专利名称：一种复合材料工程温度监测方法
技术领域：
本发明属于土木工程、水利水电工程和交通工程技术领域，涉及一种工程现场长期监测领域的温度监测方法，尤其涉及一种碳纤维/纳米碳黑水泥基复合材料工程温度实时监测方法。
背景技术：
在工程现场检测中，大体积混凝土结构基础温度在施工期过程中的监测为合理解决温度应力并控制裂缝开展起着重要作用而传统的温度计、热电耦等作为传感器的传统的检测手段已经大大的制约了数据的准确性与精度。先进光纤光栅温度传感器虽具有体积小灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰、传输频带较宽等优点，但其高昂的价格阻碍其广泛的应用，碳纤维水泥基复合材料的电阻随其温度的变化而可逆变化，价格低廉，易于进行分布式测量，适用于现场的长期健康监测。但由于碳纤维水泥基复合材料的电阻受到应力、湿度、龄期等多方面的影响，致使测量结果有很大的不确定性，在实际应用中受到很大的限制。 大量文献中直接采用万用表测量碳纤维水泥基复合材料的电阻，并通过整体电阻的对比来分析温度与电阻或者电阻变化量的关系，具有试验装置简单，测试结果直观等优点。但是由于温度引起的电阻变化量与基体电阻相比仍然比较小，因此上述方法精度不闻。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于工程现场长期监测、稳定性高、精度高、适用范围广泛、实现多因素避免的碳纤维/纳米碳黑水泥基复合材料工程温度监测方法，以弥补当前碳纤维水泥基复合材料在实际工程应用中温度监测方面的不足。本发明的技术方案是
一种复合材料工程温度监测方法包括以下步骤
i首先通过短切碳纤维以及纳米碳黑和埋设四个不锈钢网电极的方法制作碳纤维/纳米碳黑水泥基复合材料工程温度传感器原件；
其次将制好的碳纤维/纳米碳黑水泥基复合材料工程温度传感器原件外部安装L型可开启混凝土结构；
iii将设置有碳纤维/纳米碳黑水泥基复合材料工程温度传感器原件的L型可开启混凝土结构嵌入大体积混凝土结构中需要测量温度的部位；
iv将碳纤维/纳米碳黑水泥基复合材料传感器原件采用恒压源进行激励；
V碳纤维/纳米碳黑水泥基复合材料工程温度传感器原件采用耐高温导线将其电压、电流接入信号放大器；
Vi计算机通过数据采集卡放大电压、电流信号；
Vii通过运算以及标定温度一电阻转换公式得到待测部位的温度值。本发明中所述的L型可开启混凝土结构内部填充一定厚度防水材料聚氨酯。
本发明的效果和益处是采用本发明提出的碳纤维/纳米碳黑水泥基复合材料温度监测方法，能够提高碳纤维水泥基复合材料温度传感器的温度检测灵敏度；通过置入内部填充一定厚度防水材料聚氨酯的可开启L形混凝土结构中，成型简便，并且能够消除外界应力、湿度和龄期等因素的变化对其温度一电阻特性的变化，可实现稳定、准备的温度测量；用过恒压源和信号放大器能够准确测量外界温度变化引起的碳纤维/纳米碳黑水泥基复合材料温度传感器电阻的变化，温度检测的灵敏度高。
图I是碳纤维/纳米碳黑水泥基复合材料工程温度实时监测系统图。
具体实施例 如图所示，一种复合材料工程温度监测系统，包括温度传感器原件2、所述温度传感器原件外部设置有L形可开启混凝土结构3，所述温度传感器原件通过导线4与信号放大器6连接，所述信号放大器6与数据采集卡7相连，所述数据采集卡7与计算机8相连，所述传感器原件2还连接有恒压源5。使用时将此工程温度监测系统嵌入大体积混凝土结构I中需要测量温度的部位，采用耐高温导线将其电压、电流接入信号放大器6，计算机通过数据采集卡7放大电压、电流信号，通过运算以及标定温度一电阻转换公式得到待测部位的温度值。本发明中L型可开启混凝土结构3内设置有填充物，所述填充物为防水材料聚氨酯，能够有效避免外界湿度对温度传感器的影响。采用L型可开启混凝土结构3能够有效避免温度传感器原件2受外界应力变化的影响。为了实现准确监测，外置保护采用可开启L形装置混凝土结构3，填充物采用绿色环保、耐久耐候性好、无接缝整体防水膜聚氨酯材料。一种复合材料工程温度监测方法，包括以下步骤
i首先通过短切碳纤维以及纳米碳黑和埋设四个不锈钢网电极的方法制作碳纤维/纳米碳黑水泥基复合材料工程温度传感器原件2 ；
其次将制好的碳纤维/纳米碳黑水泥基复合材料工程温度传感器原件2外部安装L型可开启混凝土结构3 ；
iii将设置有碳纤维/纳米碳黑水泥基复合材料工程温度传感器原件2的L型可开启混凝土结构3嵌入大体积混凝土结构I中需要测量温度的部位；
iv将碳纤维/纳米碳黑水泥基复合材料传感器原件2采用恒压源5进行激励；
V碳纤维/纳米碳黑水泥基复合材料工程温度传感器原件2采用耐高温导线4将其电压、电流接入信号放大器6;
vi计算机8通过数据采集卡7放大电压、电流信号；
vii通过运算以及标定温度一电阻转换公式得到待测部位的温度值。
碳纤维/纳米炭黑水泥基复合材料制成的温度传感器原件2的制作过程为首先取适量温水(50°C左右)，把甲基纤维素置于水中并不断搅拌使其完全溶解，冷却后放入减水剂、消泡剂和碳纤维，在此过程中要不断搅拌至碳纤维均匀分散，无任何团聚现象，将其加入搅拌锅中；然后把称取的纳米炭黑、硅灰、水泥、砂等加入搅拌机中并不断搅拌；把搅拌好的碳纤维/纳米炭黑混合砂浆倒入模具中，插入不锈钢网电极，并在振动台上振捣成型；成型两个L形混凝土 ；在组合后L形装置底部喷入一定厚度的聚氨酯，放置碳纤维/纳米炭黑水泥基复合材料温度传感器，继续喷射聚氨酯至空腔密闭。本发明中可以将放置碳纤维/纳米炭黑水泥基复合材料制成的温度传感器原件2，外置L形可开启混凝土结构3后嵌入任何需要对温度进行检测的大体积混凝土结构I中，本实施例以大体积混凝土结构I为例说明本发明的具体实施过程。对于控温实验，首先将放置碳纤维/纳米炭黑水泥基复合材料温度传感器L形可开启混凝土结构3埋设在大体积混凝土立方块I中；采用四根耐高温导线4将温度传感器原件2与一个IV精密恒压源5和信号放大器6相连，采用四电极法测试电阻可以有效消除接触电阻的影响；信号放大器可以将所测得电压、电流值进行放大，使得所得数据更加精确。设碳纤维/纳米炭黑水泥基复合材料温度传感器测试电压为V，测试电流为I，β为信号放大器的电流、电压放大倍数。则计算机运算处理的电阻信号为
V
Rt = β-γ ~+ Stx + + 通it+
上式中，Α 为未埋入结构时的初始电阻，为结构温度引起的碳纤维/纳米炭黑水泥基复合材料温度传感器的电阻变化量和为传感器受外界应力、湿度和龄 期引起的电阻变化量。由于碳纤维/纳米炭黑水泥基复合材料制成的温度传感器原件2采用L形可开启混凝土结构3外保护、填充一定厚度的聚氨酯以及复掺纳米炭黑，因此由于湿度、外界应力和龄期引起的变化量可以忽略。因此(I)式变为
Jtr — jSfiRo + Sr)
通过预先标定的温度一电阻关系曲线得到温控过程中大体积混凝土立方块的温度变化。
权利要求
1.一种复合材料工程温度监测方法，其特征在于包括以下步骤 i首先通过短切碳纤维以及纳米碳黑和埋设四个不锈钢网电极的方法制作碳纤维/纳米碳黑水泥基复合材料工程温度传感器原件(2)； 其次将制好的碳纤维/纳米碳黑水泥基复合材料工程温度传感器原件(2)外部安装L型可开启混凝土结构(3)； iii将设置有碳纤维/纳米碳黑水泥基复合材料工程温度传感器原件(2)的L型可开启混凝土结构(3)嵌入大体积混凝土结构(1)中需要测量温度的部位； iv将碳纤维/纳米碳黑水泥基复合材料传感器原件(2)采用恒压源(5)进行激励； V碳纤维/纳米碳黑水泥基复合材料工程温度传感器原件(2)采用耐高温导线(4)将其电压、电流接入信号放大器(6)； vi计算机(8)通过数据采集卡(7)放大电压、电流信号； vii通过运算以及标定温度一电阻转换公式得到待测部位的温度值。
2.如权利要求I所述的一种复合材料工程温度监测方法，其特征在于所述的L型可开启混凝土结构(3)内部填充一定厚度防水材料聚氨酯。
全文摘要
一种复合材料工程温度监测方法，包括以下步骤ⅰ首先埋设四个不锈钢网电极的方法制作温度传感器原件(2)；ⅱ其次将制好的温度传感器原件(2)外部安装L型可开启混凝土结构(3)；ⅲ将设置温度传感器原件(2)的L型可开启混凝土结构(3)嵌入大体积混凝土结构(1)中需要测量温度的部位；ⅳ将传感器原件(2)采用恒压源(5)进行激励；ⅴ温度传感器原件(2)采用耐高温导线(4)将其电压、电流接入信号放大器(6)；ⅵ计算机(8)通过数据采集卡(7)放大电压、电流信号；ⅶ通过运算以及标定温度—电阻转换公式得到待测部位的温度值。本发明能够提高碳纤维水泥基复合材料温度传感器的温度检测灵敏度。
文档编号G01K7/16GK102879120SQ20111019464
公开日2013年1月16日 申请日期2011年7月13日 优先权日2011年7月13日
发明者刘小艳, 刘爱华, 刘磊, 刘开琼, 陈雷, 王新瑞 申请人:河海大学