CN107687990A - 一种水分转移规律测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水分转移规律测定装置，包括工作气体介质产生和控制系统、样本测试腔，样本质量数据采集系统和控制器。工作气体介质产生和控制系统包括气体冷热交换器和水温水位控制器，气体冷热交换器内集成有第一、第二冷热交换进管和冷热交换出管；样本测试腔包括测试腔体，测试腔上盖和测试腔托板；样本质量数据采集系统包括支架，下托板，称重模块，螺杆，铆螺母，减震弹簧和水平调节脚。气源气体通过工作气体介质产生和控制系统后，形成一定温度和相对湿度的气体进入测试腔体，然后从测试腔体流出；测试腔体内放置有称量秤盘，其通过称量传感器立柱连接至称量主机，样品质量通过称量模块实时传输到控制器。本发明可在线进行样品水分转移规律的测试。

Description

一种水分转移规律测定装置

技术领域

本发明属于实验设备领域，更具体涉及一种水分转移规律测定装置，适用于测定在不同温度和湿度下样品水分吸湿和解吸的装置。

背景技术

水是自然界中存在的一种化学分子，水分子与非水物质共同存在一个复杂的有机或无机体系中，并且发生相互作用，如果外界温湿度条件发生变化，则物质的水分吸湿和解吸也相应发生变化，外界环境温湿度的变化方式与物质水分相转移的方向和强度密切相关。水分转移规律的测定是样品水分吸附等温线绘制、样品中组分的化学变化和样品中微生物生长预测工作的基础。所以，研发水分转移规律测定装置具有重要的理论科学意义，同时也具有现实的应用价值。

物质对水分的吸湿或解吸一般使用恒温恒湿箱进行测试，如建筑材料及制品的湿热性能吸湿性能的测定（GB/T 204043-2006），涂料试样状态调节和试验的温湿度（GB/T9278-2008），烟草及烟草制品调节和测试的大气环境（GB/T 16447-2004），其原理是物质置于一定温度和相对湿度的恒温恒湿箱（温度±2℃,相对湿度±5%）中，间隔一段时间称量物质质量，当物质质量不变时，水分吸湿或解吸达到平衡；物质的水分含量测定（即物质对水分的解吸过程）一般使用干燥箱进行测试，如食品中水分的测定是根据“GB 5009.3-2010食品安全国家标准食品中水分的测定”进行测定，其原理是利用食品中水分的物理性质，在101．3 kPa(一个大气压)，温度101℃～105℃下采用挥发方法测定样品中干燥减失的质量，包括吸湿水、部分结晶水和该条件下能挥发的物质，再通过干燥前后的称量数值计算出水分的含量；或者利用食品中水分的物理性质，在达到40 kPa～53 kPa压力后加热至60℃±5℃，采用减压烘干方法去除试样中的水分，再通过烘干前后的称量数值计算出水分的含量。综合上述测试过程中使用的装置是恒温恒湿箱，电热恒温干燥箱和真空干燥箱，即将样品放入箱体中，平衡一段时间后，打开箱门，取出样品称量，称量完毕后再次打开箱门，将样品放入箱体内部，如此循环操作。该方法样品测试容易受外界空气环境干扰，箱门反复开闭后箱体需要一定的圆整时间才能恢复设定的温度和湿度，且费工费时，数据准确度较低，另外，水分转移规律测试只能采用离线测量。

一个公开号为CN101393089，名为烟草含水率连续测量的方法及其装置，公开了一种烟草含水率连续测量的方法及其装置，具体为装置包括恒温恒湿箱和放置于恒温恒湿箱中的电子天平，进入恒温恒湿箱中的气体湿度是通过硫酸或溴化钠溶液来调节，或直接通入一定温湿度气体来调节进入恒温恒湿箱中的气体温湿度，将烟丝放置于电子天平上，可以实时监测烟丝质量的变化。但是该装置结构中的恒温恒湿箱无温度控制结构，因此无法控制恒温恒湿箱的温度以及进入恒温恒湿箱的气体温湿度，导致恒温恒湿箱中气体温湿度控制精度低（温度±1℃，相对湿度±2%）；该装置中，电子天平直接放置于恒温恒湿箱中，电子天平正常工作环境条件要求是周围温度范围为10℃-30℃，相对湿度为10%-80%且无凝结。该专利装置中电子天平对样品进行称重测量的温度范围只能是10℃-30℃，相对湿度是10%-80%。对于温度大于30℃，相对湿度低于10%或大于80%的气体环境该装置无法测量。

一个公开号为CN103471958A，名为全自动烟草动态水分分析气候箱，公开了一种全自动烟草动态水分分析气候箱，具体为该装置包括恒温恒湿舱，空气温湿度处理器连通形成空气循环回路，电子天平，样品输送吊架，利用该气候箱，可以对烟草动态水分进行分析。在该气候箱中，通过对水进行加热获得一定温湿度的水蒸气，其再与新鲜空气混合，从而在恒温恒湿舱获得一定温湿度的空气，但是在恒温恒湿舱结构中，仅通过加热器控制恒温恒湿舱中气体温度，无法避免一定温湿度的水蒸气进入恒温恒湿舱时，由于水蒸气温度和恒温恒湿舱之间的温差导致水蒸气在恒温恒湿舱壁面凝结，导致气体温湿度变化，而且通过加热器控制恒温恒湿舱中气体温湿度，但是该结构设计会出现恒温恒湿舱中气体温度场和湿度场不均匀性，导致样品中水分测定结果不准确。该专利报道的气体温湿度控制精度分别为温度±0.2℃，相对湿度±0.5%，实际是该空气输送管道上设置的温湿度传感器测定的数据，并不能表明是恒温恒湿舱中气体温湿度精度，而且在恒温恒湿舱中并未设置温湿度传感器，所以恒温恒湿舱中准确的气体温湿度无法获知。该专利中涉及的温湿度数据及其温湿度精度也未见数据支撑。该专利的气候箱结构中设置有鼓风机，其工作时产生的振动会对气候箱结构中设置的电子天平称量造成影响，导致电子天平对样品质量称量结果不准确。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种水分转移规律测定装置。解决了传统恒温恒湿箱和干燥箱设备由于温湿度控制精度低（温度±2℃,相对湿度±5%）和离线测量导致的测量数据稳定性差和数据准确度低，不能动态测定水分转移的技术难题。解决了公开号为CN101393089中温度大于30℃，相对湿度低于10%或大于80%的气体环境装置无法测量的技术难题；解决了恒温恒湿箱中气体温湿度控制精度低（温度±1℃，相对湿度±2%）的技术难题；解决了公开号为CN103471958A中恒温恒湿舱中气体温度场和湿度场不均匀性，易结露的技术难题，以及电子天平对样品的称量结果不准确的技术局限性。

通过配置工作气体介质产生和控制系统，样本测试腔和样本质量数据采集系统，实时记录样品在不同温湿度条件下的质量，并测量出其对水分吸湿或解吸的变化。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种水分转移规律测定装置，包括工作气体介质产生和控制系统，样本测试腔和样本质量数据采集系统，

工作气体介质产生和控制系统内设置有气体冷热交换器和水温水位控制器，

气体冷热交换器包括冷热交换实心壳体,以及设置在冷热交换实心壳体内的第一冷热交换进管、第二冷热交换进管、冷热交换出管和三通连接管，

水温水位控制器包括水罐罐体、设置在水罐罐体内的水和设置在水罐罐体上的水罐上盖，水罐罐体的侧部设置有与水罐罐体内部连通的水位观察管，水位观察管内设置有显示液位高度的塑料浮球，水罐罐体的侧壁设置有第一温度传感器，第一帕尔贴和水罐罐体外壁的保温板，

第一冷热交换进管一端通过第一流量控制器与气源连接，第二冷热交换进管一端通过第二流量控制器与气源连接，第二冷热交换进管另一端与第一通气管一端连接，第一通气管另一端穿过水罐上盖延伸至水罐罐体底部，三通连接管的三个连接口分别与第一冷热交换进管另一端、第二通气管一端和冷热交换出管一端连接，第二通气管另一端与开设在水罐上盖上的第一通气孔连通，水罐上盖上还开设有第二通气孔，第二通气孔上设置有单向阀，

冷热交换实心壳体的侧壁设置有第二温度传感器，第二帕尔贴和第一保温板，

工作气体介质产生和控制系统内设置有用于监测塑料浮球垂直高度位置的第一摄像头，

样本测试腔包括测试腔体，测试腔上盖和测试腔托板，测试腔体的内壁设置有温湿度传感器，测试腔体的外壁设置有第三帕尔贴和第二保温板，测试腔上盖的底面设置有第二摄像头，测试腔上盖和测试腔体由阻尼弹簧连接，两者之间通过O型密封圈进行密封，通过测试腔上盖翻盖操作可以实现对测试腔体的敞开操作，测试腔体和测试腔托板通过螺丝固定连接，

冷热交换出管与第三通气管一端连接，第三通气管另一端穿过设置在测试腔体侧壁上的第三通气孔连接，测试腔体上与第三通气孔相对的侧壁开设有第四通气孔，

样本质量数据采集系统包括称重模块，即称量主机，称量传感器立柱，称量秤盘，样本质量数据采集系统还包括支架，下托板，螺杆，铆螺母，减震弹簧和水平调节脚，

支架通过螺杆穿过支架上的通孔与固定在下托板上的铆螺母来连接下托板，螺杆和铆螺母套有减震弹簧，且减震弹簧位于支架和下托板之间，下托板上设置有称量主机和水平指示器，

称量秤盘设置在测试腔体内，称量秤盘与称量传感器立柱的顶端连接，称量传感器立柱的底端依次穿过测试腔体底部的测试腔室下底通孔、第二保温板上通孔，测试腔托板上通孔和称量主机连接，

测试腔体和测试腔托板放置于支架上。

如上所述的第一流量控制器和第二流量控制器流量控制范围为0-3000ml/min，控制精度为±0.3%F.S。

如上所述的冷热交换实心壳体、第一冷热交换进管、第二冷热交换进管、冷热交换出管和三通连接管为整体结构件。

如上所述的第一冷热交换进管、第二冷热交换进管和冷热交换出管呈平行或并列的排列。

如上所述的测试腔体为矮圆柱形筒体，高径比在1:15―1:3之间，设定第三通气孔所在水平面为参考水平面，测试腔体的中心轴线与参考水平面的交点为参考圆心，第四通气孔在参考水平面的投影点为参考投影点，第三通气孔、参考圆心之间的连线与参考投影点、参考圆心之间的连线夹角为120度，第四通气孔的水平高度高于第三通气孔的水平高度0.5～1cm，第四通气孔（305）和第三通气孔（301）直径大小为0.5―1.2cm。

如上所述的称量传感器立柱设置在测试腔室下底通孔以及测试腔体托板通孔正中心位置，称量传感器立柱与测试腔室下底通孔的孔壁以及测试腔体托板通孔的孔壁的距离均为0.1～1.0mm。

如上所述的称量秤盘和称量传感器立柱表面设置有防静电涂层。

如上所述的称重模块可人工或自动进行在30℃-55℃下温度校准。

如上所述的样本质量数据采集系统中称重模块的水平度是由水平调节脚和螺杆的调节实现的。

通过上述技术措施，解决了传统系统中气体运动过程中易结露、温湿度控制精度低、温度场和相对湿度场不均匀、质量测定数据稳定性差和数据准确度低、不能动态测定水分转移的技术难点，达到了气体在装置的管路和腔体中运动过程中，无气体结露现象，测试腔体空间内工作气体温湿度值可始终保持固定，测试腔体空间内气体温度场和湿度场具有均一性，样品质量读数的精确性和稳定性。本发明通过有别于现有技术方案，解决了现有技术存在的问题，具体如下：

1、气体在装置的管路和腔体中运动过程中，无气体结露现象。现有技术控制一定温度和湿度的气体运动时，受外界温度变化导致气体易出现结露现象。本装置的结构设计独特，能有效避免气体结露现象。如采用冷热交换实心壳体中设置蛇形的第一冷热交换进管、第二冷热交换进管、冷热交换出管，在气体运动过程中对其加热或制冷，以及混合，加热制冷和混合效率高，使用帕尔贴控制测试腔体的温度和气体温度一致，当气体运动进入测试腔体时，由于无温度波动，气体不会在测试腔体内壁表面结露，第一保温板、保温管以及第二保温板分别对冷热交换实心壳体、第三通气管和测试腔体进行保温，气体在该装置中运动，不易受外界环境温度影响，也保证了气体温湿度的稳定性。

2、测试腔体空间内工作气体温湿度值可始终保持固定，样本对水分吸附或解吸规律测定，需要在恒定的气体温湿度条件下进行，但现有仪器无法实现工作气体温湿度参数的恒定。由于样本中水蒸汽进入工作气体中，或者工作气体中水蒸气进入样本，均会导致工作气体温湿度的改变，本装置采用工作气体连续进出测试腔体的工作方式，可实时保证测试腔体中工作气体温湿度参数的恒定。

3、测试腔体空间内气体温度场和湿度场具有均一性。采用矮圆柱形筒体的测试腔体，第三通气孔和第四通气孔，利用空气动力学模拟软件模拟气体在测试腔体（底面直径350mm，高50mm）内的运动（如图2所示），结果表明第三通气孔和第四通气孔位置特殊设定，可以有效的让从第三通气孔进入的气体在测试腔体内旋转驻留后从第四通气孔排出，从而保证测试腔体内温度场和湿度场的均一性；制造加工本装置样机，以测试腔高度1/2所在水平面为参考水平面，在参考水平面与测试腔内壁交点处，每隔90度设置一个温湿度传感器，共设置四个温湿度传感器，用来测试测试腔内气体的温湿度，实测结果为四个温湿度传感器测定的温度差值≤0.1℃, 四个温湿度传感器测定的湿度差值≤0.5%，表明了温度场和湿度场的均一性。

4、样品质量读数的精确性和稳定性。采用样本质量数据采集系统结构，如调节水平调节脚来调整支架的水平度，调节螺杆来调整下托板和称量主机的水平度，该二级水平调整方式保证称量主机对样品质量称量的精确性；称量主机、下托板和支架之间的悬挂连接结构，以及其之间设置的减震弹簧，该结构可有效抗外界振动干扰性，从而保证样品质量读数的稳定性；本装置控制的从第三通气孔进入测试腔的气体温度≥25℃，大于等于装置所处的室内环境空气温度（25℃），该热气体从处于相对垂直高处的第四通气孔排出，热气体不会从测试腔体下底通孔逃逸，可保证一定温度和湿度气体对称量传感器立柱和称量主机的工作参数的影响，称量传感器立柱设置在测试腔室下底通孔以及测试腔体托板通孔正中心位置，称量传感器立柱与测试腔室下底通孔的边缘以及测试腔体托板通孔的边缘的距离均为0.1～1.0mm，该精密空隙结构，也可保证一定温湿度气体对称量传感器立柱和称量主机称量精度无影响。

5、测试腔体外壁设置有多个帕尔贴，以及和帕尔贴共同工作的配件，如散热片，导热铜管和静音散热风扇，测试腔材料为导热快的铝合金，上述条件可以达到对测试腔体进行高效均匀加热或制冷，保证测试腔体的温度均匀性和准确性。

6、控制器为独立模块，通过数据线连接气体发生箱中的第一流量控制器、第二流量控制器、第一温度传感器、第二温度传感器、第一帕尔贴、第二帕尔帖、样本测试腔中温湿度传感器、第三帕尔帖，称重模块，并通过数据线接口连接到控制器的上位机和下位机。

7、根据装置结构设计特点以及电控特点，可以获得精密的温湿度测试环境。如测试腔内气体温度量程25-55℃，精度±0.1℃（图5，实施例5的结果）；相对湿度量程0%-95%，精度±0.5%（图6，实施例5的结果）；测试腔空间内温度场±0.1℃，相对湿度场±0.5%。由此精密的温湿度测试环境，可以保证样品在一定温湿度下的称重数据的精确性（图7，实施例5的结果）。

8、具备同时进行多个样品测试。

9、测试腔体内置多个监控摄像头，可实时监控和采集样品在吸湿/解吸过程中外观变化视频和图片。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为实施例3的面包中水分解吸曲线图；

图3为实施例4的魔芋葡甘聚糖粉末吸湿等温曲线图；

图中，1-工作气体介质产生和控制系统；3-样本测试腔；4-样本质量数据采集系统；5-气源；

201-第一冷热交换进管；202-冷热交换实心壳体；203-第二帕尔贴；204-第二温度传感器；205-冷热交换出管；206-第三通气管；207-三通连接管；208-第二通气管；209-单向阀；210-第一摄像头；211-塑料浮球；212-水位观察管；213-第二通气孔；214-第一通气孔；215-水；216-水罐罐体；217-第一帕尔贴；218-第一温度传感器；219-水罐上盖；220-第一流量控制器；221-第二流量控制器；222-第二冷热交换进管；223-第一通气管；224-第一保温板；225-保温管；

301-第三通气孔；302-第二摄像头；303-测试腔上盖；304-温湿度传感器；305-第四通气孔；306-第三帕尔贴；307-测试腔托板；308-测试腔体；309-第二保温板；401-支架；402-下托板；403-水平指示器；404-称重模块；4041-称量主机；4042-称量传感器立柱；4043-称量秤盘；405-螺杆；406-减震弹簧；407-铆螺母；408-水平调节脚。

图4为气体在测试腔体308内的运动空气动力学模拟图；

图5为实施例5的测试腔内气体温度随时间变化曲线图；

图6为实施例5的测试腔内气体相对湿度随时间变化曲线图；

图7为实施例5的称重模块在线实时称重样品的质量随时间变化曲线图。

本发明的工作原理：

物质放置于一定温度和湿度的气体条件下（在一个大气压下），由于在物质界面处的水蒸气分压与气体中的水蒸气气压不同，物质会吸附或解吸水分，以达到两者间的水分交换达到平衡，外界气体温湿度的变化方式与物质水分相转移的方向和强度密切相关。本装置通过结构设计和技术方案，通过对气体温度和湿度的发生和控制，实现在测试腔内形成稳定的温度和湿度环境，样品在测试腔内吸附或解吸水分，从而获得样品对水分动态转移的测定。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

实施例1

一种水分转移规律测定装置，包括工作气体介质产生和控制系统1，样本测试腔3和样本质量数据采集系统4，

工作气体介质产生和控制系统1内设置有气体冷热交换器和水温水位控制器，

气体冷热交换器包括冷热交换实心壳体202,以及设置在冷热交换实心壳体202内的第一冷热交换进管201、第二冷热交换进管222、冷热交换出管205和三通连接管207，其材料为铝合金，设置在实心壳体202外壁的第一保温板224，其材料为聚氨酯，

水温水位控制器包括水罐罐体216、设置在水罐罐体216内的水215和设置在水罐罐体216上的水罐上盖219，水罐上盖219的外壁设置有聚氨酯保温板，水罐罐体216的侧部设置有与水罐罐体216内部连通的水位观察管212，水位观察管212内设置有塑料浮球211，水罐罐体216的侧壁设置有第一温度传感器218，第一帕尔贴217和聚氨酯保温板，

第一冷热交换进管201一端通过第一流量控制器220与气源5连接，第二冷热交换进管222一端通过第二流量控制器221与气源5连接，第二冷热交换进管222另一端与第一通气管223一端连接，第一通气管223另一端穿过水罐上盖219延伸至水罐罐体216底部，三通连接管207的三个连接口分别与第一冷热交换进管201另一端、第二通气管208一端和冷热交换出管205一端连接，第二通气管208另一端与开设在水罐上盖219上的第一通气孔214连通，水罐上盖219上还开设有第二通气孔213，第二通气孔213上设置有单向阀209，

冷热交换实心壳体202的侧壁设置有第二温度传感器204和第二帕尔贴203，

工作气体介质产生和控制系统1内设置有用于监测塑料浮球211垂直高度位置的第一摄像头210，

样本测试腔3包括测试腔体308，测试腔上盖303和测试腔托板307，测试腔体308内设置有温湿度传感器304，测试腔体308的外壁设置有第三帕尔贴306和第二保温板309，测试腔上盖303的底面设置有第二摄像头302，测试腔上盖303和测试腔体308由阻尼弹簧连接，且两者之间通过O型密封圈进行密封，通过测试腔上盖303翻盖操作可以实现对测试腔体308的敞开操作，测试腔体308和测试腔托板307通过螺丝固定连接，

冷热交换出管205与第三通气管206一端连接，第三通气管206外壁设置保温管225，第三通气管206另一端穿过设置在测试腔体308侧壁上的第三通气孔301连接，测试腔体308上与第三通气孔301相对的侧壁开设有第四通气孔305，

样本质量数据采集系统4包括支架401，下托板402，称重模块404，螺杆405，减震弹簧406，铆螺母407，水平调节脚408，

支架401通过螺杆405穿过支架401上的通孔与固定在下托板402上的铆螺母407来连接下托板402，螺杆405和铆螺母407套有减震弹簧406，且减震弹簧406位于支架401和下托板402之间，下托板402上设置有称量主机4041和水平指示器403，

称量秤盘4043设置在测试腔体308内，称量秤盘4043与称量传感器立柱4042的顶端连接，称量传感器立柱4042的底端依次穿过测试腔体308底部的测试腔体308下底上通孔、第二保温板309上通孔、测试腔托板307上通孔和称量主机4041连接，

测试腔体308和测试腔托板307放置于支架401上。冷热交换实心壳体202、第一冷热交换进管201、第二冷热交换进管222、冷热交换出管205和三通连接管207为整体结构件。

第一冷热交换进管201、第二冷热交换进管222和冷热交换出管205呈平行或并列的排列。

测试腔体308为圆柱体，无上底，有下底，高径比为1:7。测试腔体308的下底设置有测试腔室下底通孔，测试腔室下底通孔直径为22mm。设定第三通气孔301所在水平面为参考水平面，测试腔体308的中心轴线与参考水平面的交点为参考圆心，第四通气孔305在参考水平面的投影点为参考投影点，第三通气孔301、参考圆心之间的连线与参考投影点、参考圆心之间的连线夹角为120度，第四通气孔305的水平高度高于第三通气孔301的水平高度1cm，第四通气孔（305）和第三通气孔（301）直径大小为1.0cm。

称量传感器立柱4042设置在测试腔室下底通孔以及测试腔体托板通孔正中心位置，称量传感器立柱4042与测试腔室下底通孔的孔壁以及测试腔体托板通孔的孔壁的距离均为0.5mm。

调节水平调节脚408来调整样本质量数据采集系统4中支架401的水平度，调节螺杆405来调整下托板402和称重模块404的水平度。称重模块404设置为4个。

气源5上设置有总阀和减压阀。

第一帕尔贴217、第二帕尔贴203、第三帕尔贴306、第一温度传感器218、第二温度传感器204、温湿度传感器304、称重模块404、第一流量控制器220、第二流量控制器221、第一摄像头210和第二摄像头302均与控制器连接。第一冷热交换进管201、第二冷热交换进管222、冷热交换出管205、以及三通连接管207的整体内嵌在冷热交换实心壳体202内，第一通气管223、第二通气管208一部分内嵌在冷热交换实心壳体202内。通过第二帕尔贴203对冷热交换实心壳体202进行加热或制冷， 以此控制冷热交换实心壳体202的温度达到设定温度，冷热交换实心壳体202的温度由第二温度传感器204测定。

冷热交换实心壳体202通过冷热传导的方式将热量传导至第一冷热交换进管201、第二冷热交换进管222、冷热交换出管205以及三通连接管207，以此控制第一冷热交换进管201、第二冷热交换进管222、冷热交换出管205以及三通连接管207的温度。当气源5的气体通过具有一定温度的第一冷热交换进管201，第二冷热交换进管222，冷热交换出管205，以及三通连接管207时，气体被加热或制冷，达到设定的温度。

通过第一帕尔贴217对水罐罐体216进行加热或制冷，以此控制水罐罐体216内的温度达到设定温度，水罐罐体216内的温度由第一温度传感器218测定。

通过第二帕尔贴203控制的冷热交换实心壳体202的温度与通过第一帕尔贴217控制的水罐罐体216内的温度相同。

通过第三帕尔贴306控制测试腔体的温度与冷热交换出管205的温度相同。

第一流量控制器220和第二流量控制器221与气源5连接，通过第一流量控制器220和第二流量控制器221控制气源5进入第一冷热交换进管201和第二冷热交换进管222的气体流量，达到控制进入第二冷热交换进管222的气体流量，从而控制通过第一通气管223进入水罐罐体216内水215中的气体流量。通过此方式，可间接控制从第一通气孔214经第二通气管208进入三通连接管207的气体流量，该气体和经第一冷热交换进管201的进入三通连接管207的气体进行混合，达到设定的相对湿度。

第一摄像头210监控塑料浮球211的高度，间接获得水罐罐体216内水215的水位高度；第二摄像头302监控称量秤盘4043上放置的样品，获得样品的图像和视频。

气源5为氮气。

实施例2：

第一通气管223的底端距离水罐罐体216的底部1cm。

第一摄像头210与塑料浮球211水平距离为5厘米。

第一冷热交换进管201、第二冷热交换进管222、冷热交换出管205为中空的蛇形管道，且管道直径均为5mm。

水位观察管212的内径4mm，外径6mm。

塑料浮球211为直径2mm的红色塑料圆球体。

测试腔体308为圆柱体，无上底，有下底，测试腔体308的下底直径为350mm，高为50mm。测试腔体308的下底设置有测试腔室下底通孔，测试腔室下底通孔直径为22mm。

测试腔体托板307为正方体，测试腔体托板307上设置有测试腔体托板通孔，测试腔体托板通孔直径为22mm，称量传感器立柱4042依次穿过测试腔室下底通孔和测试腔体托板通孔。下托板402为正方体，下托板402上设置有一个水平指示器403。支架401上设置有支架通孔，支架通孔直径为6mm。

支架401通过螺杆405穿过支架401上的通孔与固定在下托板402上的铆螺母407来连接下托板402，螺杆直径4mm，支架401和下托板402之间设置有减震弹簧406，下托板402上设置有称重模块404和水平指示器403。

测试腔体308和测试腔托板307放置于支架401上，铆螺母407固定在下托板402上，螺杆405的螺纹端连接铆螺母407，进而可以调节下托板402的水平度。

称重模块404包括称量秤盘4043、称量传感器立柱4042和称量主机4041。

称重模块设置四个。称重模块量程0.001g-255.000g，精度±0.001g。称重模块自动记录实时质量，并通过数据线将数据发送至控制器，其发送频率可设置为10次/秒。

第二摄像头302包括四个监控摄像头。

冷热交换实心壳体202、第一冷热交换进管201、第二冷热交换进管222、冷热交换出管205、三通连接管207以及测试腔体308的材料为铝合金。

其他与实施例1相同。

实施例3

面包中水分解吸曲线测试：

采用实施例2中的一种水分转移测定装置进行测试，气源5为高纯氮气，装置所处环境温度为25.4℃，相对湿度为68%，

步骤1、通过控制器控制第一帕尔贴217，使得水罐罐体216内的温度为40℃；通过控制器控制第二帕尔贴203，使得冷热交换实心壳体202的温度为40℃；通过控制器控制第三帕尔贴306，使得测试腔体308的温度为40℃；通过控制器控制第一流量控制器220和第二流量控制器221，使得测试腔体308的相对湿度为0.5%。依次打开气源5上的总阀和减压阀，并使总阀完全开启，减压阀压强为0.05MPa。

步骤2、待测试腔体308中的气体温度稳定到40℃，相对湿度稳定到0.5%后，对称重模块404进行调零操作。

步骤3、缓慢打开测试腔上盖303，迅速放置面包到测试腔体308中的称量秤盘4043上，然后缓慢盖上测试腔上盖303，开始记录数据。

步骤4、当称重模块404测定到的面包质量变化小于0.01g/10分钟时，关闭气源5的总阀和减压阀，关闭控制器，完成测试。

所有测试记录都由控制器传送到上位机自动记录，并保存至电脑excel表格中。

测试结果见图3。

实施例4

魔芋葡甘聚糖粉末吸湿等温曲线测试：

采用实施例2中的一种水分转移测定装置进行测试，气源5为高纯氮气，装置所处环境温度为24.5℃，相对湿度为65%，

步骤1、通过控制器控制第一帕尔贴217，使得水罐罐体216内的温度为25℃；通过控制器控制第二帕尔贴203，使得冷热交换实心壳体202的温度为25℃；通过控制器控制第三帕尔贴306，使得测试腔体308的温度为25℃；通过控制器控制第一流量控制器220和第二流量控制器221，使得测试腔体308的相对湿度为0.5%。依次打开气源5上的总阀和减压阀，并使总阀完全开启，减压阀压强为0.05MPa。

步骤2、待测试腔体308中的气体温度稳定到25℃，相对湿度稳定到0.5%后，对称重模块404进行调零操作。

步骤3、缓慢打开测试腔上盖303，迅速放置魔芋葡甘聚糖粉末到测试腔体308中的称量秤盘4043上，然后缓慢盖上测试腔上盖303，开始记录数据。

步骤4、当称重模块404测定到的魔芋葡甘聚糖粉末质量变化小于0.01g/10分钟时，通过控制器控制第一流量控制器220和第二流量控制器221，使得测试腔体308的相对湿度为10%.

步骤5、当称重模块404测定到的魔芋葡甘聚糖粉末质量变化小于0.01g/10分钟时，通过控制器控制第一流量控制器220和第二流量控制器221，使得测试腔体308的相对湿度为20%。

步骤6、当称重模块404测定到的魔芋葡甘聚糖粉末质量变化小于0.01g/10分钟时，通过控制器控制第一流量控制器220和第二流量控制器221，使得测试腔体308的相对湿度为30%。

步骤7、当称重模块404测定到的魔芋葡甘聚糖粉末质量变化小于0.01g/10分钟时，通过控制器控制第一流量控制器220和第二流量控制器221，使得测试腔体308的相对湿度为40%。

步骤8、当称重模块404测定到的魔芋葡甘聚糖粉末质量变化小于0.01g/10分钟时，通过控制器控制第一流量控制器220和第二流量控制器221，使得测试腔体308的相对湿度为40%。

步骤9、当称重模块404测定到的魔芋葡甘聚糖粉末质量变化小于0.01g/10分钟时，通过控制器控制第一流量控制器220和第二流量控制器221，使得测试腔体308的相对湿度为50%。

步骤10、当称重模块404测定到的魔芋葡甘聚糖粉末质量变化小于0.01g/10分钟时，通过控制器控制第一流量控制器220和第二流量控制器221，使得测试腔体308的相对湿度为60%。

步骤11、当称重模块404测定到的魔芋葡甘聚糖粉末质量变化小于0.01g/10分钟时，通过控制器控制第一流量控制器220和第二流量控制器221，使得测试腔体308的相对湿度为70%。

步骤12、当称重模块404测定到的魔芋葡甘聚糖粉末质量变化小于0.01g/10分钟时，通过控制器控制第一流量控制器220和第二流量控制器221，使得测试腔体308的相对湿度为80%。

步骤13、当称重模块404测定到的魔芋葡甘聚糖粉末质量变化小于0.01g/10分钟时，通过控制器控制第一流量控制器220和第二流量控制器221，使得测试腔体308的相对湿度为90%。

步骤14、当称重模块404测定到的魔芋葡甘聚糖粉末质量变化小于0.01g/10分钟时，关闭气源5的总阀和减压阀，关闭控制器，完成测试。

所有测试记录都由控制器传送到上位机自动记录，并保存至电脑excel表格中。

测试结果见图4。

实施例5

采用实施例2中的一种水分转移测定装置进行测试，气源5为高纯氮气，装置所处环境温度为24.9℃，相对湿度为63%，

步骤1、通过控制器控制第一帕尔贴217，使得水罐罐体216内的温度为25℃；通过控制器控制第二帕尔贴203，使得冷热交换实心壳体202的温度为25℃；通过控制器控制第三帕尔贴306，使得测试腔体308的温度为25℃；通过控制器控制第一流量控制器220和第二流量控制器221，使得测试腔体308的相对湿度为50%。依次打开气源5上的总阀和减压阀，并使总阀完全开启，减压阀压强为0.05MPa。

步骤2、待测试腔体308中的气体温度稳定到25℃，相对湿度稳定到50%后，对称重模块404进行调零操作。

步骤3、缓慢打开测试腔上盖303，分别放置标准砝码（10.000g）到测试腔体308中的4个称量秤盘上，然后盖上测试腔上盖303。

步骤4、待2分钟后测试腔体308中温度重新稳定在25℃，相对湿度稳定在50%，开始记录数据。

步骤5、待装置运行12h，关闭气源5的总阀和减压阀，关闭控制器，完成测试。

所有测试记录都由控制器传送到上位机自动记录，并保存至电脑excel表格中。

测试结果见图5-7。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种水分转移规律测定装置，其特征在于，包括工作气体介质产生和控制系统（1），样本测试腔（3）和样本质量数据采集系统（4）；

工作气体介质产生和控制系统（1）内设置有气体冷热交换器和水温水位控制器；

气体冷热交换器包括冷热交换实心壳体（202）,以及设置在冷热交换实心壳体（202）内的第一冷热交换进管（201）、第二冷热交换进管（222）、冷热交换出管（205）和三通连接管（207）；

水温水位控制器包括水罐罐体（216）、设置在水罐罐体（216）内的水（215）和设置在水罐罐体（216）上的水罐上盖（219），水罐罐体（216）的侧部设置有与水罐罐体（216）内部连通的水位观察管（212），水位观察管（212）内设置有塑料浮球（211），水罐罐体（216）的侧壁设置有第一温度传感器（218）和第一帕尔贴（217）；

第一冷热交换进管（201）一端通过第一流量控制器（220）与气源（5）连接，第二冷热交换进管（222）一端通过第二流量控制器（221）与气源（5）连接，第二冷热交换进管（222）另一端与第一通气管（223）一端连接，第一通气管（223）另一端穿过水罐上盖（219）延伸至水罐罐体（216）底部，三通连接管（207）的三个连接口分别与第一冷热交换进管（201）另一端、第二通气管（208）一端和冷热交换出管（205）一端连接，第二通气管（208）另一端与开设在水罐上盖（219）上的第一通气孔（214）连通，水罐上盖（219）上还开设有第二通气孔（213），第二通气孔（213）上设置有单向阀（209）；

冷热交换实心壳体（202）的侧壁设置有第二温度传感器（204）和第二帕尔贴（203），以及外壁的第一保温板（224）；

工作气体介质产生和控制系统（1）内设置有用于监测塑料浮球（211）垂直高度位置的第一摄像头（210）；

样本测试腔（3）包括测试腔体（308），测试腔上盖（303）和测试腔托板（307），测试腔体（308）的腔内设置有温湿度传感器（304），测试腔体（308）的外壁设置有第三帕尔贴（306）和第二保温板（309），测试腔上盖（303）的底面设置有第二摄像头（302），测试腔上盖（303）和测试腔体（308）由阻尼弹簧连接，且两者之间通过O型密封圈进行密封，通过测试腔上盖（303）翻盖操作可以实现对测试腔体（308）的敞开操作，测试腔体（308）和测试腔托板（307）通过螺丝固定连接；

冷热交换出管（205）与第三通气管（206）一端连接，第三通气管（206）的外壁设置有保温管（225），第三通气管（206）另一端穿过设置在测试腔体（308）侧壁上的第三通气孔（301）连接，测试腔体（308）上与第三通气孔（301）相对的侧壁开设有第四通气孔（305）；

样本质量数据采集系统（4）包括支架（401），下托板（402），称重模块（404），螺杆（405），铆螺母（407），减震弹簧（406），水平调节脚（408），

称重模块（404）包括称量主机（4041），称量传感器立柱（4042），称量秤盘（4043）；

支架（401）通过螺杆（405）穿过支架（401）上的通孔与固定在下托板（402）上的铆螺母（407）来连接下托板（402），支架（401）和下托板（402）之间设置有减震弹簧（406），下托板（402）上设置有称重模块（404）和水平指示器（403）；

称量秤盘（4043）设置在测试腔体（308）内，称量秤盘（4043）与称量传感器立柱（4042）的顶端连接，称量传感器立柱（4042）的底端依次穿过测试腔体（308）底部的测试腔室下底通孔、第二保温板（309）上通孔、测试腔托板（307）上通孔和称量主机（4041）连接；

测试腔体（308）和测试腔托板（307）放置于支架（401）上。

2.根据权利要求1所述的一种水分转移规律测定装置，其特征在于，所述的冷热交换实心壳体（202）、第一冷热交换进管（201）、第二冷热交换进管（222）、冷热交换出管（205）和三通连接管（207）为整体结构件。

3.根据权利要求2所述的一种水分转移规律测定装置，其特征在于，所述的第一冷热交换进管（201）、第二冷热交换进管（222）和冷热交换出管（205）呈平行或并列的排列。

4.根据权利要求1所述的一种水分转移规律测定装置，其特征在于，所述的测试腔体（308）为矮圆柱形筒体，高径比在1:15―1:3之间，设定第三通气孔（301）所在水平面为参考水平面，测试腔体（308）的中心轴线与参考水平面的交点为参考圆心，第四通气孔（305）在参考水平面的投影点为参考投影点，第三通气孔（301）、参考圆心之间的连线与参考投影点、参考圆心之间的连线夹角为120度，第四通气孔（305）的水平高度高于第三通气孔（301）的水平高度0.5―1cm，第四通气孔（305）和第三通气孔（301）直径大小为0.5―1.2cm。

5.根据权利要求1所述的一种水分转移规律测定装置，其特征在于，称量传感器立柱（4042）设置在测试腔室下底通孔、第二保温板上通孔、以及测试腔托板通孔正中心位置，称量传感器立柱（4042）与测试腔室下底通孔的孔壁、第二保温板（309）上通孔以及测试腔托板通孔的孔壁的距离均为0.1～1.0mm。

6.根据权利要求1所述的一种水分转移规律测定装置，其特征在于，调节水平调节脚（408）来调整样本质量数据采集系统（4）中支架（401）的水平度，调节螺杆（405）来调整下托板（402）和称重模块（404）的水平度。