基于热敏器件的大体积混凝土温差监测系统的制作方法

本发明涉及温度测量装置技术领域，具体涉及一种基于热敏器件的大体积混凝土温差监测系统。

背景技术：

随着社会经济建设规模的不断扩大，建筑业向着高、大、深和复杂结构等的方向发展。构筑物的基础、超高层和特殊功能建筑的筏式基础需大体积混凝土浇筑实现。在军事工程建设中，由于其特殊的建筑功能需求，大体积混凝土大量应用在军港、码头，机场等国防工程建设中。随着大体积混凝土应用的日益广泛，由温度引起的裂缝问题愈显突出，受到工程界人士的高度关注。混凝土抗拉强度低，温度裂缝使局部或整体承载力受到不同程度的削弱。此外，裂缝的存在不仅影响建筑外观还会引起透水渗漏、保护层脱落、钢筋锈蚀、砼溶蚀、耐久性降低，缩短其使用寿命或危及建筑物的正常使用。大体积混凝土结构中的裂缝，特别是不稳定的裂缝，一直对工程结构的安全有很大的危害。在工程中温度裂缝若不严重且及时发现，还可以通过修复补强措施来恢复部分功能，若因温差监测工作失误，导致混凝土大量开裂，就不得不停工返工，后果是严重拖延工期，还将造成巨大的资源浪费。

实际工程中对大体积混凝土温差监测方法较多，虽达到了监测混凝土温度的目的，然而长期的工程实践揭示出现有温差监测系统的不足：热敏电阻温度传感器具有严重的非线性特征造成元件难以精确测温，一旦损坏无法更换；热电偶温度传感器冷端需要温度补偿，对延长导线有特殊要求，探头和导线总体成本高；pn结温度传感器需要特殊的供电电路，测温范围小，互换性差，测温元件带来的大量导线致使接线工作异常繁琐。

同时，上述方案只是从绝对值去反映温度信息，其并不能反映相领区域的温度差值，不能作为直接的温差参考依据。

于是，发明人认为本发明的关键点在于：1、感知两检测点的温度；2、温差超出一定值进行警示操作。

如何提供一种结构简单，可直接反映比较结果的监测设备。

通过发明人的进一步研究认为：双金属片由于各组元层的热膨胀系数不同，当温度变化时，主动层的形变大于被动层的形变，双金属片整体向被动层一侧弯曲，从而产生形变；如果能将两个双金属片分别进行测量，并将它们进行某种连接，利用这种形变产生驱动，从而实现温差信号的快速传递，则可以解决上述问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于热敏器件的大体积混凝土温差监测系统，通过两热敏器件分别对各自检测点温度的感知，再通过温差感应装置的感应产生形变，进而机械驱动连通报警电路进行报警，以解决现有技术成本高且无法发出温差报警信息的问题。

本发明通过以下技术方案实现：

基于热敏器件的大体积混凝土温差监测系统，包括多个测温单元，多个测温单元按一定间隔距离成排成列预设在大体积混凝土内，且至少设置一层，

所述测温单元包括温差感应装置和报警装置，

所述温差感应装置包括外壳、热感组件和温差比较组件，所述外壳为一长条状的空腔体，

所述热感组件包括对称设置在空腔体两端空间内的螺旋热双金属片，所述螺旋热双金属片的两端分别固定设置有感应轴和传动轴，其中，感应轴固定于空腔体的远端，并延伸出外壳；传动轴悬空于空腔体的近端，并向外壳中心延伸，

所述温差比较组件包括固定在传动轴端部的转盘，任一转盘上设置有具有一定角度的v形缺口，另一转盘上设置有垂直指向所述v形缺口的指针，初始状态时，所述指针位于v形缺口的中分面上，

所述指针采用导电材料制成，所述v形缺口两个v边上设置有导电体，

所述报警装置包括信号发射器、信号接收器和报警喇叭，所述信号发射器设置在外壳内，分别与指针和导电体用导线连通，所述信号接收器设置在外壳外部，与报警喇叭电性连通，

所述信号发射器设置有wifi发送模块，所述信号接收器设置有wifi接收模块，且任一对信号发射器和信号接收器具有不同的工作频率，

还至少包括一个处理终端，所述处理终端与所有信号接收器电性连通。

进一步，所述处理终端包括处理器、显示器和输入输出设备，所述处理器用于分析报警位置，所述显示器用于显示报警位置。

进一步，所述空腔体为等直径的圆筒，在圆筒的中部设置有直径大于两端直径的工作腔，所述热感组件和温差比较组件设置在工作腔内。

进一步，所述圆筒的两端设置有安装盖，所述安装盖通过螺栓或螺钉与圆筒固定。

进一步，所述感应轴与螺旋热双金属片之间设置有固定盘，所述固定盘通过螺栓或螺钉固定在安装盖内侧。

进一步，所述导电体为凸出于v形缺口平面的铜块，所述转盘位于铜块的附近区域上设置有与铜块电性连接的接线柱。

本发明的有益效果在于：

本发明的测温单元可以对某一区域的温差进行响应、报警，当将测温单元按照一定空间排列设置在大体积混凝土内，就可以对整个混凝土工程进行监控，由于各个单元的传输频率不同，可以由处理终端进行分析进而得到具体的报警单元和相应位置，以便工程人员及时应对处理，降低工程事故风险，为系统解决大体积混凝土温度裂缝提供帮助。

附图说明

图1为本发明第一实施例的示意图；

图2为本发明测温单元的结构示意图；

图3为本发明温差比较组件的结构示意图；

图4为本发明多层结构第二实施例的主视图。

附图标记说明：

1－测温单元；2－外壳；3－螺旋热双金属片；4－感应轴；5－传动轴；6－转盘；7－v形缺口；8－指针；9－导电体；10－信号发射器；11－信号接收器；12－报警喇叭；13－处理器；14－显示器；15－输入输出设备；16－工作腔；17－安装盖；18－固定盘；19－定位销。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的上述描述中，需要说明的是，术语“一侧”、“另一侧”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“相同”等术语并不表示要求部件绝对相同，而是可以存在微小的差异。术语“垂直”仅仅是指部件之间的位置关系相对“平行”而言更加垂直，并不是表示该结构一定要完全垂直，而是可以稍微倾斜。

第一实施例

如图1至图3所示，本实施例的基于热敏器件的大体积混凝土温差监测系统，包括多个测温单元1，多个测温单元设置在一个厚度面上，按一定间隔距离成排成列预设在大体积混凝土内，间隔距离不进行限定，可以根据工程经验进行设置，也可以根据实际需要进行选择。但应确保检测区域大于非检测区域，以达到通过检测区域温差水平进行非检测区域的预估，从而减少工作量。本实施例的测温单元包括温差感应装置和报警装置，具体的：

温差感应装置包括外壳2、热感组件和温差比较组件，外壳为一长条状的空腔体，热感组件包括设置在空腔体两端空间内的螺旋热双金属片3，为实现两个螺旋热双金属片动作的一致性，按其旋向进行对称设置：若位于左端的金属片为左旋，则位于右端的金属片应为右旋，若位于左端的金属片为右旋，则位于右端的金属片应为左旋；螺旋热双金属片的两端分别固定设置有感应轴4和传动轴5，其中，感应轴固定于空腔体的远端，并延伸出外壳，进行温度的感知和热量的传递；传动轴悬空于空腔体的近端，并向外壳中心延伸，进行形变的传递；具体的，双金属片为包括主动层和被动层的双层结构，由于主动层与被动层的材料不同，其热膨胀系数不同，当温度变化时，主动层的形变要大于被动层的形变，从而双金属片的整体就会向被动层一侧弯曲。当双金属片采用螺旋结构时，可以在相对短的距离上表现为更为显著的角位移，更利于观察和分析，为实现分析的简化，本实施例的温差比较组件包括固定在传动轴端部的转盘6，任一转盘上设置有具有一定角度的v形缺口7，另一转盘上设置有垂直指向所述v形缺口的指针8，且指针采用导电材料制成和v形缺口两个v边上设置有导电体9；

报警装置包括信号发射器10、信号接收器11和报警喇叭12，信号发射器设置在外壳内，分别与指针和导电体用导线连通，信号接收器设置在外壳外部，与报警喇叭电性连通，信号发射器设置有wifi发送模块，信号接收器设置有wifi接收模块，且任一对信号发射器和信号接收器具有不同的工作频率，使任一检测结果唯一，利于发现具体位置；

本实施例中，还至少包括一个处理终端，处理终端与所有信号接收器电性连通，其具体包括处理器13、显示器14和输入输出设备15，处理器通过频率分析分析报警位置，显示器与处理器电性连通，对报警位置进行实时显示；

本实施例中，还至少包括一个电源，为报警装置信号发射器提供持续的电能。实施时，可以根据使用周期进行设定相应的蓄电量，以保持在工程中正常报警使用。

本实施例测温单元工作原理：

假定：两感应轴端的检测温度分别为t1和t2，v型缺口的中心角θ，温差预警阈值t0；

初始状态温度相同指针位于v型缺口的平分线处；当两感温点温度不同时，转盘在对应热双金属的膨胀或收缩带动下转动，这个过程分为两种情况：

1.两热双金属同时膨胀或同时收缩，则指针与v型缺口边缘可简化为关于转动角与温度的追击模型；

2.一热双金属膨胀且一热双金属收缩，则指针与v型缺口边缘可简化为关于转动角与温度的相遇模型；

温差继续加大，当|t1－t2|＞t0时，指针与v形缺口的导电体接触，使信号发射回路连通，信号发射器通过wifi发出报警信号，信号接收器接收到报警信号，报警喇叭发出报警声音警示工程人员，工程人员可以通过处理器对报警频率的分析，得到温差发生的具体位置，从而进行准确的处理。

当然，作为一种优选，可以在感应轴上设置在温度传感器，可直接测出具体温度值，使工程人员直接对某一过高检测区域进行处理。

另外，指针距离v型缺口边缘两侧同为θ/2，温度阈值t0可通过转角θ/2进行表达，并通过材料的选择和各种物理参数的调节，可使两者即在数值上相同，或者成某种线性关系，方便实现不同的温差预警阈值t0，以满足混凝土温度监测不同精度需求。

本实施例的监测原理：

由测温单元工作原理可知，测温单元可以对两检测区域的温差进行感知、比较和报警，当将测温单元按照一定空间排列设置在大体积混凝土内，就可以对整个混凝土工程进行监控；

由于各个单元的传输频率不同，可以由处理终端进行分析进而得到具体的报警单元和相应位置，以便工程人员及时应对处理。

本实施例中，通过螺旋双金属可以缓解打杆力度，降低器件损伤，利于提高工作寿命。

作为本实施例的改进，空腔体为等直径的圆筒，在圆筒的中部设置有直径大于两端直径的工作腔16，热感组件和温差比较组件设置在工作腔内。可以对热感组件和温差比较组件进行保护，免受潮、受热或受冻的影响，以提高使用寿命。

为方便温差感应装置的安装，作为本实施例的改进，制作圆筒时，其两端为开口，用安装盖17进行密封，该安装盖通过螺栓或螺钉与圆筒固定。

同时，感应轴与螺旋热双金属片之间设置有固定盘18，即固定盘分别与感应轴和螺旋热双金属片固定，可以在各自加工完成后，用粘结或焊接的方式进行固定，同样，固定盘也通过螺栓或螺钉进行固定。

本实施例中，为确保指针安装在v形缺口的中分面上，在固定盘与安装盖之间通过定位销19进行限位固定，而定位销孔的位置由某种关系确定的，如：由指针所在的轴线位置和v形缺口的中分面与指针轴线共线的水平线确定，从而在装配时，不用管指针是否与v形缺口的中分面对齐，只需安装好定位销即可，可以使安装十分简单，效率更高。

为避免外部水进入装置内，在装配完成后，可用粘结剂密封各连接螺孔，也可直接焊接焊死各孔。

本实施例中，导电体可以是各种导电材料，本实施例选为铜块，为方便导电，铜块要凸出于v形缺口平面，使指针易于与铜块接触实现导电，另外，为方便连接，转盘位于铜块的附近区域上设置有与铜块电性连接的接线柱。

第二实施例

如图4所示，本实施例的测温单元设置为多层，可用在较厚大体积混凝土工程上，以增加检测的准确性。

另外，作为一种优选，本发明的温差信号采用射频识别技术进行传递，将rfid线圈接入报警电路，当指针与v形缺口接通时，则rfid线圈发出电讯号进行识别和读取，这样在工作腔内不必增加电源，使测温单元工作寿命不受电源电量的影响。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。