CN104714097B - 一种水泥基材料电阻率在线测定仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水泥基材料电阻率在线测定仪，包括：电气盒(2)以及五根埋入水泥基材料(1)的金属电极；电气盒(2)的内部设有PLC控制器(41)、数据记录装置(42)以及数控电源(43)；PLC控制器(41)控制数控电源(43)向两根供电电极(31)输出电能，同时读取两根测量电极(32)之间的电压以及一根测温电极(33)所测得的温度，从而计算出水泥基材料电阻率，并将测量数据以及计算出的水泥基材料电阻率均存入数据记录装置(42)。本发明实施例不仅能够在较长时间内无需人为看管护理地可靠有效运行，而且能够将测量数据即时发送以供分析，这为研究水泥基材料的电阻率在不同时间上的特性变化提供了有效保障。

Description

一种水泥基材料电阻率在线测定仪

技术领域

本发明涉及水泥基材料应用工程领域，尤其涉及一种水泥基材料电阻率在线测定仪。

背景技术

目前，水泥基材料可以分为内含钢筋的水泥基材料和不含钢筋的水泥基材料。

在内含钢筋的水泥基材料中，可以以钢筋混凝土为代表。在钢筋混凝土质量较差或保护层厚度不足等情况下，钢筋混凝土的保护层容易受二氧化碳长期侵蚀而炭化至钢筋表面，从而导致钢筋周围的混凝土碱度降低，同时钢筋混凝土的保护层还容易受氯化物侵入，从而导致钢筋周围的氯离子含量较高，这两者均可能造成钢筋表面的氧化膜被破坏。一旦钢筋表面的氧化膜被破坏，那么钢筋中铁离子就会与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁的体积会比原来增长约2～4倍，从而会对钢筋周围的混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向的断面面积逐渐减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，还会诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋的锈蚀，导致结构破坏。在现有技术中，通过对钢筋混凝土的电阻率进行测量并监测测量数据的变化，本领域技术人员能够较好地了解钢筋混凝土内部的钢筋锈蚀情况，但是，现有技术中对钢筋混凝土的电阻率进行测量都是人工进行的，因此对于一些不易接近测量的内含钢筋的水泥基材料(例如：桥梁基座、较高建筑物等)而言，测量其电阻率是极为困难的。

在不含钢筋的水泥基材料中，可以以矿山井下充填材料为代表。在矿井充填后，随着时间的流逝，矿山井下充填材料的电阻率也会发生变化，这一电阻率的变化能够在一定程度上反映出充填材料的承载能力的变化。在使用矿山井下充填材料进行大规模充填作业时，如果充填核心区的充填材料的电阻率无法得到，那么就无法较为精确的估算出充填核心区的充填材料的承载力，只能依靠现场经验及有限的实验室数据进行估算，这会大幅降低估算的准确性。

因此，现有技术中缺少一种能够在长时间无人看管下可靠运行的水泥基材料电阻率测量装置。

发明内容

针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种水泥基材料电阻率在线测定仪，不仅能够在较长时间内无需人为看管护理地可靠有效运行，而且能够将测量数据即时发送以供分析，为研究水泥基材料电阻率在不同时间上的特性变化提供了有效保障。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种水泥基材料电阻率在线测定仪，设置于水泥基材料1上，包括：电气盒2以及五根埋入水泥基材料1的金属电极；电气盒2的内部设有PLC控制器41、数据记录装置42以及数控电源43；PLC控制器41分别与数据记录装置42和数控电源43电连接；

五根金属电极包括两根供电电极31、两根测量电极32以及一根测温电极33；两根供电电极31均与数控电源43电连接；而两根测量电极32和一根测温电极33均与PLC控制器41电连接；

PLC控制器41控制数控电源43向两根供电电极31输出电能，同时读取两根测量电极32之间的电压以及一根测温电极33所测得的温度，从而计算出水泥基材料电阻率，并将测量数据以及计算出的水泥基材料电阻率均存入数据记录装置42。

优选地，PLC控制器41控制数控电源43向两根供电电极31输出电能包括：两根供电电极31之间的电压从0V开始逐渐升高，同时检测这两根供电电极31之间的电流，使这两根供电电极31之间的电流为0.1mA。

优选地，所述的数据记录装置42设有无线网络接口和/或有线网络接口；该数据记录装置42通过无线网络接口和/或有线网络接口将测量数据以及计算出的水泥基材料传送给指定收件人，或存储至指定远程服务器。

优选地，电气盒2的内部设有蓄电池44；该蓄电池44分别与PLC控制器41、数据记录装置42和数控电源43电连接，并为PLC控制器41、数据记录装置42和数控电源43供电。

优选地，所述的电气盒2上设有外部供电口23；该外部供电口23分别与PLC控制器41、数据记录装置42、数控电源43以及蓄电池44电连接，并获取外部电能，为PLC控制器41、数据记录装置42和数控电源43供电，也为蓄电池44充电。

优选地，所述的电气盒2上设有上接线口21和下接线口22；两根供电电极31均通过上接线口21与电气盒2内部的数控电源43电连接；两根测量电极32均通过上接线口21与电气盒2内部的PLC控制器41电连接；一根测温电极33通过下接线口22与电气盒2内部的PLC控制器41电连接。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例所提供的水泥基材料电阻率在线测定仪设置了两根供电电极31、两根测量电极32和一根测温电极33共五根埋入水泥基材料1的金属电极，并且采用PLC控制器41控制数控电源43向两根供电电极31输出电能，同时读取两根测量电极32之间的电压以及一根测温电极33所测得的温度，从而根据两根测量电极32之间的电压以及测温电极33所测得的温度可以计算出较为准确的测量的水泥基材料电阻率；由此可见，本发明实施例所提供的水泥基材料电阻率在线测定仪能够在较长时间内无需人为看管护理地可靠有效地计算出水泥基材料电阻率。此外，PLC控制器41可以将测量数据以及计算出的水泥基材料电阻率存入数据记录装置42，而数据记录装置42可以通过无线网络接口和/或有线网络接口将测量数据以及计算出的水泥基材料电阻率传送给指定收件人，或存储至指定远程服务器，以供分析；由此可见，本发明实施例所提供的水泥基材料电阻率在线测定仪能够将测量数据即时发送以供分析，这为研究水泥基材料电阻率在不同时间上的特性变化提供了有效保障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例所提供的水泥基材料电阻率在线测定仪的结构示意图一。

图2为本发明实施例所提供的水泥基材料电阻率在线测定仪的结构示意图二。

具体实施方式

下面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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面对本发明实施例所提供的水泥基材料电阻率在线测定仪进行详细描述。

如图1和图2所示，一种水泥基材料电阻率在线测定仪，设置于水泥基材料1上，其具体结构包括：电气盒2以及五根埋入水泥基材料1的金属电极；电气盒2的内部设有PLC控制器41、数据记录装置42以及数控电源43；PLC控制器41分别与数据记录装置42和数控电源43电连接；五根金属电极包括两根供电电极31、两根测量电极32以及一根测温电极33；两根供电电极31均与数控电源43电连接；而两根测量电极32和一根测温电极33均与PLC控制器41电连接；

PLC控制器41控制数控电源43向两根供电电极31输出电能，同时读取两根测量电极32之间的电压以及一根测温电极33所测得的温度，从而计算出水泥基材料电阻率，并将测量数据(该测量数据可以包括两根供电电极31之间的电压和电流、两根测量电极32之间的电压以及一根测温电极33所测得的温度)以及计算出的水泥基材料电阻率均存入数据记录装置42。

具体地，该水泥基材料电阻率在线测定仪的各部件可以包括如下的具体实施方案：

(1)PLC控制器41负责控制数控电源43进入开机状态/待机状态，并对数控电源43输出的电压和电流等相关参数进行控制调节，同时能够读取两根测量电极32之间的电压以及一根测温电极33所测得的温度。然后，PLC控制器41根据两根供电电极31之间的电流(两根供电电极31之间的电流与两根测量电极32之间的电流相等)以及此次获得的两根测量电极32之间的电压计算出两根测量电极32之间水泥基材料的总电阻。但由于水泥基材料孔隙溶液的粘度以及溶液中离子的活性会受到温度控制，温度越高，水泥基材料的导电性也就越强，也就是说，温度会对水泥基材料电阻率产生较大影响，因此为了获得更加准确的水泥基材料的电阻率，PLC控制器41最好根据一根测温电极33所测得的温度以及下述公式1对上述水泥基材料的电阻率进行修正，即可得到温度校正后的可视为真实值的两根测量电极32之间水泥基材料总电阻。

公式1：式中，T1为一根测温电极33所测得的温度(开尔文温度)；T2为使用与待测水泥基材料相同的校准试件进行电阻率校准测试时的温度(开尔文温度)；A为系数，取值范围为2000～5000，一般可以取2889；R1为未经温度校正的两根测量电极32之间水泥基材料的总电阻，R2为温度校正后的可视为真实值的两根测量电极32之间水泥基材料总电阻。

由于两根测量电极32之间的间距是已知的，因此PLC控制器41可以利用温度校正后两根测量电极32之间水泥基材料的总电阻除以两根测量电极32之间的间距就可以计算出单位长度内水泥基材料的电阻率。此外，PLC控制器41可以将这些数据(这些数据可以包括两根供电电极31之间的电压和电流、两根测量电极32之间的电压、一根测温电极33所测得的温度、两根测量电极32之间的间距、两根测量电极32之间水泥基材料的总电阻、温度校正后的可视为真实值的两根测量电极32之间水泥基材料总电阻、单位长度内水泥基材料的电阻率)发送到数据记录装置42中保存。

(2)数控电源43可以接受PLC控制器41的控制，并向两根供电电极31提供稳定的电压和电流输出，同时将每次输出的电压和电流数据反馈给PLC控制器41。在实际应用中，PLC控制器41控制数控电源43向两根供电电极31输出电能可以包括：两根供电电极31之间的电压从0V开始逐渐升高，同时检测这两根供电电极31之间的电流，使这两根供电电极31之间的电流为0.1mA，这可以更加方便准确地测量出水泥基材料电阻率，并且为研究水泥基材料电阻率在不同时间上的特性变化提供了良好的数据基础。

(3)数据记录装置42接受PLC控制器41的控制，负责记录电阻率测试中的有关数据，例如：PLC控制器41所获得的测量数据以及计算出的水泥基材料电阻率可以仅保存在数据记录装置42中。而数据记录装置42上还可以设有无线网络接口和/或有线网络接口；该数据记录装置42可以通过无线网络接口和/或有线网络接口将测量数据以及计算出的水泥基材料电阻率传送给指定收件人，或存储至指定远程服务器，以供分析并为研究水泥基材料电阻率在不同时间上的特性变化提供了有效保障。

(4)电气盒2的内部可以设有蓄电池44；该蓄电池44可以分别与PLC控制器41、数据记录装置42和数控电源43电连接，并为PLC控制器41、数据记录装置42和数控电源43供电。而电气盒2上可以设有外部供电口23；该外部供电口23分别与PLC控制器41、数据记录装置42、数控电源43以及蓄电池44电连接，并获取外部电能，为PLC控制器41、数据记录装置42和数控电源43供电，也为蓄电池44充电；该外部供电口23所获取的外部电能可以是来自公共电网的有线不间断供电，也可以是来自太阳能，风能等发电装置的不连续供电。该水泥基材料电阻率在线测定可以采用蓄电池44供电或通过外部供电口23进行外部供电这两种供电方式，通常情况下，该水泥基材料电阻率在线测定可以仅采用蓄电池44供电，也可以仅采用外部供电；但在实际应用中，通常情况下，该水泥基材料电阻率在线测定仪最好仅利用外部供电口23所获取的电能进行工作，而在外部供电口23所获取的电能不能及时满足电能需求时才可以利用蓄电池44进行供电，例如：该水泥基材料电阻率在线测定仪在安装初期，需进行电阻率测量的频率较高，此时可以采用蓄电池44进行供电，而当电阻率测量的频率降低后，蓄电池44可以存储外部供电所输送的多余的电能。

(5)电气盒2上可以设有上接线口21和下接线口22；两根供电电极31均通过上接线口21与电气盒2内部的数控电源43电连接；两根测量电极32均通过上接线口21与电气盒2内部的PLC控制器41电连接；一根测温电极33通过下接线口22与电气盒2内部的PLC控制器41电连接。如图2所示，在电气盒2的内部，PLC控制器41和数据记录装置42设于电气盒2的下部，而数控电源43设于数控电源43电气盒2的上部。两根供电电极31需要从数控电源43获取电能，因此两根供电电极31通过上接线口21与数控电源43电连接，这一布局比较合理；同理，PLC控制器41需要读取一根测温电极33所测得的温度，因此一根测温电极33通过下接线口22与PLC控制器41电连接，这一布局也比较合理。

进一步地，该水泥基材料电阻率在线测定仪的具体工作步骤如下：

步骤1，PLC控制器41控制数控电源43进入开机状态。

步骤2，PLC控制器41控制数控电源43向两根供电电极31输出电能；其中，两根供电电极31之间的电压从0V开始逐渐升高，同时检测这两根供电电极31之间的电流，使这两根供电电极31之间的电流为0.1mA。

步骤3，PLC控制器41读取两根测量电极32之间的电压以及一根测温电极33所测得的温度，并且根据此次获得的两根测量电极32之间的电压以及两根测量电极32之间的电流(两根测量电极32之间的电流等于两根供电电极31之间的电流，即0.1mA)计算出两根测量电极32之间水泥基材料的总电阻，然后根据此次通过测温电极33所测得的温度以及公式1对上述水泥基材料的总电阻进行修正，再根据两根测量电极32之间的间距就可以计算出温度矫正后的单位长度内水泥基材料电阻率。

步骤4，PLC控制器41控制数控电源43进入待机状态，并将测量数据(该测量数据可以包括两根供电电极31之间的电压和电流、两根测量电极32之间的电压以及一根测温电极33所测得的温度)以及计算出的水泥基材料电阻率均存入数据记录装置42。

步骤5，数据记录装置42通过无线网络接口和/或有线网络接口将测量数据以及计算出的水泥基材料电阻率传送给指定收件人，或存储至指定远程服务器，以供分析。

随着时间流逝，PLC控制器41控制数控电源43进入开机状态的频率会逐渐下降，由蓄电池44存储外部供电所输送的多余的电能，并进行下一个测量周期。

综上可见，本发明实施例不仅能够在较长时间内无需人为看管护理地可靠有效运行，而且能够将测量数据即时发送以供分析，为研究水泥基材料电阻率在不同时间上的特性变化提供了有效保障。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种水泥基材料电阻率在线测定仪，设置于水泥基材料(1)上，其特征在于，包括：电气盒(2)以及五根埋入水泥基材料(1)的金属电极；

电气盒(2)的内部设有PLC控制器(41)、数据记录装置(42)以及数控电源(43)；PLC控制器(41)分别与数据记录装置(42)和数控电源(43)电连接；

五根金属电极包括两根供电电极(31)、两根测量电极(32)以及一根测温电极(33)；两根供电电极(31)均与数控电源(43)电连接；而两根测量电极(32)和一根测温电极(33)均与PLC控制器(41)电连接；

PLC控制器(41)控制数控电源(43)向两根供电电极(31)输出电能，同时读取两根测量电极(32)之间的电压以及一根测温电极(33)所测得的温度，从而计算出水泥基材料电阻率，并将测量数据以及计算出的水泥基材料电阻率均存入数据记录装置(42)。

2.根据权利要求1所述的水泥基材料电阻率在线测定仪，其特征在于，PLC控制器(41)控制数控电源(43)向两根供电电极(31)输出电能包括：

两根供电电极(31)之间的电压从0V开始逐渐升高，同时检测这两根供电电极(31)之间的电流，使这两根供电电极(31)之间的电流为0.1mA。

3.根据权利要求1或2所述的水泥基材料电阻率在线测定仪，其特征在于，所述的数据记录装置(42)设有无线网络接口和/或有线网络接口；

该数据记录装置(42)通过无线网络接口和/或有线网络接口将测量数据以及计算出的水泥基材料传送给指定收件人，或存储至指定远程服务器。

4.根据权利要求1或2所述的水泥基材料电阻率在线测定仪，其特征在于，所述的电气盒(2)的内部设有蓄电池(44)；该蓄电池(44)分别与PLC控制器(41)、数据记录装置(42)和数控电源(43)电连接，并为PLC控制器(41)、数据记录装置(42)和数控电源(43)供电。

5.根据权利要求4所述的水泥基材料电阻率在线测定仪，其特征在于，所述的电气盒(2)上设有外部供电口(23)；该外部供电口(23)分别与PLC控制器(41)、数据记录装置(42)、数控电源(43)以及蓄电池(44)电连接，并获取外部电能，为PLC控制器(41)、数据记录装置(42)和数控电源(43)供电，也为蓄电池(44)充电。

6.根据权利要求1或2所述的水泥基材料电阻率在线测定仪，其特征在于，所述的电气盒(2)上设有上接线口(21)和下接线口(22)；

两根供电电极(31)均通过上接线口(21)与电气盒(2)内部的数控电源(43)电连接；两根测量电极(32)均通过上接线口(21)与电气盒(2)内部的PLC控制器(41)电连接；一根测温电极(33)通过下接线口(22)与电气盒(2)内部的PLC控制器(41)电连接。