CN102539928B

CN102539928B - 应用于分析水泥基材料孔结构的非接触式阻抗测量仪

Info

Publication number: CN102539928B
Application number: CN201110432423.7A
Authority: CN
Inventors: 李宗津; 汤盛文; 陆有源
Original assignee: Hong Kong University of Science and Technology HKUST
Current assignee: Hong Kong University of Science and Technology HKUST
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2016-03-16
Anticipated expiration: 2031-12-21
Also published as: US9488635B2; HK1169859A1; CN102539928A; US20120158333A1

Abstract

本发明提供了一种应用于分析水泥基材料孔结构的非接触式阻抗测量仪，用于测量样品经历物理或化学状态变化过程中的阻抗和复电阻率。在该测量仪中，一个可变频率的电信号施加在变压器的初级线圈上；而变压器的次级线圈具有闭合回路并电耦合所述样品，对该次级线圈进行监视，样品内部所感应的电流则通过漏电流传感器测量。该装置还能够对所述样品进行多频率采样测量。

Description

应用于分析水泥基材料孔结构的非接触式阻抗测量仪

技术领域

本发明提出了一种采用变压器原理来测量样品非接触式阻抗(复电阻率)的装置和方法。具体而言，该装置和方法主要应用于测量混凝土及其它材料从液态向固态转换过程中的阻抗和复电阻率。

背景技术

水硬硬化水泥基材料例如波特兰水泥的形成包含一系列复杂的反应过程。当水泥颗粒遇水后，相关物理、化学反应及机械过程就开始进行，最终将水-水泥的混合物转化为一种像石头一样的坚硬材料。这种复杂的反应过程称为胶凝材料的水化反应。水化反应的主要特征是伴随着水化产物的形成，材料内部的孔隙逐渐减少。随着水化反应而逐渐形成的网状孔结构将决定胶凝材料的最终物理和力学性质，例如，强度、渗透性和耐久性。因此，胶凝材料孔结构特征的研究引起学者们广泛的关注。目前已经有很多实验法可以用来测量水泥的孔结构特征，包括水吸附、压汞测孔法(MIP)、氦气测比重法、溶剂置换法、核磁共振(NMR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和小角度X射线散射。在众多测量水泥基材料微观孔结构变化的技术中，基于监测水泥水化过程中电性质变化的方法尤为重要。

发明内容

通过一定的装置来接收信号发生器和频率合成器提供的信号，可以测出样品经历物理或化学状态变化过程时的阻抗。发明装置中所采用的变压器包含一个与信号发生器连接的初级线圈，并且初级线圈和次级线圈中的至少一个与样品耦合。然后，通过对信号发生器产生的多频率信号通过变压器次级线圈发射时感测出多信号频率的信号并感测出漏电流来对多信号频率进行采集。

信号采样可以通过使用一个交感阻抗电路来进行。该交感阻抗电路包括至少一个初级电抗电路和一个与样品电感应耦合的次级电抗电路。对次级电抗电路两端的电压进行采样，漏电流根据多频率信号经由交感阻抗电路所产生的变频信号来取样。

附图说明

图1是非接触式阻抗(复电阻率)测量仪器结构的第一实施例示意图。

图2是非接触式阻抗(复电阻率)测量仪器结构的第二实施例示意图。

图3A-图3E是描述水泥浆实例1的复电阻率的图形。

图3A示出复电阻率模量。

图3B示出复电阻率的实部。

图3C示出复电阻率的虚部。

图3D示出复电阻率的相位差。

图3E示出复电阻率的模量和模量微分。

图4A-图4C是描述水泥浆实例2复电阻率的图形。

图4A示出复电阻率的实部。

图4B示出复电阻率的虚部。

图4C示出复电阻率的相位差。

图5是描述水泥浆实例3的复电阻率模量的图形。

具体实施方式

综述

电学测量方法与其他测量方式相比更加敏感而且快捷。水泥基体系水化反应的早期物质的电导几乎全部处于电解状态。此外，电学参数，包括阻抗(复电阻率)的实部和虚部，反映了电荷载流子的渗透性、流动性、浓度和分布。电学测量方法对于影响水泥基材料微观结构的复杂因素很敏感。比如不同的水灰比(w/c比)、不同水泥的化学组成、不同的水化产物、以及水泥混合物中特殊矿物和化学添加剂的使用等等都会对水泥基材料微观孔结构有影响。水-水泥混合物在形成一个无限连接的整体后时所伴随的溶胶-凝胶转换现象也可以通过电学方法进行检测。涉及到微观结构变化的有用信息例如胶凝材料水化反应的孔隙率和孔的连通性等都可以通过电学方法测量。所以，水泥基材料的阻抗和复电阻率可以对水泥基材料的微观结构提供足够的信息，甚至可以认为是水泥水化反应及其微观结构的“指纹”。综上所述，对电学测量方法的研究可以让人们对水泥基体系的微观结构变化有更深刻的理解。并且，电学测量方法还具备不损坏和不破坏样品的优点使得其可以用来现场观测微观孔结构发展。

不同的电学测量方法展现出不同的电化学反应机制。以往关于水泥基材料的电学性质研究可以大致分为两种。第一种就是通过使用两个与水泥基样品相连接的电极直接测量样品的阻抗。虽然这种方法所使用的激励信号的频率范围可以很宽，但由于直接在水泥或混凝土样品上施加电流不可避免地会产生电极极化效应，所以直接测量阻抗方法不能精确地获得水泥和混凝土的电阻值。

第二种方法即为非接触式电阻率测试方法。非接触式测量装置采用电感元件来代替测量电极。这样，就可以避免因电极和新拌水泥浆体接触所产生的一系列问题，如电化学反应和收缩裂缝等。这种测量体系有着很高的精度和很好的可重复性，对于水化反应过程中水泥基材料内部微观结构的变化的研究非常有用。

在一种实验配置中，可以用电感元件如变压器和电流传感器来替代电极。除此之外，也可以使用其他阻抗装置，比如电容传感器。研究表明利用第一种实验配置的非接触式方法测量出来的电阻率或阻抗的发展曲线类似于水泥水化过程中放热曲线。

根据实验测得的电阻率微分曲线上的特征点，可以将水化过程分为以下五个阶段：

-溶解阶段；

-诱导阶段；

-加速阶段；

-减速阶段；

-扩散控制阶段。

水化阶段可以通过电阻率微分曲线的特征点来确定。

非接触式测量也可以用来确定新拌混凝土的凝结时间。此外，之前的研究者已经利用该种方法用来研究水泥的种类、水灰比(w/c比)、养护时间、化学物质和矿物掺合料、以及环境变化等对水泥基材料水化过程的影响。该研究通过对样品施加一个固定频率(1kHZ)的交流电(AC)来测量样品的电阻率，但是在固定频率下所测结果只能反映样品内部孔隙率的大小，而不能实时地直接展现样品内部孔结构的发展。

本发明提出的技术优化了上述使用固定频率(1kHZ)交流电(AC)来测量混凝土阻抗的非接触式方法来测量样品的电阻率。在固定频率下所测结果只能反映样品内部孔隙率的大小，而不能实时地直接展现样品内部孔结构的发展。为了实现水泥基材料电阻率的精确测量，本发明(非接触式阻抗测量法)结合了上述两类方法的优势，用不同的电学参数去测量阻抗。本发明一方面继续使用了变压器原理，另一方面还使得电激励信号的频率范围可变。

本发明还利用了所测材料的R-L-C(电阻-电感-电容)模型。由于水化过程很大程度地影响着材料的电导性能，所以这个模型在水化水泥的情况中尤其重要。

非接触式阻抗测量也采用了变压器的原理。首先，系统给所测材料施加一个频率和幅值都可变的电激励信号并利用电感元件来代替金属电极。输入的正弦波信号为一可调幅值的交流电压，所施加的信号频率范围为大约该信号通过大功率放大器施加在变压器的初级线圈上。浇筑在环形模具中的水泥浆体即构成变压器的次级线圈。水泥基材料的电压和电流分别通过一个电流传感器和一个电压探测器所测得。所有的数据(电压，电流，电压电流之间的相位差，内部的模具温度)传输并保存到一个外接个人电脑上，以方便实时分析水泥基材料的阻抗和复电阻率。本装置不需要外接电极，因而消除了电极与基体材料之间的界面影响。此外，本装置通过使用对1摩尔的KCl溶液的电阻率测量作为仪器校正。在20℃下测量结果为KCl溶液的电阻率为0.091904Ω·m，这与工程手册上所引用的20℃下1摩尔的KCl溶液的标准电阻率0.09797Ω·m接近。复电阻率模量和相位差的理论值与实验结果的相对误差分别仅为6.19％和4.4°。所以可以认为，本仪器装置具有较高的精度。

通过本实验系统对水泥基材料的阻抗和复电阻率的实部、虚部、相位差的测量可以解释水泥基材料如水硬性水泥基材料的水化过程、水化成熟度、强度发展以及孔隙率。另外，本系统还能用于测量液相材料(如熔融态玻璃、熔融态金属、有毒溶液和生物溶液)的电化学和介电性质，这些材料对金属电极有很强的腐蚀性。液相材料可以是水化材料，如水化中的水泥。这些液相材料可以是单一液相的水化材料如水化水泥，也可以是熔融态玻璃、熔融态金属、有毒溶液、生物溶液或其它水泥基材料。阻抗数据对于分析这些液相系统里的化学反应有着重要的作用。

在以上描述中，交感阻抗装置为一变压器，即通过变压器将电能施加给初级电抗电路并激发次级电抗电路的反应。其实，除了变压器之外，其他包含电抗电路的交感阻抗装置也可以用于本发明技术中。例如，只要样品耦合到一个次级电抗电路并能对施加在次级或交感电抗装置上的电信号有反应，交感阻抗装置也可以为电容器或者有源电路。

配置

图1是非接触式阻抗(复电阻率)测量仪器结构的第一实施例示意图。图中有变压器111，数字信号处理器113，信号发生器115，采样电路117。变压器111包括变压器磁芯123、初级线圈125和次级线圈127。次级线圈127可以安装在样品环131上面或浇筑在样品环131里，样品环131用于浇筑样品。漏电流传感器137环绕在部分次级线圈127上，但是二者并未接触。

在此实施例中，初级线圈125环绕在独臂型变压器磁芯123上。次级线圈127可以安装在样品环131上面或浇筑在样品环131里，构成样品环131的一部分。样品环131可以是圆形或长方形，这样使得制模较容易。次级线圈127为一个安装在样品环131上表面的单匝线圈，用来测量样品环131的环形电压。

数字信号处理器113使用微控制器以及集成外围电路进行实时控制。数字信号处理器113中有一个数学优化核心可以提升系统效率、可靠性和灵活性。激励信号的幅值和频率可以通过数字信号处理器中的程序进行设置。用户可以修改系统参数从而分别决定所需要的频域、频率步进、频点、单一频率下正弦波扫描时间的施加幅值和采样间隔。样品131的阻抗数据将通过适当的数据连接系统发送到外接电脑143上。

信号发生器115包括一个直接数字合成器(DDS)和一个有振幅补偿的推挽式大功率放大器。

变压器磁芯123由高磁导率低功耗的锰锌铁氧体组成。

样品131与次级线圈127一起浇筑在环形模具里，作为在闭合回路里的次级线圈127的一部分。样品131的环形电压和通过样品131的电流可以通过采样电路117实时测量。

漏电流传感器137由可以在宽频域响应的坡莫合金组成，如宽频范围的坡莫合金可以从商业市场购买。

采样电路117包含一个仪表放大器，程控带通滤波器和高精确度的模拟-数字转换电路。

图2是非接触式阻抗(复电阻率)测量仪器结构的第二实施例示意图。这里变压器为双臂式。图中有变压器211，数字信号处理器113，信号发生器115，和采样电路117。变压器211包括变压器磁芯223，初级线圈225和次级线圈227。次级线圈227安装或浇筑在样品环231里，样品环131用于浇筑样品。漏电流传感器237环绕在次级线圈227的一部分上，但是二者并未接触。

在此实施例中，初级线圈225环绕在双臂型变压器磁芯223的中心柱239上。次级线圈227可以安装在样品环231上面或浇筑在样品环231里，构成样品环231的一部分。样品环231可以是圆形或长方形，这样使得制模较容易。次级线圈227为一个安装在样品环231上表面上的单匝线圈，用来测量样品环231的环形电压。

初级线圈环绕在变压器磁芯223的中间部分，样品环231和次级线圈227围绕中心柱239穿过双臂变压器211的窗口。工作原理与1图实施例类似，如图2所示的结构具有数字信号处理器机113，信号发生器115，采样电路117和漏电流传感器237。

在使用图1、2所示的实施例时，在初级线圈上施加一个交流电压，然后在样品环131或231里感应出一个环形电压。通过测量样品(样品环131或231)的环形电压和通过样品的感应电流，即可计算出样品的阻抗和复电阻率，进一步可以对样品环131或231中发生的样品微观结构的发展进行分析。

为了对本发明的工作机理有个全面的认识，下面以水泥基材料作为一个例子来阐述。假设选定频域在内；每个频点扫描时间为8秒；施加到样品环131或231的电压幅值为0.5V；扫描频率分别为1kHz，3kHz，5kHz，10kHz，15kHz和30kHz。针对每个测试的采样间隔为1分钟。测试过程如下：

1、制备样品环131或231

a.称量原料；

b.搅拌原材料混合物：先以每分钟45次转速在行星式搅拌机内搅拌2分钟，然后以每分钟90次转速搅拌2分钟。

2、测量样品环131或231的阻抗或复电阻率。

a.混合物搅拌后浇筑在环形模具里。在样机中，为了防止漏水，模具接点采用真空脂密封。浇筑浆体后对其进行振捣以便赶出气泡，直到到达要求的致密度。为了防止在整个测试过程中的水化系统的水分蒸发，测试样品环131或231需要盖上盖子并用胶带密封。由于电阻率的测量是在早期水化阶段(通常一天之内)进行，水泥样品131或231可假设处于饱和状态，也就是说，所有的孔都被导电孔溶液填充。

b.在样品浇筑后即开始进行阻抗测量，也就是大概在搅拌后15分钟。在数字信号处理器113中，系统参数可以根据实验条件进行改变。样机的参数设置如下：施加的正弦波幅值为0.5V。扫描频率分别为1kHz、3kHz、5kHz、10kHz、15kHz和30kHz。每个频点扫描时间为8秒。因此，总时间为48秒。采样间隔为1分钟。当测试装置启动时，数字信号处理器113是整个系统的内核，并发送特定的指令到信号发生器115。指定幅值和频率的正弦波由信号发生器115产生，然后通过大功率放大器施加在变压器123或223上，大功率放大器也是信号发生器115的一部分。随后，水泥基样品环131或231感应出一个环形电压，此环形电压由围绕在样品环131或231上表面的次级线圈127或227来测量。环绕在部分样品环131或231的漏电流传感器137或237用来测量通过次级线圈127或227和样品环131或231的电流。因此，样品环131或231里的电压和电流均由采样电路117来测量。最后，样品环131或231的阻抗数据被再次发送回数字信号处理器113并显示在外部计算机143上。整个操作过程连续。

c.整个测试过程中需要保持环境温度和湿度相对稳定。

d.试验在需要的时候即可停止。随后可以通过测量样品环131或231的高度来校正电阻率。

e.对阻抗数据进行平滑以便作进一步数据分析。

3、分析数据

a.通过对所测的样品的复电阻率或阻抗曲线的实部、虚部以及相位差进行分析，可以对水泥基材料的水化阶段进行划分。

b.解释水化过程及水化时伴随的水泥基材料的微观结构的发展。

在下面的三个实例中，所有测试样品均采用满足ASTMI型要求的波特兰水泥。样品测试温度为室温(25℃)。

水泥浆实例1：

图3A-图3D为水泥浆实例1的复电阻率曲线。在实例1中，水灰比(w/c)为0.4，施加电压为0.6V。图3A-图3D分别给出了复电阻率的模量、实部、虚部和相位差。

图3A为复电阻率模量曲线。频率为3、5和10kHz时复电阻率模量出现在图形的上方附近并且几乎重合。15kHz频率下的复电阻率模量曲线略低于3、5和10kHz下的模量曲线。频率为30kHz的模量曲线在最下方。

图3B为复电阻率实部曲线。实部曲线从上到下对应频率为3、5、10、15和30kHz。

图3C为复电阻率虚部曲线。图中部，曲线从下到上分别对应频率为3、5、10、15和30kHz。在图右侧，30kHz对应的虚部曲线降至15kHz和10kHz所对应的曲线以下。

图3D为复电阻率的相位差曲线。曲线自下而上对应频率为3、5、10、15和30kHz。

此例中样品为水灰比(w/c)是0.4的水泥浆。施加电压为0.6V。测试方法如下：

-称量原料；搅拌混合物，使用纵轴搅拌器先低速搅拌2分钟、再高速搅拌2分钟。

-测量样品复电阻率。

将搅拌后的混合物浇筑在一个环形模具里，然后测试开始进行。样品浇筑后电阻率测量即开始，数据由一台计算机自动采集记录。扫描频率分别为3kHz、5kHz、10kHz、15kHz和30kHz。每个频点扫描时间为8秒，因此，总共时间为40秒。随后，仪器以采样间隔1分钟自动持续工作。最后对样品自浇筑起一天之内的数据进行平滑处理并分析。

样品的复电阻率模量和相位差可以通过对原始测试数据进行计算得到。

ρ′_c＝|ρ_c|×cosθ

和

ρ″_c＝|ρ_c|×sinθ

其中|ρ_c|为复电阻率模量；

ρ′_c为复电阻率实部；ρ″_c为复电阻率虚部；θ为复电阻率实部与虚部之间的相位差。

这些参数用来实时分析水化过程。不同频率下复电阻率的实部、虚部和实部虚部之间的相位差发展曲线分别见图3B，3C和3D。

复电阻率实部指的是水泥基材料中的液相与固相的电阻性质。从图3B可以看出，在300分钟之前，不同频率下的复电阻率实部曲线基本相等，但之后各条曲线开始分离即不同频率下电阻开始有所不同。这是因为在不同频率下固体水化产物的渗流性质不同。所以，各条曲线的分离点可以用来鉴定水化阶段。

复电阻率虚部随时间的变化见图3C，虚部主要由孔的双电层和孔的连通性决定。在开始阶段，样品的内部溶液连通，虚部值接近于零。因此，从图3C可以看出，在不同频率下虚部最初的变化差异不大。随着水化产物的增加，固体含量越来越多，形成一个多孔的微观结构。在图上反映为虚部值开始增加，并且在不同频率下虚部值开始出现差异。由于孔的曲折性引起的电感效应，所有复电阻率的虚部值都为正值。

图3D为复电阻率的相位差发展曲线。这里，假定施加电压的相位始终为零。同图3C所示虚部一样，所有相位差值都为正值。频率越高，相位差值越大，这与复电阻率实部表现出来的电磁波穿透性能相对应。

图3E表示了复电阻率模量与其微分的发展。复电阻率的模量单位为Ω·m，表示在左边纵轴；复电阻率模量微分单位为(Ω·m)/min，表示为右边纵轴。二者刻度大小不同。

从图3E可以看出，水化过程的五个阶段可以根据复电阻率模量及其微分曲线上的特征点来区分为：溶解阶段(I)，(0～0.5h)从开始到模量曲线的最低点；诱导阶段(II)，(0.5～3h)从模量曲线最低点到模量微分曲线的水平段结束点；凝结阶段(III)，(3～6.5h)从模量微分曲线的水平段结束点到微分曲线的第一个峰值点；硬化阶段(IV)，(6.5～10h)从模量微分曲线的第一个峰值点到第二个峰值点；硬化减速阶段(V)，(＞10h)即模量微分曲线的第二个峰值点之后。

前面四个阶段(I-IV)是水泥基材料的水化开始阶段。

溶解阶段(I)从原材料的混合开始一直到模量曲线上的第一个最低点。在这个阶段，模量的增长速率小于零，水泥颗粒的溶解占主导作用。离子迅速从水泥颗粒表面释放出来并溶解于溶液中。在这个阶段，水化反应开始发生。电阻率由于离子浓度的增加和离子移动性的增加而减小。

诱导阶段(II)发生在模量曲线上的最低点到模量微分曲线的水平段结束点。这段区域内，模量曲线的增长速率非常接近于零，这表明离子的消耗和释放之间的竞争导致了一个动态平衡。在这个阶段，溶液中的离子逐渐被水化产物所吸收。这些最初的水化反应消耗了部分离子，导致溶液离子浓度降低。同时，剩下的离子继续从未水化的水泥颗粒表面释放并且溶解在混合物里。

凝结阶段(III)从模量微分曲线的水平段结束点到模量微分曲线的第一个峰值点。在此区间，模量曲线的增长速率急剧增加。在这个阶段，由于导致水泥硬化的凝胶产物，钙矾石和氢氧化钙的迅速生成，使得离子种类减少，引起电阻率的迅速增加。这个阶段伴随着水化过程产生的强烈的水化热(放热反应)。

硬化阶段(IV)从模量微分曲线的第一个峰值点到第二个峰值点。这时样品的电阻率发展由离子的扩散控制。由于水化产物包裹在未水化的水泥颗粒表面从而阻挡了离子的扩散，导致电阻率增加。最后，通过水化硅酸钙(C-S-H)表面进行的离子扩散决定了混合物中化学反应的速率。(C-S-H是一种含有CaO、SiO₂和H₂O的水泥浆体，但它也有可能包含Fe₂O₃、Al₂O₃、SO₃和其他物质。)

紧接着硬化阶段(IV)之后，硬化减速阶段(V)开始了。

水泥浆实例2：

图4A-图4C为水泥浆实例2的复电阻率曲线。水灰比(w/c)为0.4，施加电压为0.8V。图4A-图4C分别给出了复电阻率的实部、虚部、相位差。

图4A为复电阻率实部曲线。曲线自上而下对应频率为3、5、10、15和30kHz。

图4B为复电阻率虚部曲线。图中部曲线自下而上对应频率为3、5、10、15和30kHz。在图右侧，30kHz对应的虚部曲线降至15和10kHz所对应的曲线之下。

图4C为复电阻率的相位差曲线。曲线自下而上对应频率为3、5、10、15和30kHz。

此例中样品为水灰比(w/c)是0.4的水泥浆。施加电压为0.8V。测试方法如下：

-称量原料；搅拌混合材料，使用纵轴搅拌器先低速搅拌2分钟、再高速搅拌2分钟。

-测量样品复电阻率。

将搅拌后的混合物浇筑在一个环形模具里，然后测试开始进行。样品浇筑后电阻率测量即开始，数据由一台计算机自动采集记录。扫描频率分别为3kHz、5kHz、10kHz、15kHz和30kHz。每个频点占用时间为8秒，因此，总共时间为40秒。随后，仪器以采样间隔1分钟自动持续工作。最后对样品自浇筑起一天之内的数据进行平滑处理并分析。

水泥浆实例3：

图5为水泥浆实例3的复电阻率。水灰比(w/c)为0.3，施加电压为0.8V。图中部，曲线自下而上分别代表频率为5、3、10、15和30kHz的复电阻率曲线。3kHz频率的曲线在5kHz频率的曲线之下。图右侧，3kHz的曲线降至5kHz和10kHz频率的曲线之下，但是仍在15kHz和30kHz的曲线之上。

此例中样品为水灰比是0.3的水泥浆，测试方法如下：

-测量样品复电阻率。

如上所述的测试例子，首先将搅拌后的混合物浇筑在环形模具里，然后复电阻率的测量开始进行。样品浇筑后电阻率测量即开始，数据由一台计算机自动采集记录。如前中所述，扫描频率分别为3kHz、5kHz、10kHz、15kHz和30kHz。每个频点扫描时间为8秒，因此，总共时间为40秒。随后，仪器以采样间隔1分钟自动持续工作。最后对样品自浇筑起一天之内的数据进行平滑处理并分析。

从例图3-图5可以看出，复电阻率模量曲线先下降至最低点然后开始持续上升。这段区间对应于水化过程的溶解(初始水解)阶段。复电阻率实部代表了水泥基材料中的液相与固相的电阻性质，它反映了电磁波在材料中的穿透性能。此外，复电阻率的虚部主要由材料孔的多向性和连通性来决定。

结论

根据以上陈述和举例可以看出，在附加权利要求里描述的本发明范围和原理范围之内，本领域技术人员可以对前文用来阐述本发明主题性质所描述的材料、实验步骤以及装置部件的布置等细节进行些额外修改。例如，只要当施加电能给一个电抗电路时在另外一个反应性耦合电抗电路里可以采样出反应信号，其他构造的变压器和其他交感阻抗装置均可以使用。同样，本发明中使用的是样品与次级线圈耦合的情况，也可以建立一个样品与初级线圈耦合的测试装置。

Claims

1.一种用于测量样品经历物理或化学状态变化过程中的样品内部孔结构实时演变的阻抗和复电阻率的装置，其包括：

一个具有频率合成器和放大器的信号发生器；

一个变压器，其包含一个初级线圈和一个次级线圈；

初级线圈与信号发生器相连接，初级线圈和次级线圈中的至少一个组成闭合回路且与所述样品电耦合；

一个漏电流传感器；

一个采样电路；以及

一个信号数字处理器，该信号数字处理器能够控制采样电路并通过以下方式实现不同信号频率下的采样：通过控制信号发生器和采样电路的至少一个使得信号发生器产生的多频率信号通过变压器的次级线圈发射时感测出不同信号频率下的电压信号以及感测出漏电流。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于与所述样品耦合的线圈包括安装在或浇注在样品环的线圈。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于与所述样品耦合的线圈包括安装在或浇注在样品环的次级线圈。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：

采样电路包括仪表放大器、程控带通滤波器和模数转换电路；以及

信号发生器包括直接数字合成器。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于：

变压器包含一个由锰锌铁氧体组成的磁芯；以及

漏电流传感器包含一个坡莫合金线圈。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于不同信号频率下的采样测量包括使用具有扫频和调幅功能的信号发生器。

7.如权利要求1所述的装置，进一步包括：

形成所述的次级线圈的所述的样品为环状液相材料类别，该材料类别包括熔融态玻璃、熔融态金属、有毒溶液、生物溶液和水泥基材料。

8.如权利要求1所述的装置，进一步包括：

形成所述的次级线圈的所述的样品包括经历了水化反应的材料。

9.一种用来测量样品经历物理或化学状态变化过程中的样品内部孔结构实时演变的阻抗和复电阻率的方法，其包括：

将变压器的初级线圈和次级线圈中的至少一个与所述样品电耦合且形成一个闭合回路；

给变压器的初级线圈提供一个可变频的信号，从而可以改变施加在样品上的频率；

测量通过次级线圈的电压；

测量与所述样品电耦合的线圈上的漏电流；

根据可变频的信号通过对次级线圈施加多频率信号来进行采样，并根据测量得到样品的漏电流通过控制可变频信号和采样电路中的至少一个使得多频率信号通过变压器次级线圈时感测出可变频的信号，从而利用一个采样电路来测量次级线圈的电压和漏电流。

10.如权利要求9中所述的方法，其特征在于测量的样品经历物理或化学状态变化过程中的样品内部孔结构实时演变的阻抗和复电阻率能确定水泥基材料的水化程度、龄期和强度发展。

11.一种用于测量待测材料经历物理或化学状态变化过程中的样品内部孔结构实时演变的参数的方法，其包括：

制备待测材料的样品，使得样品与变压器的初级线圈和次级线圈中的至少一个电磁感应耦合；

在变压器的初级线圈施加一个可变频信号；

感测出通过变压器的次级线圈的电压信号；

感测出样品的漏电流；

根据可变频的信号通过对次级线圈施加多频率信号来进行采样，并根据感测到的漏电流，从而利用一个采样电路来测量次级线圈的电压和漏电流。

12.如权利要求11中所述的方法，进一步包括：

通过对次级线圈施加多频率信号来进行采样，并根据可变频的信号得到不同的漏电流通过控制变频信号和采样电路中的至少一个使得多频率信号通过变压器次级线圈时感测出可变频的信号，从而利用采样电路来测量次级线圈的电压和漏电流。

13.如权利要求11中所述的方法，其特征在于测量的待测材料经历物理或化学状态变化过程中的样品内部孔结构实时演变的参数能确定水泥基材料的水化程度、龄期和强度发展。

14.一种用于测量样品经历物理或化学状态变化过程中的样品内部孔结构实时演变的阻抗和复电阻率的装置，其包括：

交感阻抗设备，其初级电抗电路和次级电抗电路中的至少一个与样品电耦合；

给交感阻抗设备的初级电抗电路提供一个可变频的信号并改变所施加的信号频率的设备；

测量通过次级电抗电路的电压的设备；

测量与样品电耦合的电抗电路的漏电流的设备；

根据提供给交感阻抗设备的多信号频率下产生的可变频信号来采样通过次级电抗电路的电压和漏电流的设备。

15.如权利要求14中所述的装置，进一步包括采样样品漏电流的设备，其通过控制变频信号和采样电路中的至少一个，使得多频率信号通过交感阻抗装载的次级电抗电路时感测出可变频的信号，从而测量得到样品的漏电流。

16.如权利要求14中所述的装置，其特征在于测量的样品经历物理或化学状态变化过程中的样品内部孔结构实时演变的阻抗和复电阻率能确定水泥基材料的水化程度、龄期和强度发展。