专利名称：非接触式混凝土电阻率测定仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种混凝土测定仪，特别涉及非接触式混凝土电阻率测定仪。
背景技术：
混凝土结构工程广泛应用于港口、铁路、国防、工农业生产和生活等领域，但因耐久性等问题制约着其使用范围。目前，种类繁多的测试技术和设备被应用于混凝土检测方面；传统混凝土损伤识别方法难以反映原位混凝土损伤状态，无损检测技术是获得结构中原位混凝土真实损伤较佳途径。混凝土电阻率测量法是一种较为新型无损检测技术，具有简单、快速、性价比高和可远程实时监测等优点，将成为一种快速检测、在线监测和有效评价混凝土结构性能的新技术。混凝土电阻率指单位长度混凝土阻碍电流通过的能力，不仅能反映混凝土密实度和微观结构，亦可准确地反映混凝土的损伤程度；混凝土电阻率越低，则腐蚀电流通过混凝土就越容易，钢筋锈蚀劣化可能性就越大，故测量混凝土电阻率可有效评价其抗腐蚀能力和评估现有钢筋腐蚀程度。此外，测定混凝土电阻率对于在线分析、实时、准确和动态地监测其变化具有重要意义。传统混凝土电阻率测量方式可分为接触式和非接触式两类；较常用接触式测量法主要为二电极法和四电极法，无损检测法主要有超声法、雷达法、声发射法等。然而，现有混凝土电阻率测量法仍存在一定程度的不足，主要表现为传统检测技术和方法不仅受检测环境和条件影响，而且因取样的随机性导致结果较为片面，现场检测亦会导致混凝土结构损伤，如二电极法无法消除接触电阻的影响，所测电阻为混凝土材料电阻、导线与测量仪器、导线与电极、电极与混凝土接触电阻等的总和，并且接触电阻与电极的材料、尺寸有关，不能真实地等价为混凝土材料的电阻率；四电极法可较好地降低接触电阻的影响，但电极制作麻烦；使用直流电测量所得电阻率稳定性和重复性差，其结论可信度低；交流电测量较复杂，频率的选择对电阻率亦有影响。相比之下，非接触法能较好地消除接触电阻，但采用直流电测量电阻会产生电容和极化效应，使测量值与实际值误差很大；非接触法目前仅适用于实验室内对早期小体积的水泥基材料样本的研究，实际工程的在线分析应用极少，且所需设备昂贵，如交流阻抗谱法等。鉴于现有混凝土电阻率测定法的不足，有必要开发适宜的混凝土电阻率测定仪。
发明内容
为了弥补现有测试法和设备在测定混凝土电阻率方面的不足，本发明提供了非接触式混凝土电阻率测定仪。基于电磁互感原理，埋设、浇筑于混凝土内可用于测定其电阻率，因其为非接触式、无损测定装置，弥补了现有混凝土电阻率测定法与设备的不足。为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，非接触式混凝土电阻率测定仪，其特征在于包括内工作芯筒和外工作芯筒，内工作芯筒与外工作芯筒之间采用螺栓组装成双壳筒体结构，螺栓是通过贯穿外工作芯筒上的通孔与内工作芯筒上带螺纹的孔连接而达到紧固双壳筒体结构的部件，双壳筒体结构上设置有环形铁芯和电流测定仪，环形铁芯和电流测定仪分别环绕内工作芯筒和外工作芯筒的上下筒开口端、内工作芯筒的筒内壁以及外工作芯筒的筒外壁，外工作芯筒的筒内壁设置有感应线圈，感应线圈通过导线连接外工作芯筒外的电压测定仪，外工作芯筒的筒外壁部位的铁芯上缠绕有初级线圈，初级线圈通过导线连接外工作芯筒外的电源。本发明基于电磁互感原理，埋设、浇筑于混凝土内可用于测定其电阻率，因其为非接触式、无损测定装置，弥补了现有混凝土电阻率测定法与设备的不足，具有实时、精确、操作简单、使用寿命长和无极化等优点，适宜于长期实时监测混凝土电阻率变化。本发明基于电磁互感原理，利用缠绕于铁芯一边的初级线圈在接通电源后，其周围产生变化的电磁场，经由铁芯提供的磁通路径，将变化的电磁场进行施加于外工作芯筒和内工作芯筒间的双壳体中的混凝土上，因电磁互感使得混凝土内产生感应电压和环电流，若分别采用电压测定仪和电流测定仪即可测得相应的感应电压与环电流。实施时，需将所述的混凝土电阻率测定仪埋设、浇筑于混凝土内待测部位；若接通电源，则初级线圈将作为整个系统的激发部件，铁芯可提供磁通路径，双壳体间的混凝土和感应线圈均作为次级线圈，分别利用电压测定仪和电流测定仪测定感应线圈中的感应电压与混凝土内环电流，即可获得混凝土电阻率。本发明的特征还在于内工作芯筒与外工作芯筒为同心筒。本发明的特征还在于双壳筒体之间浇筑混凝土。本发明的特征还在于感应线圈采用浇筑或挤压成型工艺集成与于外工作芯筒中。本发明的特征还在于铁芯处于内工作芯筒中的部分采用浇筑或挤压成型工艺集成于内工作芯筒中。本发明的特征还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，是整个系统的供电装置。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，用以测定感应线圈产生的感应电压，其值亦为双壳筒体间混凝土内的感应电压。本发明的特征还在于所述的电流测定仪为高精度交流电流测试仪，可测定双壳筒体浇筑的混凝土互感过程中产生的环电流。本发明的特征还在于所述的铁芯为导磁能力很强的磁性硅钢片制成，起到提供磁通路径作用。本发明的特征还在于所述的外工作芯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、有机硅树脂和丙烯基树脂及其改性聚合物树脂类材料制成，为两个半筒体采用螺栓紧固成为一体，半筒体上面开有两个或多个可贯穿螺栓的通孔。本发明的特征还在于所述的螺栓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、有机硅树脂和丙烯基树脂及其改性聚合物树脂类材料制成，其端头为六角型，螺杆上带有外螺纹，可贯穿外工作芯筒，且可利用螺纹固定于内工作芯筒上，起到将外工作芯筒和内工作芯筒紧固为一体作用。本发明的特征还在于所述的内工作芯筒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、有机硅树脂和丙烯基树脂及其改性聚合物树脂类材料制成，采用浇筑或挤压成型工艺将铁芯和电流测定仪的一边固定，其表面开有孔洞且孔洞内表面有螺纹用以紧固螺栓。本发明的特征还在于所述的初级线圈为漆包线圈，其通过导线连接电源且缠绕于铁芯一边，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是分为两段的漆包线圈，其一段的端头为插槽式，另一段的端头为相应的插头式，感应线圈被采用浇筑或挤压成型工艺集成于外工作芯筒中，组装时将感应线圈的插头和插槽端连接即可，另两端通过导线连接电压测定仪。本发明的特征还在于所述的外工作芯筒和内工作芯筒两者间利用螺栓紧固为双壳筒体结构，其间可浇筑混凝土，该混凝土可作为次级线圈，其内产生的环电流可利用电流测定仪即测得。本发明的有益效果是:1、本发明基于电磁互感原理提出，具有实时监测、测量快速、再现性好和构造新颖等优点，属于无损、非接触式混凝土电阻率测定技术，弥补了现有测定方法与设备的不足。2、本发明消除了传统电阻率测试中电极与水泥基材料接触所产生的收缩分离、电极腐蚀、接触电阻、电极干扰、极化和电容效应等问题，提高了混凝土电阻率测试的精度。3、采用本发明能有效排除外界环境因素对测试装置的影响，可长期测定不同环境条件下混凝土电阻率变化，其构造简单、易于操作。
图1为本发明实施例混凝土电阻率测定仪的结构示意图；图2为本发明混凝土电阻率测定仪的外工作芯筒结构剖面图；图3为本发明混凝土电阻率测定仪的内工作芯筒结构剖面图；其中I为电源,2为电压测试仪,3为外工作芯筒,4为内工作芯筒,5为螺栓,6为初级线圈，7为感应线圈，8为电流测定仪，9为导线，10为铁芯，11带螺纹的孔，12通孔。
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。混凝土电阻率测定仪包括电源1、电流测定仪8、电压测定仪2、铁芯10、外工作芯筒3、导线9、内工作芯筒4、螺栓5、11带螺纹的孔、12通孔、初级线圈6和感应线圈7。混凝土电阻率测定仪包括内工作芯筒4和外工作芯筒3，内工作芯筒4与外工作芯筒3之间采用螺栓5组装成双壳筒体结构，螺栓5是通过贯穿外工作芯筒3上的通孔12与内工作芯筒4上带螺纹的孔11连接而达到紧固双壳筒体结构的部件，双壳筒体结构上设置有一个环形铁芯10和一个电流测定仪8，环形铁芯10和电流测定仪8分别环绕内工作芯筒4和外工作芯筒3的上下筒开口端、内工作芯筒4的筒内壁以及外工作芯筒3的筒外壁，外工作芯筒3的筒内壁设置有感应线圈7，感应线圈7通过导线9连接外工作芯筒3外的电压测定仪2，外工作芯筒3的筒外壁部位的铁芯10上缠绕有初级线圈6，初级线圈6通过导线9连接外工作芯筒3外的电源I。图1为本发明实施例混凝土电阻率测定仪的结构示意图，如图1所示，感应线圈7通过导线9连接电压测定仪2，且被采用浇筑或挤压成型工艺集成于外工作芯筒3中，初级线圈6通过导线9连接电源1，并且缠绕于铁芯10的一边，而铁芯10相应的对称边和电流测定仪8的一边均被采用浇筑或挤压成型工艺集成于内工作芯筒4中，外工作芯筒3和内工作芯筒4两者间采用螺栓5组装成为双壳筒体结构，该双壳筒体间可浇筑混凝土。图2为本发明混凝土电阻率测定仪的外工作芯筒结构剖面图，如图2所示，外工作芯筒3为两个薄壁半筒体采用六角螺栓5紧固成为整体，其上开有两个或多个可供螺栓5贯穿的通孔12，外工作芯筒3中含有采用浇筑或挤压成型工艺的感应线圈7。图3为本发明混凝土电阻率测定仪的内工作芯筒结构剖面图，如图3所示，内工作芯筒4为具有一定尺寸的实心筒体，且采用浇筑或挤压成型工艺将铁芯10的一边和电流测定仪8—边集成为一体，其上两个或多个开有带螺纹的孔11，通过螺栓5可将其与外工作芯筒3组装成为整体。本发明的特征还在于内工作芯筒4与外工作芯筒3为同心筒。 本发明的特征还在于双壳筒体之间浇筑混凝土。本发明的特征还在于感应线圈7采用浇筑或挤压成型工艺集成于外工作芯筒3中。本发明的特征还在于铁芯10处于内工作芯筒4中的部分采用浇筑或挤压成型工艺集成于内工作芯筒中。本发明的特征还在于电源I为可提供不同频率和强弱的交流电的电源，是整个系统的供电装置。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，用以测定感应线圈7产生的感应电压，其值亦为双壳筒体间混凝土内的感应电压。本发明的特征还在于所述的电流测定仪8为高精度交流电流测试仪，可测定双壳筒体浇筑的混凝土互感过程中产生的环电流。本发明的特征还在于所述的铁芯10为导磁能力很强的磁性硅钢片制成，起到提供磁通路径作用。本发明的特征还在于所述的外工作芯筒3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、有机硅树脂和丙烯基树脂及其改性聚合物树脂类材料制成，为两个半筒体采用螺栓5紧固成为一体，半筒体上面开有两个或多个可贯穿螺栓5的通孔。本发明的特征还在于所述的螺栓5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、有机硅树脂和丙烯基树脂及其改性聚合物树脂类材料制成，其端头为六角型，螺杆上带有外螺纹，可贯穿外工作芯筒3，且可利用螺纹固定于内工作芯筒4上，起到将外工作芯筒3和内工作芯筒4紧固为一体作用。本发明的特征还在于所述的内工作芯筒4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、有机硅树脂和丙烯基树脂及其改性聚合物树脂类材料制成，采用浇筑或挤压成型工艺将铁芯10和电流测定仪8的一边固定，其表面开有孔洞且孔洞内表面有螺纹用以紧固螺栓5。本发明的特征还在于所述的初级线圈6为漆包线圈，其通过导线9连接电源I且缠绕于铁芯10 —边，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7为分为两段的漆包线圈，其一段的端头为插槽式，另一段的端头为相应的插头式，感应线圈7被采用浇筑或挤压成型工艺集成于外工作芯筒3中，组装时将感应线圈3的插头和插槽端连接即可，另两端通过导线9连接电压测定仪2以间接获取感应电压。本发明的特征还在于所述的外工作芯筒3和内工作芯筒4两者间利用螺栓5紧固为双壳筒体结构，该结构间可浇筑混凝土，且混凝土可起到次级线圈作用，所产生的环电流可利用电流测定仪8测得。本发明基于电磁感应原理，利用缠绕于铁芯10 —边的初级线圈6在接通电源I后，其周围产生变化的电磁场，经由铁芯10提供的磁通路径，将变化的电磁场进行施加于外工作芯筒3和内工作芯筒4间的双壳体中的混凝土上，因电磁互感使得混凝土内产生感应电压和环电流，若采用电压测定仪2和电流测定仪8即可测得感应电压与环电流。实施时，需将所述的混凝土电阻率测定仪埋设、浇筑于混凝土内待测部位；若接通电源1，则初级线圈6将作为激发部件，铁芯10可提供磁通路径，双壳体间的混凝土和感应线圈7均作为次级线圈，分别利用电压测定仪2与电流测定仪8测定感应线圈7中的感应电压和混凝土内环电流，即可获得混凝土电阻率，如下式(I)所示。
权利要求
1.非接触式混凝土电阻率测定仪，其特征在于包括内工作芯筒和外工作芯筒，内工作芯筒与外工作芯筒之间采用螺栓组装成双壳筒体结构，螺栓是通过贯穿外工作芯筒上的通孔与内工作芯筒上带螺纹的孔连接而达到紧固双壳筒体结构的部件，双壳筒体结构上设置有环形铁芯和电流测定仪，环形铁芯和电流测定仪分别环绕内工作芯筒和外工作芯筒的上下筒开口端、内工作芯筒的筒内壁以及外工作芯筒的筒外壁，外工作芯筒的筒内壁设置有感应线圈，感应线圈通过导线连接外工作芯筒外的电压测定仪，外工作芯筒的筒外壁部位的铁芯上缠绕有初级线圈，初级线圈通过导线连接外工作芯筒外的电源。
2.根据权利要求1所述的非接触式混凝土电阻率测定仪，其特征在于，内工作芯筒与外工作芯筒为同心筒。
3.根据权利要求1所述的非接触式混凝土电阻率测定仪，其特征在于，双壳筒体之间烧筑混凝土。
4.根据权利要求3所述的非接触式混凝土电阻率测定仪，其特征在于，感应线圈采用浇筑或挤压成型工艺集成于外工作芯筒中。
5.根据权利要求1所述的非接触式混凝土电阻率测定仪，其特征在于，铁芯处于内工作芯筒中的部分采用浇筑或挤压成型工艺集成于内工作芯筒中。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的非接触式混凝土电阻率测定仪，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。
7.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的非接触式混凝土电阻率测定仪，其特征在于，所述的电压测试仪为高精度交流电压测试仪，用以测定感应线圈中的感应电压。
8.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的非接触式混凝土电阻率测定仪，其特征在于，所述的电流测定仪为高精度交流电流测试仪，可测定双壳筒体间混凝土在电磁互感过程中产生的环电流。
9.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的非接触式混凝土电阻率测定仪，其特征在于，所述的铁芯为导磁能力很强的磁性硅钢片。
10.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的非接触式混凝土电阻率测定仪，其特征在于，所述的外工作芯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、有机硅树脂或者丙烯基树脂制成，或者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、有机硅树脂或者丙烯基树脂的改性聚合物树脂类材料制成，外工作芯筒为两个半筒体，半筒体上开有两个或多个可贯穿螺栓的通孔，两个半筒体采用螺栓紧固成为一体的外工作芯筒；或者螺栓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、有机硅树脂或者丙烯基树脂制成，或者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、有机硅树脂或者丙烯基树脂的改性聚合物树脂类材料制成，螺栓端头为六角型，螺杆外带有螺纹，可贯穿外工作芯筒，且外工作芯筒利用螺纹固定于内工作芯筒上，起到将外工作芯筒和内工作芯筒组装为一体作用；或者内工作芯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、有机硅树脂或者丙烯基树脂制成，或者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、有机硅树脂或者丙烯基树脂的改性聚合物树脂类材料制成，内工作芯筒采用浇筑或挤压成型工艺将铁芯和电流测定仪的一边固定，内工作芯筒表面开有含螺纹的孔洞以紧固螺栓；或者初级线圈为漆包线圈，初级线圈通过导线连接电源且缠绕于铁芯一边，以产生变化电磁场，是整个系统的激发部件；或者感应线圈是分为两段的漆包线圈，其一段的一端端头为插槽式，另一段的一端端头为相应的插头式，感应线圈采用浇筑或挤压成型工艺集成于外工作芯筒中，组装时将感应线圈的插头和插槽端连接即可，两段漆包线圈的另两端分别通过导线连接电压测定仪.
全文摘要
非接触式混凝土电阻率测定仪，其特征在于包括内工作芯筒和外工作芯筒，内工作芯筒与外工作芯筒之间采用螺栓组装成双壳筒体结构，双壳筒体结构上设置有环形铁芯和电流测定仪，环形铁芯和电流测定仪分别环绕内工作芯筒和外工作芯筒的上下筒开口端、内工作芯筒的筒内壁以及外工作芯筒的筒外壁，外工作芯筒的筒内壁设置有感应线圈，感应线圈通过导线连接外工作芯筒外的电压测定仪，外工作芯筒的筒外壁部位的铁芯上缠绕有初级线圈，初级线圈通过导线连接外工作芯筒外的电源。本发明基于电磁互感原理，埋设、浇筑于混凝土内可用于测定其电阻率，适宜于长期实时监测混凝土电阻率变化。
文档编号G01R27/02GK103149440SQ20131007152
公开日2013年6月12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, 蒋丽忠, 陈令坤 申请人:中南大学, 高速铁路建造技术国家工程实验室