CN103439240B - 木质材料透湿性试验装置 - Google Patents
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Abstract
本技术提供一种结构简单、成本低廉、能耗低、操作方便、测试时间短、测试结果准确、可重复性好的木质材料透湿性试验装置，它包括具有第一内腔、第二内腔的箱体，第一内腔、第二内腔之间以测试木板分隔；第一内腔中有盛有一种盐的第一饱和溶液的第一饱和溶液槽，第二内腔中有盛有另一种盐的第二饱和溶液的第二饱和溶液槽；在相同温度和压力下，第一饱和溶液上方的气相相对湿度高于第二饱和溶液上方的气相相对湿度；第一、第二饱和溶液中均具有所含溶质盐的结晶体；在第二内腔中具有一个循环风道，所述循环风道把木板一侧表面处的第二内腔和第二饱和溶液液面上部的空间相连通，循环风道内具有循环风机，循环风机工作时湿空气在循环风道内循环流动。
Description
技术领域
本技术涉及木质材料透湿性试验装置。
背景技术
物体的“透湿性”是指物体两侧的水分由于温度差和湿度差的共同作用，在物体上发生传导的现象，它是热能及暖通工程研究领域计算热平衡和湿平衡时的主要考虑因素。换句话说，“透湿性”是水分在一定的驱动力作用下，在某种材料内部传导快慢的速度，也就是材料透过湿空气的性能。对于木质材料的透湿性，一般以一块面板来测试，即测试出木板一侧的水分在一定的时间内穿过木板到达另一侧的量。
为了测试木质材料的透湿性，需要在测试木板的两侧营造不同的恒温恒湿环境。目前实验室常用的恒温恒湿箱主要分为两类：一类是用于微生物培养及育种实验的，它的特点是由于气流循环不好，温湿度波动大，均匀性差，而且不能营造低湿度环境条件。另一类是高低温交变试验箱，它可以营造温度在-20℃到150℃，湿度在30%-98%较大温湿度范围的环境条件，主要用于各种材料性能测试前内部水分状态调整平衡的工作。高低温交变试验箱主要包括测量温湿度的传感器探头、加热管、蒸汽发生器、冷凝器等。加热管（功率一般在1.5千瓦以上）主要用来调节箱内湿空气的温度，它受温度仪表自动控制；蒸汽发生器（功率一般也在1.5千瓦以上）通过产生水蒸气来营造箱内所需的相对湿度，这部分受湿度仪表自动控制；冷凝器（功率一般在2千瓦以上）则用来降低环境的温度和湿度，它的开启和关闭是通过人为控制开关按钮实现的。一般当需要营造室温、85%以下湿度这样的环境时，需要使加热管、蒸汽发生器、冷凝器一直处于开启状态，即此设备一边在加热加湿、一边在降温脱湿，通过耗费一些矛盾的或者不必要的能源，使加热管、蒸汽发生器和冷凝器三者之间实现动态平衡，来达到所需的温湿度环境。
另外，这类高低温交变试验箱的湿度是靠干湿球温度计法进行测量的，而其测量精度及稳定性均很差。如果只从温度测量的角度来评价，箱内温度的误差在正负0.5℃属于常见和可接受的现象，但是对于湿度测量，我们通过计算，不难发现，在温度计的误差在正负0.5℃时，湿度的误差达到10%左右，对应于木材在这两种环境下的含水率误差为12%。而实际上，现在我们很多实验室使用的此类设备的湿度测量误差还远不只如此，即使是同台仪器前后两次使用，也会由于纱布、温度计精度等各方面原因，很难实现实验条件的可重复性，从而使一些科研工作无法有效顺利的开展。另外，由于冷凝器的脱湿能力有限，以及设备内部始终有液态水存在等设计的问题，此类设备很难营造出相对湿度20%以下的环境。
发明内容
本技术的目的是提供一种结构简单、成本低廉、能耗低、操作方便、测试时间短、测试结果准确、可重复性好的木质材料透湿性试验装置。
本木质材料透湿性试验装置，它包括具有第一内腔、第二内腔的箱体，被测试的木板放置在第一内腔、第二内腔之间，第一内腔、第二内腔之间以测试木板分隔，木板的两侧表面分别为第一内腔内壁、第二内腔内壁的一部分；第一内腔中有第一饱和溶液槽，第一饱和溶液槽中盛有一种盐的第一饱和溶液，第二内腔中有第二饱和溶液槽，第二饱和溶液槽中盛有另一种盐的第二饱和溶液；在相同温度和压力下，第一饱和溶液上方的气相相对湿度高于第二饱和溶液上方的气相相对湿度；第一、第二饱和溶液中均具有所含溶质盐的结晶体；在第二内腔中具有一个循环风道，所述循环风道把木板一侧表面处的第二内腔和第二饱和溶液液面上部的空间相连通，该循环风道内具有循环风机，循环风机工作时湿空气在循环风道内循环流动。
本技术的有益效果：在一定的温度和压力下，盐的饱和溶液上方的气相相对湿度是恒定的。通过在两个内腔中设置第一、第二饱和溶液，同时使得两个内腔保持在一定温度，使得第一内腔内的相对湿度比第二内腔内的相对湿度高，经过一段时间，第一内腔内气相中的水分即通过木板进入到第二内腔中，第一饱和溶液减少的质量即是穿过木板进入第二内腔内的水分的质量。因此通过测定第一饱和溶液减少的质量，即可计算出木板的透湿性。第一、第二饱和溶液是不相同的两种盐溶液，第一内腔内的温度可以与第二内腔的温度相同，也可以不相同。循环风机工作，循环风道内的气体循环流动，使得木质材料一侧表面处的气体与第二饱和溶液液面上方处的气体快速流动，能够使得第二内腔内的气体迅速达到需要的相对湿度，同时能够缩短试验时间。本装置工作时，在木板两侧的第一、二内腔设定一定的温度时，即可达到所需要的湿度，而且湿度准确度很好。所以，本装置是一种结构简单、成本低廉、能耗低、操作方便、测试时间短、测试结果准确、可重复性好的木质材料透湿性试验装置。
上述的木质材料透湿性试验装置，它还包括用于对第二饱和溶液进行搅拌的搅拌装置。为了防止第二饱和溶液表面的浓度与底部的浓度不一致，而对第二饱和溶液液面处气体的相对湿度造成影响，通过搅拌装置对第二饱和溶液进行搅拌。所述搅拌装置包括伸入到第二饱和溶液内的搅拌叶片，搅拌叶片设置在搅拌轴上，搅拌轴穿过箱体并与箱体外的搅拌动力装置相连。
上述的木质材料透湿性试验装置，它还包括用于对第一饱和溶液进行搅拌的搅拌装置。为了防止第一饱和溶液表面的浓度与底部的浓度不一致，而对第一饱和溶液液面处气体的相对湿度造成影响，通过搅拌装置对第一饱和溶液进行搅拌。所述搅拌装置为磁力搅拌器；磁力搅拌器包括搅拌子和加热盘；搅拌子放置在第一饱和溶液内；加热盘设置在第一饱和溶液槽的外底面上。磁力搅拌器属于现有技术，磁力搅拌器的工作原理是由加热盘内的微电机带动耐高温强力磁铁旋转产生旋转磁场，来驱动搅拌子转动，以达到对第一饱和溶液槽内溶液进行搅拌的目的，同时还可以通过加热盘对第一饱和溶液槽内溶液进行同步加热。
上述的木质材料透湿性试验装置，它还包括对第二饱和溶液进行加热的第二液体电加热装置，所述循环风道内设置对气体进行加热的气体电加热装置；本木质材料透湿性试验装置还包括用于测试第二饱和溶液温度的第二液体温度传感器和用于测试循环风道内气体温度的气体温度传感器，第二液体温度传感器和气体温度传感器的输出均接可编程控制器，控制第二液体电加热装置的第二液体加热控制装置、控制气体电加热装置的气体加热控制装置均与可编程控制器电连接。通过第二液体电加热装置对第二饱和溶液进行加热，通过气体电加热装置对循环风道内的气体进行加热，能够使得循环风道内的气体与第二饱和溶液快速升温，可编程控制器根据第二液体温度传感器和气体温度传感器检测的温度对第二液体电加热装置和气体电加热装置进行控制，能够使得两者的温度达到一致。
上述的木质材料透湿性试验装置，它还包括对第一饱和溶液进行加热的第一液体电加热装置和测试第一饱和溶液温度的第一液体温度传感器；第一液体温度传感器的输出均接可编程控制器，控制第一液体电加热装置的第一液体加热控制装置与可编程控制器电连接。通过第一液体电加热装置对第一饱和溶液进行加热，能够使得第一饱和溶液快速升温，可编程控制器根据第一液体温度传感器检测的温度对第一液体电加热装置进行控制，能够使得第一饱和溶液的温度达到所需值。
上述的木质材料透湿性试验装置，第一内腔位于箱体的下部，第二内腔位于箱体的上部，木板水平放置；第一饱和溶液槽的上端面与木板的下侧表面周边密封接触；第一饱和溶液槽在水平方向可滑动地设置在箱体上，第一饱和溶液槽沿水平方向滑动时，可以进出第一内腔。由于第一饱和溶液槽相对于箱体是插拔式连接，所以测试第一饱和溶液在试验不同阶段的质量时，操作方便。由于第一饱和溶液槽内的第一饱和溶液的表面与木板的下侧表面上下相对，间距很小，再加上第一饱和溶液槽的周边与木板的下侧表面周边密封，所以第一饱和溶液上方气体中水分可以直接到达木板的下侧表面，而无需在第一内腔内设置循环风机。
附图说明
图1是木质材料透湿性试验装置主视图。
图2是图1的A-A剖视图（省略第二液体电加热装置、磁力搅拌器等）。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步说明。
参见图1所示的木质材料透湿性试验装置，箱体1内具有位于下部的第一内腔11和位于上部的第二内腔12，被测试的木板2水平放置在第一内腔、第二内腔之间，第一内腔、第二内腔之间被木板分隔，木板的上下两侧表面21、22分别为第一内腔内壁、第二内腔内壁的一部分。
第一内腔11中设置用于支撑第一饱和溶液槽4的两个水平滑道3，第一饱和溶液槽4内盛有第一饱和溶液32。第一饱和溶液槽4的两侧壁的外侧设置凹槽41，水平滑道3伸入凹槽内，第一饱和溶液槽4可以沿着水平滑道水平滑动。第一饱和溶液槽4位于木板2的正下方，第一饱和溶液槽4的上端面42与木板2的下侧表面周边密封接触（例如，在第一饱和溶液槽4的上端面42与木板2的下侧表面22之间设置密封条）。
第二内腔12中放置第二饱和溶液槽6，第二饱和溶液槽6内盛有第二饱和溶液33。第二饱和溶液槽6的底部下方设置隔板7，第二饱和溶液槽6的两侧壁61向下延伸并与隔板相连。第二饱和溶液槽6的底部下面设置对第二饱和溶液进行加热的第二液体电加热装置8。隔板7的正下方是木板2，隔板7与木板2之间的间隙即是木板上侧表面处的第二内腔17。
第二饱和溶液槽6的上端与第二内腔的顶壁13之间有间隙（第二饱和溶液液面上部的空间）14。第二饱和溶液槽6的两侧壁61与第二内腔的两侧壁之间分别形成间隙15、16。间隙15、16内分别设置循环风机9、10。间隙15内设置对气体进行加热的气体电加热装置27。
间隙14、15、木板上侧表面处的第二内腔17、间隙16形成了循环风道18。循环风机9、10工作，湿空气在循环风道内循环流动（如图1中的箭头所示）。
对第二饱和溶液进行搅拌的搅拌装置23包括伸入到第二饱和溶液内的搅拌叶片24，搅拌叶片设置在搅拌轴25上，搅拌轴25穿过第二内腔的顶壁13并与箱体外的搅拌电机（搅拌动力装置）26相连。
由于第一饱和溶液槽4位于木板2的正下方，第一饱和溶液槽4内第一饱和溶液的上方即是木板，第一饱和溶液32的表面与木板的下侧表面22上下相对、间距很小，再加上第一饱和溶液槽的周边与木板的下侧表面周边密封，所以第一饱和溶液上方气体中水分可以直接到达木板的下侧表面。而对于第二内腔来说，其内的第二饱和溶液33的表面与木板的上侧表面21无法上下相对，所以需要设置一个循环通道18把第二饱和溶液的表面上方的气体与木板上侧表面上方的气体进行快速交换。
对第一饱和溶液进行搅拌和加热的磁力搅拌器主要包括加热盘（第一液体电加热装置）28和搅拌子38。搅拌子24放置在第一饱和溶液槽内的第一饱和溶液内，加热盘28设置在第一饱和溶液槽4的外底面上。
测试第一饱和溶液温度的第一液体温度传感器29、测试第二饱和溶液温度的第二液体温度传感器30、测试循环风道内气体温度的气体温度传感器31均接可编程控制器（未示出）；控制磁力搅拌器中的加热盘的第一液体加热控制装置（未示出）、控制第二液体电加热装置的第二液体加热控制装置（未示出）、控制气体电加热装置的气体加热控制装置（未示出）均与可编程控制器连接。
测试第一饱和溶液减少的质量时，由于第一饱和溶液盒是可以从箱体中抽出的，所以测试很方便。具体地说，在测试前先称出第一饱和溶液盒及其内的第一饱和溶液的质量，再把第一饱和溶液盒插入箱体内，在测试的不同阶段把第一饱和溶液盒取出，称出此时其质量，并与测试前的质量相减，即可得出第一饱和溶液减少的质量。
实施例1（在不同的温度下对木质材料的透湿性进行测试）：
第一饱和溶液为硫酸钾的饱和溶液。第二饱和溶液为氯化镁的饱和溶液。第一、第二饱和溶液中分别具有所含溶质硫酸钾和氯化镁的结晶体。
测试时，第一饱和溶液保持在50℃，对应相对湿度95.8%，第二饱和溶液和第二内腔内的气体保持在40℃，对应相对湿度31.6%，在该状态下经过48小时，测试第一饱和溶液减少的质量，即可计算出木质材料的透湿性。
实施例2：（在相同的温度下对木质材料的透湿性进行测试）：
第一饱和溶液为氯化钠的饱和溶液。第二饱和溶液为氯化锂的饱和溶液。第一、第二饱和溶液中分别具有所含溶质氯化钠和氯化锂的结晶体。
测试时，第一饱和溶液、第二饱和溶液和第二内腔内的气体保持在50℃，对应相对湿度分别为74.5%和11.1%，在该状态下经过48小时，测试第一饱和溶液减少的质量，即可计算出木质材料的透湿性。
Claims (7)
1. 木质材料透湿性试验装置，它包括具有第一内腔、第二内腔的箱体，被测试的木板放置在第一内腔、第二内腔之间，第一内腔、第二内腔之间以测试木板分隔，木板的两侧表面分别为第一内腔内壁、第二内腔内壁的一部分；其特征是：第一内腔中有第一饱和溶液槽，第一饱和溶液槽中盛有一种盐的第一饱和溶液，第二内腔中有第二饱和溶液槽，第二饱和溶液槽中盛有另一种盐的第二饱和溶液；在相同温度和压力下，第一饱和溶液上方的气相相对湿度高于第二饱和溶液上方的气相相对湿度；第一、第二饱和溶液中均具有所含溶质盐的结晶体；在第二内腔中具有一个循环风道，所述循环风道把木板一侧表面处的第二内腔和第二饱和溶液液面上部的空间相连通，该循环风道内具有循环风机，循环风机工作时湿空气在循环风道内循环流动；第一内腔位于箱体的下部，第二内腔位于箱体的上部，木板水平放置；第一饱和溶液槽的上端面与木板的下侧表面周边密封接触；第一饱和溶液槽在水平方向可滑动地设置在箱体上，第一饱和溶液槽沿水平方向滑动时，可以进出第一内腔。
2.如权利要求1所述的木质材料透湿性试验装置，其特征是：它还包括用于对第二饱和溶液进行搅拌的搅拌装置。
3. 如权利要求2所述的木质材料透湿性试验装置，其特征是：所述搅拌装置包括伸入到第二饱和溶液内的搅拌叶片，搅拌叶片设置在搅拌轴上，搅拌轴穿过箱体并与箱体外的搅拌动力装置相连。
4. 如权利要求1所述的木质材料透湿性试验装置，其特征是：它还包括用于对第一饱和溶液进行搅拌的搅拌装置。
5. 如权利要求4所述的木质材料透湿性试验装置，其特征是：所述搅拌装置为磁力搅拌器；磁力搅拌器包括搅拌子和加热盘；搅拌子放置在第一饱和溶液内；加热盘设置在第一饱和溶液槽的外底面上。
6. 如权利要求1所述的木质材料透湿性试验装置，其特征是：它还包括对第二饱和溶液进行加热的第二液体电加热装置，所述循环风道内设置对气体进行加热的气体电加热装置；本木质材料透湿性试验装置还包括用于测试第二饱和溶液温度的第二液体温度传感器和用于测试循环风道内气体温度的气体温度传感器，第二液体温度传感器和气体温度传感器的输出均接可编程控制器，控制第二液体电加热装置的第二液体加热控制装置、控制气体电加热装置的气体加热控制装置均与可编程控制器电连接。
7.如权利要求6所述的木质材料透湿性试验装置，其特征是：它还包括对第一饱和溶液进行加热的第一液体电加热装置和测试第一饱和溶液温度的第一液体温度传感器；第一液体温度传感器的输出接可编程控制器，控制第一液体电加热装置的第一液体加热控制装置与可编程控制器电连接。
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