专利名称：混凝土内含水率测定仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测定仪，特别涉及混凝土内含水率测定仪。
背景技术：
混凝土内含水率的高低直接主导着其使用寿命和耐久性，如何准确地测定混凝土内含水率变化规律对研究混凝土结构工程耐久性及其预测使用寿命具有重要意义。传统做法是通过称量样品重量变化间接获取混凝土内含水率(重量差法)，部分研究人员利用湿度传感器通过建立饱和度和相对湿度间的联系来间接获取混凝土内含水率，还有专家通过测定混凝土内电阻率变化也衡量混凝土内含水率。然而，上述方法存在一定程度的不足，如重量差法测试过程中需将混凝土从构件上取样、烘干、称重，进而获取混凝土内含水率；该法属于破坏性试验，且存在不同部位或深度处混凝土取样精度差、实时性和动态观测不足等问题。湿度传感器价格昂贵，混凝土内的高湿度和高碱度环境会降低其测试精度，长期使用出现较大的漂移现象，并且湿度传感器也面临着埋设时易被混凝土污染等问题，苛刻的使用环境条件(如极端温度和湿度，高碱度混凝土等)限制了其使用范围；此外，因不同季节、地区的混凝土内不同深度或部位含水率也存在较大差异，若采用现有做法监测混凝土内含水率变化规律也会面临许多问题。有鉴于现有混凝土内含水率测定法的不足，有必要开发适宜的混凝土内含水率测定仪。
发明内容
为了弥补现有测试方法与仪器在实时、动态和无损地监测混凝土内含水率变化方面的不足，本发明提供了混凝土内含水率测定仪，基于电磁感应原理，埋设、浇筑于混凝土内，可用于长期实时监测混凝土内不同部位和深度区域含水率变化。为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，混凝土内含水率测定仪，其特征在于，混凝土内含水率测定仪包括电源、电压测试仪、数据盒、工作芯筒和数据输出装置，工作芯筒通过二芯电缆连接电源，工作芯筒利用五芯电缆连接电压测试仪，数据盒一端通过数据线连接数据输出装置，数据盒另一端通过数据线连接电压测试仪。本发明基于电磁感应原理，利用螺线管接通电源时，其内部交流电会在其周围产生变化的电磁场，而感应线圈内则会出现感应电动势，因混凝土内含水率不同会导致相应的磁导率存在差别，从而引起磁场强度的变化，这种变化可利用电压测试仪通过检测感应线圈产生的感应电动势来判定，利用预先建立混凝土内不同含水率与感应电动势间的关系，并将其存储于数据盒内；测试过程中，通过电压测试仪将测定的数据传输给数据盒，数据盒内利用已建立的相应关系，即可间接获得不同条件下混凝土内含水率，最终由显示器输出。实施时，需将其埋设、浇筑于混凝土内待测部位，接通电源，即可测试混凝土内含水率。本发明具有实时、稳定性好、使用范围局限性小、无损、非接触和构造新颖等优点，弥补了现有测定方法和设备的不足，其应用前景广泛。本发明的特征还在于所述的电源为不同频率和强弱的交流电的电源，是整个装置的供电系统。本发明的特征还在于所述的电压测试仪为高精度交流电压测试仪，其作用是可测定感应线圈产生的感应电动势，并向数据盒传输所测数据。本发明的特征还在于所述的数据盒可通过数据线连接电压测试仪，并可将所测电压转化为相应的数据。本发明的特征还在于所述的数据盒可通过数据线连接电压测试仪，并通过数据线连接数据输出装置，利用存储的感应电动势与湿度间的相应关系进行转化，实现数据结果输出。本发明的特征还在于所述的数据输出装置可为触屏或非触屏数显式显示器，也可为连接各类数据存储处理器的各种输出接口或端口，是整个体系的输出终端。本发明的特征还在于所述的工作芯筒包括绝缘筒，绝缘筒内包裹有螺线管和感应线圈，感应线圈设置在螺线管的螺纹内，感应线圈上设置有感应线圈中部接头，绝缘筒内的感应线圈内引出有二芯电缆和五芯电缆。二芯电缆和五芯电缆分别从感应线圈中部接头上引出。螺线管两端部通过二芯电缆连接电源；感应线圈的两端部分别与五芯电缆的两芯线连接，而其中部接头亦与五芯电缆的两芯线连接，这样可获取混凝土内不同深度区域内含水率。螺线管、感应线圈、二芯电缆和五芯电缆均由绝缘筒采用浇筑或挤压工艺成型为一体；工程使用中可预先将其埋设、浇筑于混凝土内待测部位。实施时，通过二芯电缆连接螺线管和电源，利用螺线管接通电源时，其内部瞬变的交流电会在其周围产生变化电磁场，相应的感应线圈会产生感应电动势，因混凝土内含水率不同导致相应的磁导率存在差别，这种差异可利用电压测试仪来检测感应线圈产生的感应电动势进行表征，利用含水率与感应电动势间的相应关系，即可间接获得混凝土内含水率。本发明基于电磁场理念提出，结构简单、新颖，弥补了传统测试方法和仪器的不足，可对混凝土内不同深度和部位的含水率进行实时、无损和精确地测定。本发明的特征还在于所述的绝缘筒为非导电类的酚醛塑料、聚氨酯塑料、环氧塑料、不饱和聚酯塑料、有机硅树脂或丙烯基树脂及其改性聚合物树脂类材料制成，采用挤压或浇筑成型方式将螺线管、感应线圈、五芯电缆和二芯电缆集为一体。本发明的特征还在于所述的螺线管为漆包线圈，其通过二芯电缆连接电源以产生变化电磁场，是整个系统的激发部件。本发明的特征还在于所述的感应线圈为漆包线圈，其端部和中部分别连接五芯电缆中的一芯线，起产生感应电动势作用，是整个系统的响应部件。本发明的特征还在于所述的五芯电缆为铜类、银类良导电性能的金属材料和绝缘胶皮制成，其两芯线分别与感应线圈两端头连接，另一芯线用于接零保护，剩余两芯分别连接感应线圈中部接头。本发明的有益效果是:1、本发明基于电磁感应原理提出，具有实时、动态、无损伤和新颖等优点，弥补了现有混凝土内含水率测定方法和装置的不足。2、采用本发明可长期测定不同环境条件下混凝土内不同深度、部位处含水率变化，且装置构造简单、性价比高且易于操作。3、可根据混凝土结构工程需求将本发明埋设、浇筑于混凝土内待测部位，可适用于水下、大气或地下等场所混凝土结构，能有效排除外界环境因素对测试装置的影响，进而测定特定环境条件下混凝土内含水率变化。
图1为本发明混凝土内含水率测定仪的平面示意图；图2为本发明混凝土内含水率测定仪的工作芯筒结构剖面图；图3为本发明混凝土内含水率测定仪的感应线圈结构示意图；其中I为电源，2为电压测试仪，3为工作芯筒，4为数据盒，5为数据输出装置，6为绝缘筒，7为数据线，8为二芯电缆，9为五芯电缆，10为螺线管，11为感应线圈，12为感应线圈中部接头。
具体实施例方式下面实施例是对本发明技术内容的进一步说明，但并非对本发明实质内容的限制。混凝土内含水率测定仪包括电源1、电压测试仪2、数据盒4、工作芯筒3和数据输出装置5，工作芯筒3通过二芯电缆8连接电源1，工作芯筒3利用五芯电缆9连接电压测试仪2，数据盒4 一端通过数据线7连接数据输出装置5，数据盒4另一端通过数据线7连接电压测试仪2。图1为本发明混凝土内含水率测定仪的平面示意图，如图1所示，工作芯筒3通过二芯电缆8连接电源I，也通过五芯电缆9连接电压测试仪2，数据盒4 一端通过数据线7连接数据输出装置5，另一端通过数据线7连接电压测试仪2。图2为本发明混凝土内含水率测定仪的工作芯筒结构剖面图，如图2所示，工作芯筒3为薄壁筒体结构，包括螺线管10、感应线圈11、绝缘筒6、感应线圈中部接头12、五芯电缆9和二芯电缆8。螺线管10两端部通过二芯电缆8连接电源I，感应线圈11两端部分别与五芯电缆9的两芯线连接，而其中部亦与五芯电缆9的两芯线连接；螺线管10、感应线圈11、二芯电缆8和五芯电缆9均由绝缘筒6采用浇筑或挤压工艺成型为一体。图3为本发明的感应线圈结构图，如图3所示，感应线圈11为螺旋状形式，其两端头与五芯电缆9的两芯线相连，感应线圈中部接头12与五芯电缆9的两芯线相连，用以测定混凝土内不同深度区域内含水率变化。本发明的特征还在于所述的电源I为不同频率和强弱的交流电的电源，是整个装置的供电系统。本发明的特征还在于所述的电压测试仪2为高精度交流电压测试仪，其作用是用于测定感应线圈11产生的感应电动势，并向数据盒4传输所测数据。本发明的特征还在于所述的数据盒4可通过数据线7连接电压测试仪2，并通过数据线7连接数据输出装置5，利用存储的感应电动势与湿度间的相应关系进行转化，实现数据结果输出。本发明的特征还在于所述的数据输出装置5可为触屏或非触屏数显式显示器，也可为连接各类数据存储处理器的各种输出接口或端口，是整个体系的输出终端。本发明的特征还在于所述的工作芯筒3包括绝缘筒6，绝缘筒6内包裹有螺线管10和感应线圈11，感应线圈11设置在螺线管10的螺纹内，感应线圈11上设置有感应线圈中部接头12，绝缘筒6内的感应线圈11内引出有二芯电缆8和五芯电缆9。如图2、3所示，螺线管10两端部通过二芯电缆8连接电源I ;感应线圈11两端部分别与五芯电缆9的两芯线连接，而感应线圈中部接头12亦与五芯电缆9的两芯线连接，这样可获取混凝土内不同深度区域含水率。螺线管10、感应线圈11、二芯电缆8和五芯电缆9均由绝缘筒6采用浇筑或挤压工艺成型为一体；工程中可直接将其埋设、浇筑于混凝土内。实施时，通过二芯电缆8连接螺线管10和电源1，利用螺线管10接通电源I时，其内部瞬变的交流电会在其周围产生变化电磁场，相应的感应线圈11会产生感应电动势，因混凝土内含水率不同导致相应的磁导率存在差别，这种差异可利用电压测试仪2通过检测感应线圈11产生的感应电动势来衡量，利用含水率与感应电动势间的相应关系，即可间接获得混凝土内含水率。本发明弥补了传统测试方法的不足，可对混凝土内不同深度和部位含水率进行实时、动态监测。本发明的特征还在于二芯电缆8和五芯电缆9分别从感应线圈中部接头12上引出本发明的特征还在于所述的绝缘筒6为非导电类的酚醛塑料、聚氨酯塑料、环氧塑料、不饱和聚酯塑料、有机硅树脂或丙烯基树脂及其改性聚合物树脂类材料制成，并采用挤压或浇筑等成型方式将螺线管10、感应线圈11、五芯电缆9和二芯电缆8集为一体。本发明的特征还在于所述的螺线管10为漆包线圈，其通过二芯电缆8连接电源I以产生变化电磁场，是整个系统的激发部件。本发明的特征还在于所述的感应线圈11为漆包线圈，其端部和中部分别连接五芯电缆9中的一芯线，起产生感应电动势作用，是整个系统的响应部件。本发明的特征还在于所述的五芯电缆9为铜类、银类良导电性能的金属材料和绝缘胶皮制成，其两芯线分别与感应线圈11两端头连接，另一芯线用于接零保护，剩余两芯分别连接感应线圈中部的接头12。本发明基于电磁感应原理，实施时，通过预先将工作芯筒3埋设、浇筑于混凝土内，接通电源1，即可用于测定混凝土内不同深度处含水率变化，因其为非接触式、无损测定装置，可弥补现有接触式混凝土湿度测定法的不足，适宜于长期实时、动态监测不同环境条件下混凝土内不同部位的含水率变化。
权利要求
1.混凝土内含水率测定仪，其特征在于，混凝土内含水率测定仪包括电源、电压测试仪、数据盒、工作芯筒和数据输出装置，工作芯筒通过二芯电缆连接电源，工作芯筒利用五芯电缆连接电压测试仪，数据盒一端通过数据线连接数据输出装置，数据盒另一端通过数据线连接电压测试仪。
2.根据权利要求1所述的混凝土内含水率测定仪，其特征在于，所述的电源为可提供不同频率和强弱的交流电的电源。
3.根据权利要求1所述的混凝土内含水率测定仪，其特征在于，所述的电压测试仪为高精度交流电压测试仪。
4.根据权利要求1所述的混凝土内含水率测定仪，其特征在于，所述的数据盒通过数据线连接电压测试仪并将所测电压转化为相应的数据。
5.根据权利要求1所述的混凝土内含水率测定仪，其特征在于，所述的数据输出装置为触屏或非触屏数显式显示器，或者数据输出装置作为整个体系的输出终端，输出终端为连接各类数据存储处理器的各种输出接口或端口。
6.根据权利要求1所述的混凝土内含水率测定仪，其特征在于，所述的工作芯筒包括绝缘筒，绝缘筒内包裹有螺线管和感应线圈，感应线圈设置在螺线管的螺纹内，感应线圈上设置有感应线圈中部接头，绝缘筒内的感应线圈内引出有二芯电缆和五芯电缆。
7.根据权利要求6所述的混凝土内含水率测定仪，其特征在于，二芯电缆和五芯电缆分别从感应线圈中部接头上引出。
8.根据权利要求6所述的混凝土内含水率测定仪，其特征在于，工作芯筒为薄壁筒体结构。
9.根据权利要求6所述的混凝土内含水率测定仪，其特征在于，所述的绝缘筒采用非导电类的酚醛塑料、聚氨酯塑料、环氧塑料、不饱和聚酯塑料、有机硅树脂或丙烯基树脂制成，或者绝缘筒采用非导电类的酚醛塑料、聚氨酯塑料、环氧塑料、不饱和聚酯塑料、有机硅树脂或丙烯基树脂的改性聚合物树脂类材料制成；或者采用挤压或浇筑成型方式将螺线管、感应线圈、五芯电缆和二芯电缆集为一体；或者螺线管为漆包线圈，螺线管通过二芯电缆连接电源以产生变化电磁场，是整个测定仪的激发部件；或者感应线圈为漆包线圈，测定仪的端部和中部分别连接五芯电缆中的一芯线，起产生感应电动势作用，是整个测定仪的响应部件。
10.根据权利要求1所述的混凝土内含水率测定仪，其特征在于，所述的五芯电缆采用绝缘胶皮包裹的铜类的良导电性金属材料或者绝缘胶皮包裹的银类的良导电性金属材料制成；或者其五芯电缆中两芯线分别连接感应线圈的两端头，另一芯线用于接零保护，剩余两芯分别连接感应线圈的中部接头。
全文摘要
混凝土内含水率测定仪，其特征在于，混凝土内含水率测定仪包括电源、电压测试仪、数据盒、工作芯筒和数据输出装置，工作芯筒通过二芯电缆连接电源，工作芯筒利用五芯电缆连接电压测试仪，数据盒一端通过数据线连接数据输出装置，数据盒另一端通过数据线连接电压测试仪。本发明基于电磁感应原理，埋设、浇筑于混凝土内，可用于长期实时监测混凝土内不同部位和深度区域含水率变化。
文档编号G01N27/72GK103163210SQ20131007134
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月6日 优先权日2013年3月6日
发明者刘鹏, 宋力, 余志武, 刘小洁, 匡亚川, 石卫华 申请人:中南大学, 高速铁路建造技术国家工程实验室