Устройство для определения потенциала влажности материалов ограждающих конструкций

 

Использование: в строительной теплофизике, в частности в устройствах для измерения тепловлажностных характеристик строительных материалов. Сущность изобретения: устройство содержит дополнительные датчики теплового потока, установленные на всех промежуточных по длине обоймы с образцами прокладках эталонного материала. Выходные клеммы всех датчиков теплового потока одноименной полярности подсоединены к общей шине, а выводы другой полярности разомкнуты. Все датчики теплового потока идентичны между собой. 2 ил.

Изобретение относится к строительной физике и может быть использовано для исследований процессов тепло- и влагопередачи через ограждающие конструкции и определения характеристик тепло- и влагопереноса строительных материалов.

Известно устройство для определения потенциала влажности материалов ограждающих конструкций, содержащее корпус, помещенную в него разъемную по образующей цилиндрическую обойму с размещенными в ней втулками, в которых установлены образцы исследуемого и прокладки эталонного (по влагосодержанию) материала [1] Однако возможности этого устройства ограничиваются определением влажностных характеристик строительных материалов в шкале потенциала влажности.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство, содержащее корпус, помещенную в него разъемную по образующей цилиндрическую обойму с размещенными в ней втулками, в которых установлены образцы исследуемого и прокладки эталонного материалов, термодатчики, установленные на прокладках эталонного материала по оси симметрии обоймы, контрольные термодатчики, размещенные на втулках и на наружной поверхности корпуса в плоскостях торцовых поверхностей прокладок эталонного материала, два датчика теплового потока, установленные на крайних по длине обоймы прокладках эталонного материала, водонепроницаемые заглушки, размещенные в торцах обоймы, и теплоизоляцию на наружной поверхности корпуса [2] Это устройство позволяет, кроме влажностных характеристик, определять еще и коэффициент теплопроводности материала ограждающей конструкции и тем самым устанавливать зависимости между влажностными характеристиками и теплопроводностью строительных материалов.

Недостатком этого устройства является то, что получаемые с его помощью значения коэффициента теплопроводности соответствуют некоторой осредненной теплопроводности всех образцов исследуемого материала, установленных в устройство, и не отражают изменений теплопроводности от образца к образцу, вызываемого изменением влагосодержания и изменением фазового состояния влаги в образцах. С его помощью невозможно определять местонахождение фронта фазового превращения влаги, например, в процессе промерзания или оттаивания ограждающей конструкции и направление этого процесса, т.е. направление фазового превращения влаги (вода-лед или лед-вода). С помощью этого устройства невозможно определить скорость фазового превращения влаги, характеризуемую количеством влаги (кг), подвергающейся фазовому превращению в единицу времени (с) на единицу площади сечения ограждающей конструкции (м²), и скорость перемещения (м/с) фронта фазового перехода влаги в пространстве по толщине ограждающей конструкции. Таким образом возможности этого известного устройства также существенно ограничены.

Технический результат изобретения состоит в расширении возможностей этого известного устройства путем определения с его помощью коэффициента теплопроводности материалов ограждающих конструкций одновременно в условиях разного влагосодержания и разного фазового состояния сверхсорбционной влаги с одновременным определением скорости и направлении фазового превращения этой влаги, местонахождения фронта фазового превращения, скорости и направления его перемещения в пространстве по толщине ограждающей конструкции, например при ее промерзании или оттаивании, а также в повышении точности определения искомых характеристик.

Это достигается тем, что устройство содержит дополнительные датчики теплового потока, установленные на всех промежуточных по длине обоймы прокладках эталонного материала, при этом выходные клеммы всех датчиков теплового потока одноименной полярности подсоединены к общей шине, а выводы другой полярности разомкнуты, причем все датчики теплового потока выполнены идентичными как по типоразмерам, так и по коэффициенту преобразования.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 схема электрических соединений клемм датчиков.

Устройство содержит эбонитовый трубчатый корпус 1, помещенную в него разъемную по образующей цилиндрическую обойму 2 с размещенными в ней текстолитовыми втулками 3, в которые устанавливаются образцы 4 из исследуемого материала и прокладки 5 из эталонного (по влагосодержанию) материала (фильтровальная бумага); батарейные датчики 6 теплового потока, установленные по оси устройства на всех прокладках эталонного материала, термодатчики 7, установленные на прокладках эталонного материала по оси симметрии обоймы, водонепроницаемые заглушки 8, размещенные в торцах обоймы, контрольные термодатчики 9-11, размещенные на втулках, на открытых поверхностях заглушек и на наружной поверхности корпуса в плоскостях торцовых поверхностей прокладок эталонного материала, фасонную гайку 12 для скрепления разъемных частей обоймы, стопорные кольца 13 и 14 для фиксации обоймы в корпусе и втулок в обойме, кольца 15 для герметизации зазора между корпусом и обоймой, теплоизоляцию 16 на наружной поверхности корпуса, который устанавливается в ограждающую конструкцию 17. Устройство содержит также разъемные по образующей кольца 18 для фиксации местоположения втулок в обойме и для размещения дополнительных контрольных термопар 19, дополнительную теплоизоляцию 20 для снижения радиального теплообмена между образцами исследуемого материала и обоймой.

Выходные клеммы всех датчиков теплового потока одноименной полярности, например отрицательной, подсоединены к общей шине, а выводы другой полярности, например положительной, разомкнуты.

Работа устройства в части определения с его помощью влажностных характеристик строительных материалов, в том числе выполнение подготовительных операций, включающих изготовление, высушивание и фиксацию массы сухих образцов исследуемого материала и прокладок эталонного материала, осуществляется идентично [1] Работа устройства в соответствии с новым его назначением осуществляется следующим образом.

При размещении устройства с установленными в него образцами 4 исследуемого и прокладками 5 эталонного материала в ограждающую конструкцию 17 произойдет перераспределение температуры и сверхсорбционной влаги в образцах, а характер их изменения от образца к образцу по оси устройства будет идентичным характеру изменения этих параметров по толщине ограждающей конструкции. Будет воспроизведен и характер изменения фазового состояния влаги в образцах, например, в случае монотонного промерзания или оттаивания ограждающей конструкции, когда образцы 4, находящиеся ближе к внутренней (нагретой) поверхности ограждения 17, будут иметь положительную температуру и содержать влагу в состоянии вода-пар, а образцы, находящиеся ближе к наружной (холодной) поверхности, отрицательную температуру и влагу в состоянии лед. При этом один из средних образцов будет содержать влагу одновременно как в одном, так и в другом фазовом состоянии и иметь температуру, близкую к нулю. Причем фронт фазового превращения флаги в разные моменты времени может находиться в разных сечениях этого образца и в зависимости от интенсивности процесса промерзания или оттаивания перемещаться вдоль оси образца с разной скоростью, в том числе переходить из одного образца в другой, т.е. в зависимости от местонахождения образцы будет иметь разные температуры, влагосодержание, фазовое состояние сверхсорбционной влаги и, следовательно, разные значения коэффициента теплопроводности. Причем характер изменения этих параметров от образца к образцу и с течением времени будет адекватно отражать как характер взаимозависимости этих параметров для данного строительного материала, так и характер их изменения во времени в реальных условиях пребывания исследуемого строительного материала.

Поскольку устройство с образцами размещено и находится в ограждающей конструкции, у которой внутренняя и наружная поверхности имеют разные температуры, то такие же (разные) температуры установятся на поверхностях заглушек 8, расположенных на торцах устройства. Вследствие этого вдоль оси устройства и всех образцов установится некоторый тепловой поток при неравномерном распределении температуры из-за разного теплового сопротивления образцов по вышеуказанным причинам. В разных образцах может быть не одинаковым и тепловой поток, особенно в случае промерзания или оттаивания ограждающей конструкции, когда имеет место фазовое превращение влаги, связанное с выделением или поглощением тепла.

Благодаря тому, что заявленное устройство содержит дополнительные датчики теплового потока, установленные на всех промежуточных прокладках эталонного материала, причем выходные клеммы всех датчиков одноименной полярности подсоединены к общей шине, а выводы другой полярности разомкнуты, как это показано на фиг. 2, теплопроводность каждого отдельно взятого образца находится по данным измерений сигнала между общей шиной и свободным выводом датчика, примыкающего к этому образцу, а также по данным измерений температур на торцах этого образца с помощью соответствующих термопар 7. Определение же параметров фазового превращения влаги, в том числе скорости и направления этого превращения, местонахождения фронта превращения, скорости и направления его перемещения в пространстве по толщине конструкции, осуществляется по данным измерений и регистрации изменения во времени сигналов, возникающих на свободных выводах датчиков и характеризующих разностные между "входящими" и "выходящими" тепловыми потоками в образцы, находящиеся между датчиками с "подключенными" свободными выводами. При этом наличие или отсутствие фазового превращения влаги определяется по наличию или отсутствию таких сигналов; местонахождение фронта по местоположению образца, находящегося между датчиками с "выявленным" сигналом на их свободных выводах; скорость или интенсивность фазового превращения по величине сигнала; направление фазового превращения влаги по полярности сигнала, а скорость перемещения фронта превращения по продолжительности сигнала одной полярности на свободных выводах датчиков. Определение всех вышеперечисленных параметров становится возможным благодаря также тому, что все датчики теплового потока в устройстве выполнены идентичными как по типоразмерам, так и по коэффициенту преобразования. Благодаря этому повышается и точность определения искомых параметров.

Необходимо отметить, что измерение большого количества сигналов (датчиков теплового потока и термопар) и регистрация их изменения во времени указывают на целесообразность использования в исследованиях с помощью настоящего устройства компьютерно-измерительных систем. Благодаря этому не только автоматизируется процесс измерений и обработка данных, но и появляется возможность определять непосредственно в процессе опыта скорость изменения температур образцов в случае нестационарного режима, и, следовательно, осуществлять автоматический учет тех частей тепловых потоков, которые связаны с изменением энтальпии образцов. А значит, более точно определять другие части тепловых потоков, в том числе разностных, которые непосредственно связаны с изменением фазового состояния влаги.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛА ВЛАЖНОСТИ МАТЕРИАЛОВ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ, содержащее корпус, помещенную в него разъемную по образующей цилиндрическую обойму с размещенными в ней втулками, в которых установлены образцы исследуемого и прокладки эталонного материалов, термодатчики, установленные на прокладках эталонного материала по оси симметрии обоймы, контрольные термодатчики, размещенные на втулках и на наружной поверхности корпуса в плоскостях торцевых поверхностей прокладок эталонного материала, два датчика теплового потока, установленных на крайних по длине обоймы прокладках эталонного материала, водонепроницаемые заглушки, размещенные в торцах обоймы, и теплоизоляцию на наружной поверхности корпуса, отличающееся тем, что оно содержит дополнительные датчики теплового потока, установленные на всех промежуточных по длине обоймы прокладках эталонного материала, при этом выходные клеммы всех датчиков теплового потока одноименной полярности подсоединены к общей шине, а выводы другой полярности разомкнуты, причем все датчики теплового потока выполнены идентичными как по типоразмерам, так и по коэффициенту преобразования.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2