CN102141369A - 电阻式混凝土磨蚀传感器及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种传感器，具体是一种用于测量混凝土磨蚀深度的传感器。传感器本体内有三根导线、二组引线；每组引线分别与二根导线连接，每根引线距传感器本体端面的距离各不相同；每根引线上均串联一个固定电阻，所有固定电阻成并联连接。在工程实际应用中，利用传感器本体内并联电阻值的变化，分级判断混凝土的磨蚀深度。本发明不受电缆芯线数量的限制，传感器本体内导线数量和引线数量可以根据需要增加，测量精度和测量范围能得到极大提高。本发明提供的测量方法简单易行，便于操作。

Description

电阻式混凝土磨蚀传感器及其测量方法

技术领域

本发明涉及一种传感器，具体是一种用于测量混凝土磨蚀深度的传感器。

本发明还涉及使用传感器进行测量的方法。

背景技术

目前，我国仅仅只有一种用于测量混凝土磨蚀深度的传感器，参见图1。这种传感器的本体中设置有5根芯线，分别利用5根芯线的断通信号来检测，因而受到电缆芯线数量的限制。在工程实际应用中，当使用一根5芯电缆时，只能监测到传感器的5种不同工作状态，存在着测量精度不够或测量范围不足的缺陷。

发明内容

针对上述传感器存在的缺陷，本发明旨在提供一种不受电缆芯线数量限制、且传感器的测量精度和测量范围能得到极大提高的混凝土磨蚀传感器。

为了达到上述目的，本发明提供的一种电阻式混凝土磨蚀传感器，包括用绝缘材料制成的传感器本体A；本体内设置至少二根导线和至少一组引线，一组引线间隔连接两根导线，导线垂直于本体端面，引线平行于本体端面；每根引线上均串联一个固定电阻，在两根导线间的所有固定电阻成并联连接。

根据本发明的实施例，本体内有二根导线，导线E和导线F；一组引线，引线分别连接导线E和导线F，引线距传感器本体端面的距离各不相同；每根引线上均串联一个固定电阻，所有固定电阻成并联连接。依照引线顺序，固定电阻依次命名为：R0、R1、R2、…、Ri-1、Ri、…、Rn-1、Rn，引线间距依次为：d1、d2、…、di-1、di、…、dn-1、dn。参见图2。

进一步的改进是，本体内三根导线，导线D、导线E和导线F；二组引线，引线分别连接导线E和导线F及导线E和导线D，引线距传感器本体端面的距离各不相同；每根引线上均串联一个固定电阻，所有固定电阻成并联连接。依照引线顺序，固定电阻依次为：R0、R1、R2、…、Ri-1、Ri、…、Rn-1、Rn。参见图3。

依此类推，可以进一步增加传感器本体内的导线数量和引线数量，并调整引线间距。

根据本发明的实施例，引线是等距地排列的。

更进一步的，二组引线的数量均为十一根，且平行于传感器本体端面；在同一个引线组中，引线之间的间距为10mm；连接导线E与导线F的第一根引线在传感器本体端面位置，连接导线E与导线D的第一根引线距离传感器本体端面5mm；

更进一步的，连接导线E与导线F的第一根引线及连接导线E与导线D的第一根引线直接连通，相应地，两个固定电阻R0＝0Ω；

更进一步的，为了便于分析判断，引线依次断开时，传感器本体内并联电阻值需要有足够大的变化量，固定电阻依次为：R0＝0Ω、R1＝100Ω、R2＝300Ω、R3＝510Ω、R4＝510Ω、R5＝1kΩ、R6＝1kΩ、R7＝1kΩ、R8＝1.5kΩ、R9＝1.5kΩ、R10＝1.5kΩ。这种电阻值的梯度安排1、符合国家对标准电阻阻值的规定(E-24系列和E-96系列)；2、引线断开时，电阻变化量大于30Ω，便于分析判断；3、这种电阻分配比较理想，能够满足监测要求，但不一定最理想。

本发明还提供上述传感器的测量方法，其步骤为：

将上述传感器垂直埋设在混凝土材料中，传感器本体端面与混凝土表面齐平，传感器的导线与电缆芯线连接。

初始状态时，传感器本体内导线间并联电阻值Rb0按下式计算：

$\frac{1}{\mathrm{Rb}0}=\frac{1}{R1}+\frac{1}{R2}+\frac{1}{R3}+\·\·\·+\frac{1}{\mathrm{Ri}-1}+\frac{1}{\mathrm{Ri}}+\·\·\·+\frac{1}{\mathrm{Rn}-1}+\frac{1}{\mathrm{Rn}}$

当混凝土表面受到磨蚀破坏时，相应地，传感器本体也从端面开始受到磨蚀破坏，随着破坏的深入发展，引线依次与导线断开，导线与导线之间的并联电阻值Rb将依次发生改变。当引线0到引线i-1均断开时，传感器本体内的并联电阻值Rbi可按下式计算：

$\frac{1}{\mathrm{Rbi}}=\frac{1}{\mathrm{Ri}}+\frac{1}{\mathrm{Ri}+1}+\·\·\·+\frac{1}{\mathrm{Rn}-1}+\frac{1}{\mathrm{Rn}}$

实际监测时，首先测量在初始状态下两根芯线之间的线间电阻值Rc，再计算电缆的芯线电阻Rx，芯线电阻值Rx按下式计算：

Rx＝Rc-Rb0

在传感器本体受到磨蚀破坏后，测量两根芯线之间的线间电阻值Rc，然后用下式计算并联电阻值Rb：

Rb＝Rc-Rx

用并联电阻值Rb与传感器本体内导线间的并联电阻值Rbi进行比较，就可以分级判断混凝土磨蚀深度。

本发明所提供的电阻式混凝土磨蚀传感器，工作原理简单、测量方法简便，完全克服了对电缆芯线数量的依赖。一只传感器只需要2根芯线即可，一根4芯电缆能够同时连接2只传感器，可以大大地节省电缆用量，降低监测成本。

通过进一步改进，当传感器本体内使用三根导线或者更多时，传感器的测量精度和测量范围能够得到极大提高。

附图说明

图1是现有混凝土磨蚀传感器示意图

图2、图3是本发明的示意图

图4是实施方案1示意图

图5是实施方案2示意图

图6是实施方案3示意图

其中：

A——传感器本体；

D、E、F——导线；

L——检验线；

R0、R1、…、Rn-1、Rn——固定电阻；

d1、d2、…、dn-1、dn——引线间距。

具体实施方案

实施方案1：

如图4所示，电阻式混凝土磨蚀传感器，包括：

(1)一绝缘材料制成的传感器本体A，且本体A的抗磨蚀性能接近但不高于混凝土材料的抗磨蚀性能；

(2)导线E和导线F，且垂直于传感器本体端面；

(3)十一根平行于传感器本体端面的引线，各根引线之间的间距为10mm，传感器本体端面位置的第一根引线直接连通；

(4)依照引线顺序，引线中串联的固定电阻值依次为：R0＝0Ω、R1＝100Ω、R2＝300Ω、R3＝510Ω、R4＝510Ω、R5＝1kΩ、R6＝1kΩ、R7＝1kΩ、R8＝1.5kΩ、R9＝1.5kΩ、R10＝1.5kΩ。

电阻式混凝土磨蚀传感器测量方法的具体步骤为：

(1)首先根据传感器本体内的固定电阻值，分别计算并联电阻值Rbi、电阻变化量，并制表待查。电阻参数如表1所示；

表1 电阻式混凝土磨蚀传感器本体电阻参数表

(2)传感器安装完成并将电缆引至观测站后，首先测量两根芯线之间的线间电阻Rc。由于混凝土表面未发生磨蚀，传感器处于初始状态，即第一根引线(传感器本体端面)处于连通状态，线间电阻值Rc即为芯线电阻Rx；

(3)当第一根引线断开、同时第二根引线处于连通状态时，实测两根芯线之间的线间电阻值Rc为(45+Rx)Ω，则：并联电阻值Rb为45Ω，芯线之间的电阻变化量为45Ω。由表1可以判断出混凝土表面开始发生了磨蚀，混凝土磨蚀深度D为：0mm＜D＜10mm；

(4)当第二根引线断开、同时第三根引线处于连通状态时，实测两根芯线之间的线间电阻值Rc增大至(82+Rx)Ω，则：并联电阻值Rb为82Ω，芯线之间的电阻变化量为37Ω。由表1可以判断出混凝土磨蚀深度D为：10mm≤D＜20mm；

(5)依此类推，通过测量两根芯线之间的线间电阻Rc，计算并联电阻值Rb，并与传感器本体内的并联电阻值Rbi比较，同时结合线间电阻变化量分析，就可以分级判断出传感器本体被磨蚀的总长度，即混凝土磨蚀深度。

实施方案2：

如图5所示，实施方案2的工作原理与实施方案1相同，包括：

(1)一绝缘材料制成的传感器本体A，且本体A的抗磨蚀性能接近但不高于混凝土材料的抗磨蚀性能；

(2)导线D、导线E和导线F，且垂直于传感器本体端面；

(3)二组引线，每组均为十一根，分别连接导线E和导线F及导线E和导线D，引线平行于传感器本体端面；

(4)导线E与导线F的第一根引线在传感器本体端面位置，导线E与导线D的第一根引线距离传感器本体端面5mm；在同一个引线组中，引线之间的间距为10mm；

(5)依照引线顺序，引线中串联的固定电阻值依次为：R0＝0Ω、R1＝100Ω、R2＝300Ω、R3＝510Ω、R4＝510Ω、R5＝1kΩ、R6＝1kΩ、R7＝1kΩ、R8＝1.5kΩ、R9＝1.5kΩ、R10＝1.5kΩ。

实施方案2的测量方法与实施方案1比较，增加了导线E与导线D、导线D与导线F的线间电阻测量，提高了测量精度，并使之互为校验。具体步骤为：

(1)首先根据传感器本体内的固定电阻值，分别计算并联电阻值Rbi，并制表待查。传感器本体内导线之间并联电阻参数如表2所示；

表2传感器本体内导线之间并联电阻参数表

(2)初始状态下，分别测量得到：导线E与导线F、导线E与导线D及导线D与导线F的芯线电阻为：Rxef、Rxed、Rxdf；

(3)例如：实测导线E与导线F的线间电阻值Rc为(82+Rxef)Ω，且导线E与导线D的线间电阻值Rc为(45+Rxed)Ω，则：导线E与导线F及导线E与导线D的并联电阻值分别为82Ω、45Ω；

(4)由表2可以判断出混凝土磨蚀深度D为：10mm≤D＜15mm；

(5)用导线D与导线F的线间电阻Rc进行校验，其值应该为(127+Rxdf)Ω。

实施方案3：

如图6所示，实施方案3与实施方案1基本相同，该方案在传感器本体A中增加了三根校验线；三根校验线距传感器本体端面的距离分别为20mm、50mm、100mm，与混凝土磨蚀破坏标准(轻度、中度、重度)相对应。校验线对混凝土磨蚀深度进行复核，同时起到备用作用。

Claims (9)

1.一种电阻式混凝土磨蚀传感器，包括用绝缘材料制成的传感器本体A；其特征在于本体内设置至少二根导线和至少一组引线，一组引线间隔连接两根导线，导线垂直于本体端面，引线平行于本体端面；每根引线上均串联一个固定电阻，在两根导线间的所有固定电阻成并联连接。

2.根据权利要求1所述的电阻式混凝土磨蚀传感器，其特征在于本体内有二根导线，导线E和导线F；一组引线，引线分别连接导线E和导线F，引线距传感器本体端面的距离各不相同；每根引线上均串联一个固定电阻，所有固定电阻成并联连接。依照引线顺序，固定电阻依次命名为：R0、R1、R2、…、Ri-1、Ri、…、Rn-1、Rn，引线间距依次为：d1、d2、…、di-1、di、…、dn-1、dn。

3.根据权利要求1所述的电阻式混凝土磨蚀传感器，其特征在于本体内有三根导线，导线D、导线E和导线F；二组引线，引线分别连接导线E和导线F及导线E和导线D，引线距传感器本体端面的距离各不相同；每根引线上均串联一个固定电阻，所有固定电阻成并联连接。依照引线顺序，固定电阻依次为：R0、R1、R2、…、Ri-1、Ri、…、Rn-1、Rn。

4.根据权利要求1至3之一所述的电阻式混凝土磨蚀传感器，其特征在于引线是等距地排列的。

5.根据权利要求2～3所述的电阻式混凝土磨蚀传感器，其特征在于每组引线的数量均为十一根，且平行于传感器本体端面；在同一个引线组中，引线之间的间距为10mm；连接导线E与导线F的第一根引线在传感器本体端面位置，连接导线E与导线D的第一根引线距离传感器本体端面5mm；

6.根据权利要求5所述的电阻式混凝土磨蚀传感器，其特征在于连接导线E与导线F的第一根引线及连接导线E与导线D的第一根引线直接连通，相应地，两个固定电阻R0＝0Ω；

7.根据权利要求6所述的电阻式混凝土磨蚀传感器，其特征在于引线依次断开时，传感器本体内并联电阻值需要有足够大的变化量，固定电阻依次为：R0＝0Ω、R1＝100Ω、R2＝300Ω、R3＝510Ω、R4＝510Ω、R5＝1kΩ、R6＝1kΩ、R7＝1kΩ、R8＝1.5kΩ、R9＝1.5kΩ、R10＝1.5kΩ。

8.一种用权利要求1～7之一所述传感器进行混凝土磨蚀深度测量的方法，其步骤为：将上述传感器本体垂直埋设在混凝土中，传感器本体端面与混凝土表面齐平，传感器的导线与电缆芯线连接。当混凝土表面受到磨蚀破坏时，传感器本体也从端部开始受到磨蚀破坏，随之，传感器本体内并联电阻值发生改变。利用传感器本体内并联电阻值的变化，分级判断混凝土的磨蚀深度；

9.根据权利要求5所述的混凝土磨蚀深度测量方法，其特征在于，上述混凝土磨蚀深度测量方法具体步骤为：

(1)首先根据传感器本体内的固定电阻值，分别计算并联电阻值Rbi、电阻变化量，并制表待查；

(2)传感器安装完成并将电缆引至观测站后，首先测量两根芯线之间的线间电阻Rc。由于混凝土表面未发生磨蚀，传感器处于初始状态，即第一根引线(传感器本体端面)处于连通状态，线间电阻值Rc即为芯线电阻Rx；

(3)当第一根引线断开、同时第二根引线处于连通状态时，实测两根芯线之间的线间电阻值为Rc1，并联电阻值为Rb1＝Rc1-Rx，电阻变化量为Rb1，通过与传感器本体部的并联电阻值Rbi进行比较，可以判断出混凝土表面开始发生了磨蚀，混凝土磨蚀深度D为：0＜D＜d1；

(4)当第二根引线断开、同时第三根引线处于连通状态时，实测两根芯线之间的线间电阻值为Rc2，并联电阻值为Rb2＝Rc2-Rx，电阻变化量为(Rb2-Rb1)，通过与传感器本体内的并联电阻值Rbi进行比较，可以判断出混凝土磨蚀深度D为：d1≤D＜d1+d2；

(5)依此类推，当第i根引线断开、同时第i+1根引线处于连通状态时，实测两根芯线之间的线间电阻值为Rci，并联电阻值为Rbi＝Rci-Rx，电阻变化量为(Rbi-Rb_i-1)，通过与传感器本体内的并联电阻值Rbi进行比较，可以判断出混凝土磨蚀深度D为：d1+…+d_i-1≤D＜d1+…+d_i-1+di。

其中：d1表示第二根引线到传感器端面的距离(即第二根引线到第一根引线的距离)，d2表示第三根引线到第二根引线的距离，di表示第i+1根引线到第i根引线的距离，D表示传感器本体磨蚀总长度。

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