一種一維熱濕傳遞特性參數(shù)測量試驗臺的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種一維熱濕傳遞特性參數(shù)測量試驗臺。本實用新型中的絕干腔進氣系統(tǒng)包括風(fēng)機、過濾網(wǎng)、半導(dǎo)體制冷片和集水盤。氮氣進給系統(tǒng)包括氮氣瓶、氮氣入口閥門、氮氣進氣管道、去離子水箱、氮氣入口管道、氮氣出口管道。超聲波加濕系統(tǒng)包括去離子水進水管道、水箱、超聲振蕩器、去離子水出水管道和排污管道；試樣固定裝置位于恒溫恒濕腔、絕干腔之間，包括試樣定位板、具有彈性的絕濕保溫材料、被測多孔介質(zhì)、可開閉式進樣口、濕度傳感器固定板、多孔介質(zhì)試樣縱向可伸縮滑動壓緊楔塊。本實用新型能單獨有效分別控制樣品一維方向兩側(cè)的環(huán)境溫度，并保證濕分可以在近一維方向上進行傳遞。
【專利說明】一種一維熱濕傳遞特性參數(shù)測量試驗臺

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于多孔介質(zhì)熱濕物性測試設(shè)備領(lǐng)域，涉及一種一維熱濕傳遞試驗臺，特別是一種確保建筑多孔材料內(nèi)濕分進行一維熱濕傳遞的試驗臺。

【背景技術(shù)】
[0002]目前在對建筑圍護結(jié)構(gòu)進行選型及設(shè)計時，除了考慮其能夠提供了一個安全、抵擋不利外界環(huán)境的基本條件外，更多的是需要考慮圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)部環(huán)境與人體舒適性間的關(guān)系(如室內(nèi)熱濕環(huán)境)。因此在考慮了圍護結(jié)構(gòu)熱濕性能的前提下合理設(shè)計建筑圍護結(jié)構(gòu)就顯得尤為重要。然而由于濕環(huán)境理論的不完善及多孔介質(zhì)本身的復(fù)雜性，關(guān)于多孔建筑材料的熱濕傳遞特性參數(shù)的測量，目前尚未有標(biāo)準(zhǔn)化且對參數(shù)具有準(zhǔn)確化控制的測量設(shè)備?；谀壳盎窘ㄖ牧衔镄詤?shù)的匱乏，且隨著越來越多新型建筑材料地不斷涌現(xiàn)，設(shè)計出方便快捷、節(jié)能環(huán)保、可精準(zhǔn)控溫控濕的多孔建筑材料一維熱濕傳遞物性測量的試驗臺就顯得尤為重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型提供一種測定多孔介質(zhì)一維熱濕傳遞特性的試驗臺，以彌補在測量多孔介質(zhì)一維熱濕傳遞物性的技術(shù)不足，滿足試驗及生產(chǎn)的需要。
[0004]本實用新型包括恒溫恒濕腔、絕干腔、試樣固定裝置、絕干腔體進氣系統(tǒng)、超聲波加濕系統(tǒng)和氣氣進給系統(tǒng)。
[0005]所述的絕干腔進氣系統(tǒng)包括風(fēng)機、過濾網(wǎng)、半導(dǎo)體制冷片和集水盤。風(fēng)機位于進氣系統(tǒng)的入口處，風(fēng)機出風(fēng)口附有一層過濾網(wǎng)，過濾網(wǎng)的出口段與冷凝干燥器的一端相連，其中冷凝干燥器由四片半導(dǎo)體制冷片組成，且半導(dǎo)體制冷片間呈錯排排列；冷凝干燥器底部設(shè)有一個集水盤，集水盤中布有吸濕材料。冷凝干燥器的另一端與干燥氣體回路進氣口相連，且干燥氣體回路上設(shè)有加熱制冷換熱器，干燥氣體回路的出氣口與絕干腔相連通。在絕干腔內(nèi)部壁面中心處布有一個風(fēng)扇，風(fēng)扇正對外擴型干燥氣體回路的回流段。
[0006]所述的氮氣進給系統(tǒng)包括氮氣瓶、氮氣入口閥門、氮氣進氣管道、去離子水箱、氮氣入口管道、氮氣出口管道。氮氣瓶與氮氣進氣管道間設(shè)有一個氮氣入口閥門，氮氣流量通過氮氣入口閥門由手動進行控制。氮氣進氣管道尾部接有一個外擴口，裝置運行時需保證水箱內(nèi)水面沒過氮氣進氣管道的外擴口 ；氮氣入口管道一端同樣設(shè)有一個外擴口，裝置運行時需保證水箱內(nèi)水面不沒過氮氣入口管道的外擴口，氮氣入口管道的另一端與恒溫恒濕腔體相連通，且氮氣入口管道入口處設(shè)有一個單向進氣閥門；恒溫恒濕腔的另外一側(cè)設(shè)有氮氣出口管道。
[0007]所述的超聲波加濕系統(tǒng)包括去離子水進水管道、水箱、超聲振蕩器、去離子水出水管道和排污管道。超聲波加濕系統(tǒng)設(shè)有兩個超聲振蕩器，且兩者均位于水箱的水位線下，水箱位于恒溫恒濕腔體內(nèi)，水箱的去離子水進水管道與外接的去離子水機相連，提供水源。水箱的一側(cè)地面設(shè)有排污管，排污管同側(cè)的上部設(shè)有去離子水出水管道。
[0008]所述的試樣固定裝置位于恒溫恒濕腔、絕干腔之間，包括試樣定位板、具有彈性的絕濕保溫材料、被測多孔介質(zhì)、可開閉式進樣口、濕度傳感器固定板、多孔介質(zhì)試樣縱向可伸縮滑動壓緊楔塊?？砷_閉式進樣口可水平軸向打開，便于被測多孔介質(zhì)及試樣固定板的放置和更換。試樣定位板則置于被測多孔介質(zhì)底部，并與被測多孔介質(zhì)兩側(cè)的具有彈性的絕濕保溫材料緊密接觸。被測多孔介質(zhì)頂部和底部均設(shè)置有濕度傳感器固定板，其中頂部的濕度傳感器固定板由多孔介質(zhì)試樣縱向可伸縮滑動壓緊楔塊固定，底部的濕度傳感器固定板由試樣定位板固定；濕度傳感器分別固定在濕度傳感器固定板上。
[0009]在絕干腔腔體頂部壁面中心和四周壁面中心均設(shè)有熱電偶測溫點，在恒溫恒濕腔四周壁面的靠近中心處設(shè)置半導(dǎo)體制冷板和有熱電偶測溫點，在恒溫恒濕腔中央設(shè)置有加熱板；所述熱電偶測溫點的信號輸出、濕度傳感器的信號輸出均與PID溫濕度控制器輸入端連接，PID溫濕度控制器輸出端與加熱板、半導(dǎo)體制冷片及超聲振蕩器信號連接。
[0010]本實用新型可為多孔建筑材料熱濕耦合傳遞特性參數(shù)的測量提供一種新設(shè)備，其對樣品的尺寸自適性好，并能單獨有效分別控制樣品一維方向兩側(cè)的環(huán)境溫度，并保證濕分可以在近一維方向上進行傳遞，為分析濕度、溫度對多孔建筑材料熱濕耦合傳遞特性參數(shù)影響程度的研究提供了科學(xué)的技術(shù)支持，并可為多孔介質(zhì)材料的研究提供了基礎(chǔ)物性測量數(shù)據(jù)。本試驗臺結(jié)構(gòu)簡單，方便操作，安全性高的特點，便于推廣使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]其中，圖中的標(biāo)識為:風(fēng)機1、過濾網(wǎng)2、進氣管路3、集水盤4、半導(dǎo)體制冷片5、單向閥門6、加熱板7、半導(dǎo)體制冷片8、回路管道9、風(fēng)扇10、絕干腔體11、絕干腔熱電偶12、PID溫濕度控制器及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)13、濕傳遞結(jié)束測濕度傳感器14、濕度傳感器固定板15、可開閉式進樣口 16、具有一定彈性的絕濕保溫材料17、濕傳遞起始側(cè)濕度傳感器18、試樣定位板19、半導(dǎo)體制冷板20、恒溫恒濕腔體21、氮氣出口管道22、超聲振蕩器23、去離子水出水管道24、排污管閥門25、排污管道26、去離子水進水管道27、水箱28、恒溫恒濕腔熱電偶29、加熱板30、被測多孔介質(zhì)31、縱向可伸縮滑動壓緊楔塊32、氮氣入口管道33、去離子水箱34、氮氣進氣管道35、氮氣入口閥門36、氮氣瓶37。

【具體實施方式】
[0013]本實用新型是為進行多孔建筑材料熱濕傳遞物性參數(shù)測試研究而設(shè)計的，主要是提供一種便捷節(jié)能且安全的試驗臺，用于準(zhǔn)確測量計算多孔材料的蒸汽滲透量，當(dāng)量水蒸氣擴散系數(shù)及水蒸汽擴散阻力系數(shù)。
[0014]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。
[0015]本實用新型提供一種測定多孔介質(zhì)一維熱濕傳遞特性的試驗臺，以彌補在測量多孔介質(zhì)一維熱濕傳遞物性的技術(shù)不足，滿足試驗及生產(chǎn)的需要。
[0016]本實用新型一維熱濕傳遞熱性試驗臺的部件結(jié)構(gòu)特征包括絕干腔進氣系統(tǒng)、氮氣進給系統(tǒng)、超聲波加濕系統(tǒng)、溫濕度控制系統(tǒng)、試樣固定裝置。
[0017]絕干腔進氣系統(tǒng)包括風(fēng)機1、過濾網(wǎng)2、半導(dǎo)體制冷片5、集水盤4、管路3。風(fēng)機位于進氣系統(tǒng)的入口處，風(fēng)機出風(fēng)口將附有一層過濾網(wǎng)，過濾網(wǎng)的出口段與冷凝干燥器相連，其中冷凝干燥器由4片半導(dǎo)體制冷片組成，且半導(dǎo)體制冷片間呈錯排排列，增強入口氣體中濕分的冷凝干燥過程；此外，冷凝干燥器底部設(shè)有一個集水盤，當(dāng)具有一定濕度的氣體通過插排排列的半導(dǎo)體制冷片時，水汽將遇冷在其上冷凝，并在重力作用下下落至集水盤，集水盤中布有高吸濕材料，以防止下落水分再次回到干燥氣體中，且集水盤可根據(jù)需要自行取出。冷凝干燥器的另一端與干燥氣體回路相連，且干燥氣體回路上設(shè)有加熱制冷換熱器，回路管道9的另一側(cè)則與絕干腔相連通。在絕干腔11內(nèi)部壁面中心處布有一個風(fēng)扇10，風(fēng)扇正對外擴型回路管道的回流段，且回路管道的干燥氣體進氣段和氣體回?zé)岫尉O(shè)有單向閥門6
[0018]所述的氮氣進給系統(tǒng)包括氮氣瓶37、氮氣入口閥門36、氮氣進氣管道35、去離子水箱34、氮氣入口管道33、氮氣出口管道。氮氣由進氣管道通入后，進入去離子水箱，并攜帶少量濕分由氮氣入口管道進入恒溫恒濕腔中。氮氣流量通過氮氣入口閥門由手動進行控制。
[0019]所述的超聲波加濕系統(tǒng)包括去離子水進水管道27、水箱28、超聲振蕩器23、去離子水出水管道24、排污管道26，超聲振蕩器通過高頻振蕩使水濺躍出水面產(chǎn)生一定量水汽，使液面以上空間保持一定的相對濕度。進水管道與外接的去離子水機相連，為加濕系統(tǒng)提供水源。
[0020]所述的溫濕度控制系統(tǒng)包括絕干腔氣體控溫模塊和恒溫恒濕腔控溫控濕模塊。絕干腔氣體控溫模塊包括風(fēng)扇10、加熱板7、單向閥門6、絕干腔熱電偶12、濕傳遞結(jié)束測濕度傳感器14。所述的恒溫恒濕腔控溫控濕模塊包括風(fēng)扇、加熱板30、恒溫恒濕腔熱電偶29、濕傳遞起始側(cè)濕度傳感器18。傳遞開始側(cè)溫濕度測點18和傳遞結(jié)束側(cè)溫濕度測點14沿被測多孔介質(zhì)試樣水平方向分別均勻布置4個濕度傳感器，且濕度傳感器由被測試樣表面的固定板進行固定。存在絕干腔的五個面中心各分布一個熱電偶進行測溫，恒溫恒濕箱四周各個面各分布兩個熱電偶進行測溫。兩個模塊中的熱電偶和濕度傳感器均與PID溫濕度控制器相連，溫濕度傳感器的輸出信號由PID溫濕度控制器接收并返回對加熱板、半導(dǎo)體制冷片及超聲振蕩器的控制信號。當(dāng)絕干腔溫度超過設(shè)定溫度時，PID控制器返回信號，加熱板7停止加熱，半導(dǎo)體制8冷片開始工作制取冷量，通過對流換熱使管道內(nèi)氣體溫度降低，并由腔內(nèi)風(fēng)扇帶入腔體，同時，一部分腔內(nèi)氣體在風(fēng)扇的作用下從單向流動管道再次回流至換熱器處，形成一個單向流動的換熱回路。
[0021]所述的試樣固定裝置包括試樣定位板19、具有一定彈性的絕濕保溫材料17、被測多孔介質(zhì)31、可開閉式進樣口 16、濕度傳感器固定板15、多孔介質(zhì)試樣縱向可伸縮滑動壓緊楔塊32。可開閉式進樣口可水平軸向打開，便于被測試樣及試樣固定板的放置和更換。被測多孔介質(zhì)試樣與試樣定位板為搭接，試樣固定板可根據(jù)被測試樣的大小進行尺寸選取，且固定被測多孔介質(zhì)試樣的腔體四周存在一層具有一定彈性的絕濕保溫材料，絕濕保溫材料與被測試樣間呈緊密接觸狀態(tài)；為更好地對被測試樣縱向進行有效固定，裝置存在縱向可伸縮滑動壓緊楔塊。絕濕保溫材料與縱向可伸縮滑動壓緊楔塊的設(shè)置可有效防止恒溫恒濕腔內(nèi)的氣體泄漏到絕干腔，以保證濕分在試樣內(nèi)進行一維傳濕。為準(zhǔn)確測量被測多孔介質(zhì)表面的相對濕度，濕度傳感器與試樣間緊密接觸。濕度傳感器分別固定在濕度傳感器固定板上，當(dāng)進行試樣更換時，可將濕度傳感器固定板連帶固定于上面的濕度傳感器取出。此夕卜，濕度傳感器固定板除了起到固定濕度傳感器之外，還起到隔絕絕干腔及恒溫恒濕腔的作用。
[0022]本試驗臺的的工作原理與過程:
[0023]進行試驗前通過去離子水管道27向水箱28緩慢勻速地注入去離子水，為試驗做好準(zhǔn)備，當(dāng)注入去離子水水位過高時,可由去離子水出水管道24排出。為排除測試箱體內(nèi)其他氣體對試驗結(jié)果的干擾，進行試驗前，通過設(shè)置PID溫濕度控制器13，使半導(dǎo)體制冷片5和加熱板7處于開啟狀態(tài)，并穩(wěn)定10分鐘，而后打開風(fēng)機1，氣體進過過濾網(wǎng)2由進氣管道3進入冷凝干燥裝置并使氣體中的濕分在半導(dǎo)體制冷片上冷凝，凝結(jié)液體將在重力作用下由半導(dǎo)體制冷片5下落至集水盤4。干燥過后的氣體接連通過加熱板7，被加熱后進入絕干腔11，并由腔內(nèi)風(fēng)扇10吹入具有單向閥門6的單向回路管道9并重新回?zé)?，該過程持續(xù)保持20分鐘，以減少絕干腔11中的濕度。
[0024]進行試驗前，通過打開氮氣瓶37上的氮氣入口閥門36使氮氣由氮氣進氣管道35引入去離子水箱34，此時去離子水箱上部腔體是具有一定濕度的氮氣，再有氮氣入口管道33均與引入恒溫恒濕腔21，并由具有單向閥門的氮氣出口管道22排出，并保持該過程持續(xù)10分鐘，以保證恒溫恒濕腔21無其他氣體存在。而后通過PID溫濕度控制器控制開啟恒溫恒濕腔體內(nèi)風(fēng)扇，并設(shè)定好進行試驗時所需絕干腔的溫度及恒溫恒濕腔的溫度、濕度，其中，兩個腔體的溫濕度通過由PID溫濕度控制器分別監(jiān)視兩個腔體的熱電偶12、29和濕度傳感器14、18。當(dāng)絕干腔的溫度高于設(shè)定溫度時，通過PID溫濕度控制器控制半導(dǎo)體制冷片8打開從而對腔內(nèi)氣體溫度進行降溫，當(dāng)絕干腔的溫度低于設(shè)定溫度時，通過PID溫濕度控制器控制半導(dǎo)體制冷片關(guān)閉，并控制打開加熱板7，使氣體溫度上升達到設(shè)定溫度。同理，對于恒溫恒濕腔體，當(dāng)恒溫恒濕腔體濕度過低時，PID溫濕度控制器控制超聲震蕩器23開啟，開始加濕，當(dāng)濕度超過預(yù)設(shè)濕度時，控制器控制超聲振蕩器關(guān)閉，同時控制處于豎直布置的半導(dǎo)體制冷片20開啟，使水汽在其上凝結(jié)并下落至水箱；當(dāng)恒溫恒濕腔溫度低于設(shè)定溫度時，控制器則會控制加熱板30開啟，同時配合開啟超聲振蕩器適當(dāng)增加腔內(nèi)濕度，PID溫濕度控制器面板顯不溫度波動小于3°C,濕度波動小于5%RH時,表不內(nèi)部環(huán)境基本穩(wěn)定。
[0025]打開可開閉式進樣口 16，放入合適的試樣定位板19，再放入預(yù)先定制好尺寸的多孔介質(zhì)試樣31，并調(diào)整縱向可伸縮滑動壓緊楔塊32，使上下兩塊濕度傳感器固定板15很好的接觸試樣并使可伸縮的絕濕保溫材料17壓緊試樣，關(guān)上進樣口，同時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)13開始采集試樣上下面的溫度和濕度數(shù)據(jù)并記錄儲存于外接計算機中。
[0026]每隔12小時，取出被測試樣，放入已知質(zhì)量的密封袋，并稱取其質(zhì)量，當(dāng)試樣前后連續(xù)五次的質(zhì)量變化值小于該五次質(zhì)量變化的平均值的5%時，認為此時試樣的蒸汽擴散已達到穩(wěn)定狀態(tài)。此時可獲得加濕前試樣質(zhì)量及蒸汽擴散達到平衡時試樣的質(zhì)量。
[0027]對于被測試樣的水蒸氣滲透量Λ ,由式(I)計算可得，其單位為^(m2.s)。
ΓI■100.1.
[0028]Jjt =-X--(I)
LtS 36
[0029]其中為相鄰兩次被測試樣的質(zhì)量變化，單位為路-M為相鄰兩次測量的間隔時間，單位為S ； S為試樣與恒溫恒濕腔有效接觸面積，單位為Cm2。
[0030]對于被測試樣的水蒸汽擴散系數(shù)，由式(2)計算可得，其單位為tig/(m2 s Pa)。
[0031]⑵
[0032]其中《a為被測試樣的厚度,單位為mm f為蒸汽側(cè)壓力，單位為Pa,其可通過查表獲得。
[0033]當(dāng)試驗進行了一段時間后，由于長期運行產(chǎn)生的水垢及更換試樣等引入水箱中的雜質(zhì)可通過打開排污管閥門25由排污管道26排出。
【權(quán)利要求】
1.一種一維熱濕傳遞特性參數(shù)測量試驗臺，包括恒溫恒濕腔、絕干腔、試樣固定裝置、絕干腔體進氣系統(tǒng)、超聲波加濕系統(tǒng)和氮氣進給系統(tǒng)，其特征在于: 所述的絕干腔進氣系統(tǒng)包括風(fēng)機、過濾網(wǎng)、半導(dǎo)體制冷片和集水盤；風(fēng)機位于進氣系統(tǒng)的入口處，風(fēng)機出風(fēng)口附有一層過濾網(wǎng)，過濾網(wǎng)的出口段與冷凝干燥器的一端相連，其中冷凝干燥器由四片半導(dǎo)體制冷片組成，且半導(dǎo)體制冷片間呈錯排排列；冷凝干燥器底部設(shè)有一個集水盤，集水盤中布有吸濕材料；冷凝干燥器的另一端與干燥氣體回路進氣口相連，且干燥氣體回路上設(shè)有加熱制冷換熱器，干燥氣體回路的出氣口與絕干腔相連通；在絕干腔內(nèi)部壁面中心處布有一個風(fēng)扇，風(fēng)扇正對外擴型干燥氣體回路的回流段； 所述的氮氣進給系統(tǒng)包括氮氣瓶、氮氣入口閥門、氮氣進氣管道、去離子水箱、氮氣入口管道、氮氣出口管道；氮氣瓶與氮氣進氣管道間設(shè)有一個氮氣入口閥門，氮氣流量通過氮氣入口閥門由手動進行控制；氮氣進氣管道尾部接有一個外擴口，裝置運行時需保證水箱內(nèi)水面沒過氮氣進氣管道的外擴口 ；氮氣入口管道一端同樣設(shè)有一個外擴口，裝置運行時需保證水箱內(nèi)水面不沒過氮氣入口管道的外擴口，氮氣入口管道的另一端與恒溫恒濕腔體相連通，且氮氣入口管道入口處設(shè)有一個單向進氣閥門；恒溫恒濕腔的另外一側(cè)設(shè)有氮氣出口管道； 所述的超聲波加濕系統(tǒng)包括去離子水進水管道、水箱、超聲振蕩器、去離子水出水管道和排污管道；超聲波加濕系統(tǒng)設(shè)有兩個超聲振蕩器，且兩者均位于水箱的水位線下，水箱位于恒溫恒濕腔體內(nèi)，水箱的去離子水進水管道與外接的去離子水機相連，提供水源；水箱的一側(cè)地面設(shè)有排污管，排污管同側(cè)的上部設(shè)有去離子水出水管道； 所述的試樣固定裝置位于恒溫恒濕腔、絕干腔之間，包括試樣定位板、具有彈性的絕濕保溫材料、被測多孔介質(zhì)、可開閉式進樣口、濕度傳感器固定板、多孔介質(zhì)試樣縱向可伸縮滑動壓緊楔塊；可開閉式進樣口可水平軸向打開，便于被測多孔介質(zhì)及試樣固定板的放置和更換；試樣定位板則置于被測多孔介質(zhì)底部，并與被測多孔介質(zhì)兩側(cè)的具有彈性的絕濕保溫材料緊密接觸；被測多孔介質(zhì)頂部和底部均設(shè)置有濕度傳感器固定板，其中頂部的濕度傳感器固定板由多孔介質(zhì)試樣縱向可伸縮滑動壓緊楔塊固定，底部的濕度傳感器固定板由試樣定位板固定；濕度傳感器分別固定在濕度傳感器固定板上； 在絕干腔腔體頂部壁面中心和四周壁面中心均設(shè)有熱電偶測溫點，在恒溫恒濕腔四周壁面的靠近中心處設(shè)置半導(dǎo)體制冷板和有熱電偶測溫點，在恒溫恒濕腔中央設(shè)置有加熱板；所述熱電偶測溫點的信號輸出、濕度傳感器的信號輸出均與PID溫濕度控制器輸入端連接，PID溫濕度控制器輸出端與加熱板、半導(dǎo)體制冷片及超聲振蕩器信號連接。
【文檔編號】G01N5/02GK203929552SQ201420309871
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】徐旭, 姚曉莉, 田付有, 黃連鋒 申請人:中國計量學(xué)院