连接，温湿度控制仪的信号输出端与电热装置、半导体制冷装置连接，风扇安装于测试室内右侧的顶部及左侧的底部；

所述天平系统由电子天平、水平板、天平支架、挂钩和计算机构成，天平支架搭建在测试室外部且不与测试室接触，水平板为有机玻璃板，放置于天平支架上，用于水平支撑电子天平，电子天平放置于水平板上，与计算机相连，计算机记录天平称重的实时数据，挂钩悬挂在电子天平底部。

优选的，所述测试室内顶部设有与外界相通的孔洞，半径为2厘米；挡风筒安装在孔洞下方、测试室顶部，挡风筒为圆柱形有机玻璃桶，挡风筒内径为10厘米，挡风筒底面圆心与孔洞圆心重合。

优选的，所述的水平板上设有一个半径为2厘米的孔洞，孔洞圆心与测试室顶部孔洞圆心重合。

优选的，所述的挂钩表面涂抹有防水材料，挂钩底部为十字型吊篮状，用于放置待测样品。

优选的，所述待测样品为球状样品。

本发明还公开了一种所述装置的水蒸气扩散系数测量方法，步骤如下：

将待测材料加工成半径3cm的球状样品，进行干燥处理，干燥处理采用烘干法，在烘干12小时后开始称重，时间间隔为2小时，当连续三次称重所得结果不呈单调变化，且标准差不超过平均值的1％时，认为样品已彻底干燥；

测量过程：

a)使用温湿度控制仪设定温度、相对湿度，同时打开风扇进行空气内循环，使测试室达到测量所需温度、相对湿度；

b)打开天平，进行校准、去皮操作；

c)温湿度传感器监测到温度、相对湿度稳定后，打开测试室，将预处理过的待测样品迅速放置于挂钩上，密封测试室；

d)样品的实时重量数据传入计算机，每10秒钟记录一次；

e)每30分钟观察一次重量变化，当连续三次观察所得结果不呈单调变化，且标准差不超过平均值的1％时，认为样品吸湿达到饱和状态；

f)此时获得的W_∞为该对应相对湿度下的饱和含湿量，根据样品的实时重量数据和最后的饱和含湿量数据，即可得到该材料在该温度和该相对湿度下的水蒸气扩散系数。

本发明提供的水蒸气扩散系数测量装置结构简单，利用测试室营造恒温恒湿环境，利用天平系统获得待测材料的重量变化情况，由Fick第二定律推导得到测量公式，从而计算得到水蒸气扩散系数。待测样品加工成球状，四周都能吸湿，能在短时间内达到饱和吸湿状态，从而缩短了测量时间。进行一次测量即可获得待测样品在某温度、某相对湿度下的水蒸气扩散系数。本发明在测量水蒸气扩散系数的同时，还可以得到待测样品在该温度、该相对湿度下的饱和含湿量。天平支架不与测试室接触，可有效防止测试室在工作过程中的震动对电子天平的微扰，从而保证实验结果的准确性。测试室内部的挡风筒可有效防止测试室内空气流动而引起的样品晃动。挂钩表面涂抹有防水材料，防止挂钩表面因吸附水分而导致的误差。

附图说明

图1是球状材料水蒸气扩散系数测量原理图；

图2是本发明的水蒸气扩散系数测量装置的主视图。