CN113832021A - 一种建筑材料表面霉菌生长热湿学测试装置 - Google Patents

一种建筑材料表面霉菌生长热湿学测试装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种建筑材料表面霉菌生长热湿学测试装置，涉及材料测试装置技术领域，包括至少一个养护组件；至少一个温度组件，温度组件包括恒温箱，养护箱体位于恒温箱内，以获得恒温箱内的空气温度；至少一个湿度组件，湿度组件包括恒温水浴箱以及放置在恒温水浴箱内的饱和空气瓶，饱和空气瓶连接有进气管和出气管，进气管连通外部，出气管连通养护箱内，以调节养护箱内的空气湿度；以及监测组件，监测组件包括摄像头、温湿度探头、多通道数据采集器以及计算机，摄像头安装在养护箱内，以采集试件表面的霉菌生长情况，温湿度探头安装在养护箱内，以采集养护箱内部的温湿度。本发明能开展试件的霉菌生长与热湿环境关系测试。

Description

一种建筑材料表面霉菌生长热湿学测试装置
技术领域
本发明涉及材料测试装置技术领域，特别涉及一种建筑材料表面霉菌生长热湿学测试装置。
背景技术
建筑中的霉菌生长问题普遍存在，不仅会造成建筑材料和构造腐蚀，还会危害室内人员健康。随着人们对居住环境品质、建筑耐久性要求的提高，建筑霉菌生长的控制议题日益得到重视。其中，建筑材料的防霉技术是基础。
霉菌生长受基质营养成分(水、糖类、无机盐)和pH值，以及环境温度、湿度和氧气的影响，并需要一定的孢子萌发和菌丝生长时间。现有的应对思路主要着眼于基质，即采用材料防腐学方法进行材料处理。然而对于常用建筑材料，浸泡、蒸煮、高压注入等常用处理方法所取得的效果往往只能持续一段时间，并且会造成额外的环保问题和健康风险。即便是通过防霉处理使材料基质暂时性不具备发霉条件，在建筑长周期的使用过程中，粉尘污染、人体汗液挥发，同样会导致材料浅层区域(0-3mm)重新具备霉菌生长的条件。
随着建筑物理技术的发展，人们可以借助计算机工具，越来越精准地判断在一定工况下建筑环境乃至建筑构造的动态热湿条件变化。基于此，从控制环境热湿条件，抑制霉菌活性，从而避免建筑材料发霉的方法逐渐成为新兴技术热点。而准确描述霉菌生长、热湿环境、以及时间的量化关系是应用这一方法的基础性前提，这一关系可以通过对应一定温湿度的霉菌生长速率进行表征。
建筑材料霉菌生长速率-热湿环境关系是不可缺少的基础参数，但目前开展这一材料参数测试存在困难。现有测试方案，装置和人力成本高昂，难以进行普及。
一方面，高湿养护环境难以准确营造。霉菌生长测试需要在较高的相对湿度条件下进行，普通恒温恒湿箱无法在高湿区(>85％)提供精确的相对湿度，而采用饱和盐溶液的方法虽能满足相对湿度控制精度，但要求完全封闭的养护环境，这会导致缺乏氧气补充而干扰霉菌生长。对于温湿度养护环境的营造，采用恒温恒湿箱等设备，同时控制温度和湿度，技术成本非常高。
另一方面，现有测试方案人力成本高。对于营养物质含量较低的材料样品，或者温湿度较低的工况，霉菌生长较慢，可能需要长达数月时间才能完成测试。这一过程中，传统人工记录方法的成本高昂，且经常打开养护环境进行拍摄和数据记录，容易造成环境扰动，降低测试结果的精度和稳定性。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明实施例提供一种建筑材料表面霉菌生长热湿学测试装置，开展试件的霉菌生长与热湿环境关系测试。
根据本发明实施例的建筑材料表面霉菌生长热湿学测试装置，包括至少一个养护组件，所述养护组件包括养护箱，用于放置试件；至少一个温度组件，所述温度组件包括恒温箱，所述养护箱体位于所述恒温箱内，以获得所述恒温箱内的空气温度；至少一个湿度组件，所述湿度组件包括恒温水浴箱以及放置在所述恒温水浴箱内的饱和空气瓶，所述饱和空气瓶连接有进气管和出气管，所述进气管连通外部，所述出气管连通所述养护箱内，以调节所述养护箱内的空气湿度；以及监测组件，所述监测组件包括摄像头、温湿度探头、多通道数据采集器以及计算机，所述摄像头安装在所述养护箱内，以采集试件表面的霉菌生长情况，所述温湿度探头安装在所述养护箱内，以采集所述养护箱内部的温湿度，所述摄像头和所述温湿度探头分别与所述多通道数据采集器电连接，以获取拍摄数据和温湿度数据，所述计算机与所述多通道数据采集器电连接，以表征拍摄数据和温湿度数据。
在可选或优选的实施例中，所述养护组件还包括设置在所述养护箱顶部的箱盖以及位于所述养护箱内的至少一个试件支架。
在可选或优选的实施例中，所述摄像头固定在所述箱盖内侧中心位置，以使拍摄范围覆盖所述养护箱内的试件，所述摄像头的镜头中点和试件外侧边缘的连线，与所述摄像头的镜头中心垂线两者之间的夹角不超过45°。
在可选或优选的实施例中，所述箱盖设置有透光窗，以作透光通道，所述透光窗设置有供所述摄像头安装的探头接口。
在可选或优选的实施例中，所述温湿度探头设置在所述试件支架上，所述温湿度探头的温度探测精度为T±0.2℃，所述温湿度探头的相对湿度探测精度为RH±2.0％。
在可选或优选的实施例中，所述箱盖与所述养护箱侧壁上沿铰接，所述箱盖与所述养护箱之间安装有若干个密封锁。
在可选或优选的实施例中，所述恒温水浴箱具有空气瓶置入腔，以供饱和空气瓶置入。
在可选或优选的实施例中，所述出气管包裹有保温层，以对所述出气管的空气进行保温。
在可选或优选的实施例中，所述进气管设置有进气过滤器和空气流量计，所述养护箱连接有排气管，所述排气管设置有排气过滤器。
在可选或优选的实施例中，所述温度组件设置一个，各所述养护组件均布置在所述温度组件中的恒温箱内。
基于上述技术方案，本发明实施例至少具有以下有益效果：上述技术方案，通过设计恒温箱来保证养护箱内试件的温度，通过向恒温水浴箱中的饱和空气瓶进气，获得饱和空气并输出至养护箱内，同时利用当绝对湿度一定时，相对湿度与温度存在反比关系的基本原理，控制恒温水浴箱中饱和空气温度、以及恒温箱内空气温度，在养护箱中获得特定的温湿度梯度，用于开展试件霉菌生长与热湿环境关系测试；并且采用摄像头采集试件表面的霉菌生长情况，采用温湿度探头采集所述养护箱内部的温湿度，最终由多通道数据采集器汇总，并通过计算机进行储存和可视化显示。本发明能有效地解决了建筑材料霉菌生长性质测试中高湿环境难以精确营造、以及数据记录人工成本高的问题，装置具有成本低廉、精度高、灵活性强、自动化程度高的特点，装置各构成部件可根据需要进行组装和灵活调整，在日益受重视的建筑材料霉菌生长研究与应用中具有良好应用前景。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；
图1是本发明实施例的透图；
图2是本发明实施例另一视角的透视图；
图3是本发明实施例中养护组件的部件分解图；
图4是本发明实施例中湿度组件的部件分解图。
附图标记：养护组件10，养护箱11，箱盖12，透光窗13，密封锁14，试件支架15，温度组件20，恒温箱21，湿度组件30，恒温水浴箱31，空气瓶置入腔32，水温控制板33，进气管34，进气过滤器35，空气流量计36，饱和空气瓶37，出气管38，保温层39，监测组件40，计算机41，多通道数据采集器42，数据线43，摄像头44，温湿度探头45，试件51，排气管61，排气过滤器62。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
实施例一
参照图1至图4，一种建筑材料表面霉菌生长热湿学测试装置，包括至少一个养护组件10、至少一个温度组件20、至少一个湿度组件30以及监测组件40。
养护组件包括养护箱11，用于放置试件51。温度组件20包括恒温箱21，养护箱体位于恒温箱21内，以获得恒温箱21内的空气温度。湿度组件30包括恒温水浴箱31以及放置在恒温水浴箱31内的饱和空气瓶37，饱和空气瓶37连接有进气管34和出气管38，进气管34连通外部，出气管38连通养护箱11内，以调节养护箱11内的空气湿度。
可以理解的是，养护箱11内的空气温度T通过恒温箱21设置获得；养护箱11内的相对湿度RH通过恒温水浴箱31中饱和空气温度和恒温箱21内空气温度两者的调整获得。空气温度T和相对湿度RH的调节范围应能覆盖T＝10-40℃，RH＝70％-100％的范围。
上述技术方案，通过设计恒温箱21来保证养护箱11内试件51的温度，通过向恒温水浴箱31中的饱和空气瓶37进气，获得饱和空气并输出至养护箱11内，同时利用当绝对湿度一定时，相对湿度与温度存在反比关系的基本原理，控制恒温水浴箱31中饱和空气温度、以及恒温箱21内空气温度，在养护箱11中获得特定的温湿度梯度，用于开展试件霉菌生长与热湿环境关系测试。
监测组件40包括摄像头44、温湿度探头45、多通道数据采集器42以及计算机41，摄像头44安装在养护箱11内，以采集试件51表面的霉菌生长情况，温湿度探头45安装在养护箱11内，以采集养护箱11内部的温湿度，摄像头44和温湿度探头45分别与多通道数据采集器42电连接，以获取拍摄数据和温湿度数据，计算机41与多通道数据采集器42电连接，以表征拍摄数据和温湿度数据。本发明采用摄像头44采集试件51表面的霉菌生长情况，采用温湿度探头45采集所述养护箱11内部的温湿度，最终由多通道数据采集器42汇总，并通过计算机41进行储存和可视化显示，本发明能有效地解决了建筑材料霉菌生长性质测试中高湿环境难以精确营造、以及数据记录人工成本高的问题，装置具有成本低廉、精度高、灵活性强、自动化程度高的特点。优选的，监测组件40的监测时间以小时为单位，数据采集时间步长宜为24的倍数或因数，如48h/24h/12h/6h/3h/1h。
如图3所示，具体而言，养护组件10还包括设置在养护箱11顶部的箱盖12以及位于养护箱11内的至少一个试件支架15，试件支架15上可放置多个试件51，进一步的，箱盖12与养护箱11侧壁上沿铰接，便于启闭箱盖12，箱盖12与养护箱11之间安装有若干个密封锁14。箱盖12设置有透光窗13，以作透光通道。
温湿度探头45设置在试件支架15上，具体是突出试件支架15中心位置上表面，其中，温湿度探头45采用高精度探头，温湿度探头45的温度探测精度为T±0.2℃，温湿度探头45的相对湿度探测精度为RH±2.0％，从而采集到养护箱11内部的温度和湿度，并通过数据线43传输至多通道数据采集器42。
摄像头44固定在箱盖12内侧中心位置，以使拍摄范围覆盖养护箱内的试件51，透光窗13设置有供摄像头44安装的探头接口，摄像头的精度不低于HD1080P。摄像头44的镜头中点和试件51外侧边缘的连线，与摄像头44的镜头中心垂线两者之间的夹角不超过45°，通过该方案，可保证摄像头33的拍摄范围能覆盖所有试件51。摄像头44和温湿度探头45具有防结露功能。
多通道数据采集器42的接口为60路，通过数据线43将多通道数据采集器43连接至计算机41，通过计算机指令进行数据采集时间、步长等控制，并在计算机41对数据进行汇总、储存和可视化显示；数据收集时间步长设为12h，每天记录2次，对应白天和夜晚。
如图4，恒温水浴箱31具有空气瓶置入腔32，以供饱和空气瓶37置入。出气管38包裹有保温层39，以对出气管38的空气进行保温，保温层宜采用柔性材料。
优选的，进气管34设置有进气过滤器35和空气流量计36，养护箱11连接有排气管61，排气管61设置有排气过滤器62。
本实施例中，养护组件10共设置六个，即六个养护箱11，温度组件设置一个，即恒温箱21设置一个，各养护组件10均布置在温度组件20中的恒温箱21内。湿度组件30设置六个，即恒温水浴箱31和饱和空气瓶37均为六个。本实施例中，养护组件10、温度组件20、湿度组件30以及监测组件40呈卧式排列或箱式排列，如图1和图2所示，本实施例共具有一组空气温度T的测试梯度和六组相对湿度RH的测试梯度。
具体的空气进气顺序为：进气管34、进气过滤器35、空气流量计36、饱和空气瓶37、出气管38、养护箱11、试件51、排气过滤器62以及排气管61。
本实施例中，可同时营造一组空气温度T和六组相对湿度RH，共六组空气温度T&相对湿度RH的组合温湿度工况，用于进行试件养护。采用自行组装的箱式的养护箱，箱盖12可开启和关闭，预留有与湿度组件30的出气管38连接的接口、以及与监测组件40中各部件连接的接口。养护箱11的具体尺寸为：长×宽×高＝600mm×600mm×400mm；养护箱11采用不锈钢材料围护，顶部的箱盖12设置有透光窗13，作为透光通道，透光窗的尺寸为：长×宽＝400mm×400mm；养护箱11底部放置试件支架15，高度为5cm。
本发明中测试装置的各构成部件可根据需要进行组装和灵活调整，在日益受重视的建筑材料霉菌生长研究与应用中具有良好应用前景。饱和空气瓶、恒温水浴箱、养护箱的数量可根据需要同时测量的空气温度T&相对湿度RH的梯度数量进行调整；养护箱可以是其它可密封和开启的容器，尺寸可以根据需要测量的试件数量调整。监测组件40进行监测的摄像头和温湿度探头，探头在保证精度前提下，可以采用其它型号的摄像头和温湿度探头。数据收集端模块可根据数据收集和处理需要采用其它型号工具；多通道数据采集器可根据需要选用合适的接口容量；数据收集时间步长可选择其它长度，但宜以24h为基数，选择其倍数或因数。
实施例二
本实施例与实施例一的不同之处在于：
本实施例中，养护组件10共设置六个，即六个养护箱11；温度组件设置两个，即恒温箱21设置两个，恒温箱采用立式多层结构，每三个养护箱11放在一个恒温箱21内。湿度组件30设置六个，也采用多层布置以节省占地空间，每个饱和空气瓶37放置在对应恒温水浴箱31中。本实施例中，养护组件10、温度组件20、湿度组件30以及监测组件40呈立式排列或柜式排列。
本实施例中，可同时营造两组空气温度T和三组相对湿度RH，共六组空气温度T&相对湿度RH的组合温湿度工况，用于进行试件养护。空气温度T和相对湿度RH的调节范围可覆盖T＝10-40℃，RH＝70％-100％的范围，精度T±0.2℃，RH±2.0％。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种建筑材料表面霉菌生长热湿学测试装置，其特征在于：包括
至少一个养护组件，所述养护组件包括养护箱，用于放置试件；
至少一个温度组件，所述温度组件包括恒温箱，所述养护箱体位于所述恒温箱内，以获得所述恒温箱内的空气温度；
至少一个湿度组件，所述湿度组件包括恒温水浴箱以及放置在所述恒温水浴箱内的饱和空气瓶，所述饱和空气瓶连接有进气管和出气管，所述进气管连通外部，所述出气管连通所述养护箱内，以调节所述养护箱内的空气湿度；以及
监测组件，所述监测组件包括摄像头、温湿度探头、多通道数据采集器以及计算机，所述摄像头安装在所述养护箱内，以采集试件表面的霉菌生长情况，所述温湿度探头安装在所述养护箱内，以采集所述养护箱内部的温湿度，所述摄像头和所述温湿度探头分别与所述多通道数据采集器电连接，以获取拍摄数据和温湿度数据，所述计算机与所述多通道数据采集器电连接，以表征拍摄数据和温湿度数据。
2.根据权利要求1所述的建筑材料表面霉菌生长热湿学测试装置，其特征在于：所述养护组件还包括设置在所述养护箱顶部的箱盖以及位于所述养护箱内的至少一个试件支架。
3.根据权利要求2所述的建筑材料表面霉菌生长热湿学测试装置，其特征在于：所述摄像头固定在所述箱盖内侧中心位置，以使拍摄范围覆盖所述养护箱内的试件，所述摄像头的镜头中点和试件外侧边缘的连线，与所述摄像头的镜头中心垂线两者之间的夹角不超过45°。
4.根据权利要求3所述的建筑材料表面霉菌生长热湿学测试装置，其特征在于：所述箱盖设置有透光窗，以作透光通道，所述透光窗设置有供所述摄像头安装的探头接口。
5.根据权利要求2所述的建筑材料表面霉菌生长热湿学测试装置，其特征在于：所述温湿度探头设置在所述试件支架上，所述温湿度探头的温度探测精度为T±0.2℃，所述温湿度探头的相对湿度探测精度为RH±2.0％。
6.根据权利要求2所述的建筑材料表面霉菌生长热湿学测试装置，其特征在于：所述箱盖与所述养护箱侧壁上沿铰接，所述箱盖与所述养护箱之间安装有若干个密封锁。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的建筑材料表面霉菌生长热湿学测试装置，其特征在于：所述恒温水浴箱具有空气瓶置入腔，以供饱和空气瓶置入。
8.根据权利要求7所述的建筑材料表面霉菌生长热湿学测试装置，其特征在于：所述出气管包裹有保温层，以对所述出气管的空气进行保温。
9.根据权利要求7所述的建筑材料表面霉菌生长热湿学测试装置，其特征在于：所述进气管设置有进气过滤器和空气流量计，所述养护箱连接有排气管，所述排气管设置有排气过滤器。
10.根据权利要求1至6任意一项所述的建筑材料表面霉菌生长热湿学测试装置，其特征在于：所述温度组件设置一个，各所述养护组件均布置在所述温度组件中的恒温箱内。
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