測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。若能對多孔保溫材料內(nèi)積聚的水分含量進(jìn)行實時監(jiān)測，就方便采取及時的維護(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)水分含量的測試方法很多，但大多集中于對土壤內(nèi)部水分含量的測定，這些方法還難以兼具快速、廉價、無損、精準(zhǔn)等特點。和土壤相比，多孔保溫材料往往具有輕質(zhì)和憎水的特點，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。對多孔保溫材料內(nèi)水分的精確測量具有更大的挑戰(zhàn)。
　　本文提出一種依據(jù)較短時間內(nèi)的瞬態(tài)溫變效應(yīng)，來推測多孔材料內(nèi)含水量的方法。測試時，在被測材料內(nèi)布置電熱線和測溫傳感器，給電熱線供電產(chǎn)生恒定發(fā)熱熱流，并記錄測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驗測得的瞬態(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應(yīng)，由此推斷出材料的含水量。本文選定輕質(zhì)海綿為測試材料，測試材料內(nèi)的體積含水量在0到80 kg/m3。實驗時將電熱線和測溫傳感器的距離布置為10.5 mm，對測得的100 s的溫度響應(yīng)進(jìn)行匹配以求得材料的含水量。為評估本方法的測試精度，將本方法獲得的含水量與稱量法測得的含水量相比較。此外，還應(yīng)用國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)與國際計量局(BIPM)推薦的測量誤差分析方法，評定了實驗測試的不確定度，總結(jié)出可進(jìn)一步提

4、高實驗測量精度的措施。
　　兩組獨立測試的水分結(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，相對偏差集中在15％左右，基本可以滿足工程測量的需求。由于稱重法測量結(jié)果為材料整體的平均含水量，而本方法測得的含水量為發(fā)熱體和測溫傳感器周圍的局部含水量，當(dāng)水分分布不均勻時，兩種方法獲得的結(jié)果會存在一定差異。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