专利名称：一种复合材料工程温度监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于土木工程、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系统，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系统。
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高。
发明内容本实用新型的目的是提供一种本实用新型要解决技术问题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系统，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。本实用新型为实现上述目的，采用如下技术方案一种复合材料工程温度监测系统，包括温度传感器原件、所述温度传感器原件外部设置有L形可开启混凝土结构，所述温度传感器原件通过导线与信号放大器连接，所述信号放大器与数据采集卡相连，所述数据采集卡与计算机相连，所述传感器原件还连接有恒压源。使用时将此工程温度监测系统嵌入大体积混凝土结构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，计算机通过数据采集卡放大电压、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。本实用新型中所述L型可开启混凝土结构内设置有填充物，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，能够有效避免温度传感器原件受外界应力变化的影响。本实用新型中所述温度传感器原件采用碳纤维或纳米碳黑水泥基复合材料，按一定比例将水、水泥、砂以及碳纤维、纳米碳黑等导电材料均勻拌合、凝结硬化得到固体材料。本实用新型的效果和益处是采用本实用新型提出的碳纤维/纳米碳黑水泥基复合材料温度监测系统，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形装置混凝土中，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1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。具体实施例以下结合技术方案和附图详细叙述说明本实用新型的最佳实施例。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1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。本实用新型中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。本实用新型中的温度传感器原件2采用短切碳纤维以及纳米碳黑制作碳纤维/纳米碳黑水泥基导电试件，在试件上埋设四个不锈钢网，制作出由碳纤维/纳米碳黑水泥基材料制成的温度传感器原件2 ；将碳纤维/纳米碳黑水泥基材料制成的温度传感器原件2 放置于内部填充一定厚度防水材料聚氨酯的L形可开启混凝土结构3中，然后将L形可开启混凝土结构3嵌入大体积混凝土结构1中需要测量温度的部位，将传感器原件2采用恒压源5进行激励，采用四根耐高温导线4将温度传感器原件2的电压、电流信号接入信号放大器6，计算机8通过数据采集卡7放大电信号，通过运算得到结构待测部位的温度值。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勻分散，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。本实用新型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1中，本实施例以大体积混凝土结构1为例说明本实用新型的具体实施过程。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1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
权利要求1.一种复合材料工程温度监测系统，其特征在于包括温度传感器原件(2)、所述温度传感器原件(2 )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(2 )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 )。
2.根据权利要求1所述的复合材料工程温度监测系统，其特征在于所述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。
3.根据权利要求1或2所述的复合材料工程温度监测系统，其特征在于所述温度传感器原件(2)采用碳纤维或纳米碳黑水泥基复合材料。
专利摘要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(2)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(2)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)。采用本实用新型提出的碳纤维/纳米碳黑水泥基复合材料温度监测系统，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形装置混凝土中，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—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。
文档编号G01K7/16GK202166482SQ201120245080
公开日2012年3月14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, 刘开琼, 刘爱华, 刘磊, 王新瑞, 陈雷 申请人:河海大学