CN112762987A - 用于测量混凝土内孔隙压力与温度的传感器装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于测量混凝土内孔隙压力与温度的传感器装置及方法，装置包括依次密封相连的烧结金属堵头（1），金属毛细管（2），高温热电偶（3），金属三通（4），低膨胀系数硅油（5），第二金属堵头（6），密封橡胶（7），传感器电信号采集器（8），液体压力传感器（9）。当混凝土在高温作用下温度上升，流体压力通过烧结金属堵头对头孔隙传递至毛细管内的硅油，硅油将所有压力传递至与三通相连接的压力传感器，将所受孔隙压力转化为电信号，由信号采集器接收实现压力测量；由温度变化引起的电压信号通过热电偶导线传递至信号采集器可以实现温度测量；本发明能够同时测量混凝土在极端高温情况下内同一位置的孔隙压力和温度。

Description

用于测量混凝土内孔隙压力与温度的传感器装置及方法
技术领域
本发明涉及一种混凝土状态的测试装置，具体涉及一种极端高温情况下测量混凝土内孔隙压力与温度的传感器装置及其操作方法。
背景技术
随着高强、高性能混凝土的广泛应用，混凝土在高温下的爆裂破坏得到了工程界的广泛重视，也日益成为国内外学者的研究热点。高温下混凝土爆裂的复杂性，其中孔隙（蒸气）压力和温度应力为两大主要因素，因此，确测量混凝土内部孔隙压力和温度的测量技术对提升混凝土高温下抗爆性能研究至关重要。值得一提的是，混凝土作为核设施安全壳的主要材料，结构抗辐射能力由混凝土内含水量决定，而在持续高温下混凝土内部的孔隙压力和温度分布与含水量直接相关。
然而，测量高温下混凝土内孔隙压力和温度存在诸多困难：其一、几乎所有压力传感器在100-1000℃的高温工况均无法正常工作；其二，混凝土振捣后，准确获取同一空间位置的压力和温度。因此需设计一种探头埋置于高温的混凝土内部，同时将孔隙压力和温度仪器的电位差传递至常温环境下的测量端，实现混凝土内孔隙压力与温度的测量，具有重要的理论研究意义和工程应用价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对背景技术的缺陷，提供一种极端高温情况下测量混凝土内孔隙压力与温度的传感器装置。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
本发明提供一种极端高温情况下测量混凝土内孔隙压力与温度的传感器装置，包括：烧结金属堵头、金属毛细管，高温热电偶，金属三通，第二金属堵头、传感器电信号采集器，液体压力传感器；其中，
所述金属毛细管的一端与烧结金属堵头密封连接，另一端与金属三通的第一端口密封连接；金属三通的第二端口与第二金属堵头密封连接，金属三通的第三端口与液体压力传感器密封连接；在金属毛细管、金属三通所形成的内部封闭空间内注有硅油；液体压力传感器的测量端面向硅油，另一端通过导线与传感器电信号采集器的一端连接；
所述高温热电偶安置于金属毛细管内，其探测端安置于烧结金属堵头与毛细管连接处，其另一端从第二金属堵头中穿过后与传感器电信号采集器的另一端连接。
进一步的，本发明所提供的传感器装置，所述烧结金属堵头具有内螺纹、内部凹槽，所述内螺纹与毛细管外螺纹形成耐高温的钢性密封，所述内部凹槽用于固定热电偶导线端部。
进一步的，本发明所提供的传感器装置，所述烧结金属堵头的烧结金属平均孔隙直径范围是11-55微米。
进一步的，本发明所提供的传感器装置，所述金属毛细管的内径不大于2mm，壁厚不小于2mm。
进一步的，本发明所提供的传感器装置，所述金属三通与金属毛细管、第二金属堵头、液体压力传感器采用螺纹和橡胶圈形成密封。
进一步的，本发明所提供的传感器装置，所述高温热电偶从第二金属堵头穿过的孔隙处，还设置有采用橡胶头型密封形式的密封橡胶。
进一步的，本发明所提供的传感器装置，所述液体压力传感器的量程为0-10MPa，高温热电偶的量程在0-1000℃。
进一步的，本发明所提供的传感器装置，所述金属毛细管、金属三通、第二金属堵头均为钢制。
本发明还提出一种极端高温情况下混凝土内孔隙压力与温度的测量方法，将本发明所提出的传感器装置埋置于混凝土浇筑试块的预设位置，然后进行混凝土内孔隙压力与温度的测量，其中，
压力测量的步骤具体为：当混凝土在高温作用下孔隙压力上升，流体压力通过烧结金属堵头对头孔隙传递至毛细管内的硅油，硅油将所有压力传递至与金属三通相连接的液体压力传感器，压力传感器将所受孔隙压力转化为电信号，由传感器电信号采集器采集；
温度测量的步骤具体为：当混凝土在高温作用下温度上升，通过烧结金属堵头传导至热电偶一端，由温度变化引起的电压信号通过热电偶导线传递至传感器电信号采集器。
进一步的，本发明所提出的极端高温情况下混凝土内孔隙压力与温度的测量方法，在埋置传感器前，先将烧结金属堵头一端均匀蘸取水泥浆后，再埋置于混凝土浇筑试块的预设位置。
本发明采用以上技术方案，与现有技术相比所具有的技术效果在于：
本发明所提出的装置及方法，能够同时测量混凝土在极高温度下（100-1000℃）内部的孔隙压力和温度。以减少混凝土爆裂的发生，对揭示混凝土的爆裂具有重要的理论研究意义和工程应用价值。
附图说明
图1为本发明的传感器装置的结构示意图。
图2为本发明实施例中试验的测量结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。
本发明提出一种极端高温（100-1000℃）情况下测量混凝土内孔隙压力与温度的传感器装置，参考图1所示，包括烧结金属堵头1，钢制毛细管2，高温热电偶3，钢制三通4，低膨胀系数硅油5，钢制堵头6，密封橡胶7，传感器电信号采集器8，孔隙压力传感器9。
本发明基本原理如下。其一，孔隙压力：混凝土在高温作用下孔隙压力上升，流体（气液混合物）压力通过烧结金属堵头1对头孔隙传递至毛细管2内的硅油5，硅油将所有压力传递至于三通相连接的孔隙压力传感器9，压力传感器将所受孔隙压力转化为电信号，由信号接收器采集8；其二，温度：混凝土在高温作用下温度上升，通过烧结金属堵头1传导至热电偶3一端，由变化引起的电压信号通过热电偶导线传递至信号采集器8。
烧结金属堵头：1. 钻孔加工内螺纹，与毛细管外螺纹形成耐高温的钢性密封；2.加工内部凹槽，固定热电偶导线端部；烧结金属堵头，烧结金属平均孔隙直接为22微米最佳。
钢制毛细管，内径不大于2mm，壁厚不小于2mm。减小硅油高压下毛细管的体积变形，保证传递真实孔隙压力。
钢制三通与毛细管、钢制堵头、压力传感器采用螺纹和橡胶圈形成密封。钢制堵头，与热电偶导线间使用橡胶头型密封。液体压力传感器选用常温，量程在0-10MPa，热电偶选用耐高温，量程在0-1000℃。硅油采用低热膨胀率。
参考图1所示，毛细管两端分别于烧结金属堵头和钢制三通相连接，将热电偶安置于毛细管内，热电偶探测端安置于烧结金属加工的凹槽内，另一端从密封橡胶和钢制堵头中穿过，但钢制堵头暂不与三通连接。将液体压力探测器与三通连接，随后通过三通与钢制堵头连接的一端缓慢注入硅油，直至硅油从端口微微溢出，再将钢制堵头与三通连接，形成内腔封闭装置。注入硅油过程需缓慢，防止夹杂气泡。最终，将热电偶导线与液体压力传感器导线与信号采集装置连接。
在混凝土浇筑过程前，将传感器的烧结金属堵头表面均匀蘸取水泥浆，随后再安置于空模具的预设位置，再将混凝土注入模具，振捣时避免传感器错位。
图2为本发明实施例中试验的测量结果。加热时长为6小时，目标温度为500oC，混凝土强度等级为C60。
以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种测量极端高温情况下混凝土内孔隙压力与温度的传感器装置，其特征在于，包括：烧结金属堵头（1）、金属毛细管（2），高温热电偶（3），金属三通（4），第二金属堵头（6）、传感器电信号采集器（8），液体压力传感器（9）；其中，
所述金属毛细管（2）的一端与烧结金属堵头（1）密封连接，另一端与金属三通（4）的第一端口密封连接；金属三通的第二端口与第二金属堵头（6）密封连接，金属三通的第三端口与液体压力传感器（9）密封连接；在金属毛细管（2）、金属三通（4）所形成的内部封闭空间内注有硅油（5）；液体压力传感器（9）的测量端面向硅油，另一端通过导线与传感器电信号采集器（8）的一端连接；
所述高温热电偶（3）安置于金属毛细管（2）内，其探测端安置于烧结金属堵头（1）与毛细管连接处，其另一端从第二金属堵头（6）中穿过后与传感器电信号采集器（8）的另一端连接。
2.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述烧结金属堵头（1）具有内螺纹、内部凹槽，所述内螺纹与毛细管外螺纹形成耐高温的钢性密封，所述内部凹槽用于固定热电偶导线端部。
3.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述烧结金属堵头的烧结金属平均孔隙直径范围是11-55微米。
4.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述金属毛细管的内径不大于2mm，壁厚不小于2mm。
5.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述金属三通与金属毛细管、第二金属堵头、液体压力传感器采用螺纹和橡胶圈形成密封。
6.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述高温热电偶从第二金属堵头穿过的孔隙处，还设置有采用橡胶头型密封形式的密封橡胶（7）。
7.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述液体压力传感器（9）的量程为0-10MPa，高温热电偶（3）的量程在0-1000℃。
8.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述金属毛细管、金属三通、第二金属堵头均为钢制。
9.一种极端高温情况下混凝土内孔隙压力与温度的测量方法，其特征在于，将权利要求1-8任一项所述的传感器装置埋置于混凝土浇筑试块的预设位置，然后进行混凝土内孔隙压力与温度的测量，其中，
压力测量的步骤具体为：当混凝土在高温作用下孔隙压力上升，流体压力通过烧结金属堵头（1）对头孔隙传递至毛细管（2）内的硅油（5），硅油将所有压力传递至与金属三通（4）相连接的液体压力传感器（9），压力传感器将所受孔隙压力转化为电信号，由传感器电信号采集器采集（8）；
温度测量的步骤具体为：当混凝土在高温作用下温度上升，通过烧结金属堵头（1）传导至热电偶（3）一端，由温度变化引起的电压信号通过热电偶导线传递至传感器电信号采集器（8）。
10.根据权利要求9所述的测量方法，其特征在于，在埋置传感器前，先将烧结金属堵头一端均匀蘸取水泥浆后，再埋置于混凝土浇筑试块的预设位置。
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