[发明专利]一种测量有限厚度多孔材料中异质含量的装置及方法

说明书

本发明公开了一种测量有限厚度多孔材料中异质含量的装置及方法，包括热激励侧探头、绝热边界侧探头、变压控制器、数据采集装置和计算机数据处理系统；热激励侧探头包括测温发热薄片、温度传感器、热激励侧热流探头、热激励侧发热薄片等；绝热边界侧探头包括绝热边界侧热流探头、绝热边界侧发热薄片等；变压控制器设置有主控制器、热流数据处理变压供电模块、电源等结构；可实现远程长期异质含量监测。本发明提供两种探头布置形式：(1)热激励侧探头与绝热边界侧探头对应布置在被测材料两侧；(2)两个热激励侧探头对称的布置在被测材料两侧。所述热激励侧探头、绝热边界侧探头外部形状为薄片状，由于为多层结构紧密贴合，具有一定的刚度，不易变形。与目前的平面热源非稳态导热法相比，由于使用在被测材料的边界处进行热流量补偿控制、布置对称热源的方法，创造了绝热边界，对被测材料的厚度要求大幅度降低。

技术领域

本发明属于材料检测分析领域，涉及一种基于平面热源非稳态导热原理测量有限厚度多孔材料中异质含量的装置及方法。

背景技术

多孔材料中异质成分的侵入会改变材料本身的特性，使其保温消声性能大幅下降，并诱发霉变、腐蚀等现象，进而导致其使用寿命缩短。所以多孔材料中异质含量的测量是一项极其必要的手段和技术。材料异质含量的测量，尤其是材料含水量的测量方法及相关研究较多，但都存在一定理论上和使用上的局限性。现有测量方法一般为通过测定其它与多孔材料中异质成分含量有着某种对应关系的物理量来计算出被测材料中的异质含量，根据测量原理不同，可以分为电学法、热学法、射线法等。由于热学法有着简便、廉价、对水分中含盐量不敏感等特性，而被广泛研究。热学法依据测量距离被布置于被测材料中的线状或柱状热源某一固定位置处的温度动态响应信号，计算出被测材料中的异质含量。

目前的研究多为使用基于热学法的热脉冲法以及热盘法测量多孔材料异质含量。热脉冲法根据线热源瞬时作用在无限大均匀介质的温度场分析解，使用温度传感器获取的最大温升推算体积热容数值，进而得到异质含量。热盘法根据对双螺旋排列的线热源在平面内以恒定功率作用在无限大均匀介质的温度场分析解，使用线热源电阻阻值变化获取其温度变化推算体积热容数值，进而得到异质含量。以上两种方法由于理论公式均使用了无限大均匀介质假设，只能在被测材料外形尺寸足够大、边界不存在散热的条件下使用，故限制了其实际使用范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种测量有限厚度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设备易受被测材料厚度以及测量环境影响、发热量大、不可长期布置于被测材料内进行测量等问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种测量有限厚度多孔材料中异质含量的装置，包括两种布置形式：

第一种布置形式包括热激励侧探头、绝热边界侧探头、变压控制器、数据采集装置和计算机数据处理系统；第二种布置形式包括两套热激励侧探头、变压控制器、数据采集装置和计算机数据处理系统；

在第一种布置形式中所述热激励侧探头、绝热边界侧探头分别布置在被测多孔材料两侧，两者中心位置保持一致，沿被测材料厚度方向的投影重合。在第二种布置形式中两个相同的热激励侧探头对称的布置在被测材料两侧，沿被测材料厚度方向的投影重合。

所述热激励侧探头包括测温发热薄片、温度传感器、热激励侧热流探头、热激励侧发热薄片、电源等构成。温度传感器、测温发热薄片、热激励侧热流探头、热激励侧发热薄片依序紧密贴合形成热激励侧探头主体部分。

所述绝热边界侧探头包括绝热边界侧热流探头、绝热边界侧发热薄片、电源等。绝热边界侧热流探头与绝热边界侧发热薄片紧密贴合形成绝热边界侧探头主体部分。