CN210123395U - 一种混凝土交流电阻测量器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于土木工程材料性能测试设备技术领域，涉及一种混凝土交流电阻测量器，内部集成有主控CPU、激励电路、测量电路和液晶屏显示电路，主控CPU分别与激励电路、测量电路和液晶屏显示电路电连接，激励电路与测量电路电连接，液晶屏显示电路与外部设置的液晶屏电连接，能够提供电压为1伏、频率为1000赫兹的交流电，对混凝土试件进行测量，液晶屏上直观便捷的显示电阻值和渗透性，测量过程简便，测试速度快，操作方便，不需要复杂的外部电路，测量时间短，不需要长时间测量通过混凝土试件的电荷数值；其结构简单，便于携带，能够避免极化反应和温升过高对测试精度的影响，具有较高的实用价值。
Description
技术领域：
本实用新型属于土木工程材料性能测试设备技术领域，涉及一种混凝土交流电阻测量器，能够直观且快速地测量混凝土抗氯离子渗透性。
背景技术：
建筑工程中的混凝土结构构件在服役的生命周期内，在经受冻融、碳化、酸碱腐蚀或碱-骨料反应的影响下，使用功能和结构安全会遭到破坏；自20世纪60年代以来，混凝土的耐久性问题越来越受到专家学者的重视，是当前土木工程界不容忽视的问题之一；经过多年研究发现，影响混凝土耐久性的各种破坏机理都与混凝土的渗透性有关。混凝土的渗透性是指气体、液体或离子受压力、化学势或电场作用在混凝土中渗透、扩散或迁移的难易程度。A.M.内维尔指出：“为了得到耐久的混凝土，必须相应地提高抗渗性。”，这一思想在诸多文献中得以体现，混凝土的渗透性越高，其抗渗性就越低，也即其抵抗水和侵蚀性介质侵入的能力越低，所以，渗透性(或抗渗性)是评价混凝土耐久性的重要指标。混凝土的渗透性高低可以通过侵蚀性介质在混凝土中扩散系数的大小来反映。氯离子亲和力较大，可在混凝土表面附近扩散，易于扩散至2mm以下的孔中，另外，研究表明钢筋锈蚀等耐久性问题与氯离子的浓度及扩散有很大的关系，尤其在沿海及北方除冰盐地区，氯离子的扩散性受到特别的重视。基于此，常用氯离子在混凝土中的扩散系数来评价混凝土的渗透性。
氯离子扩散系数快速测定的试验原理最早由唐路平等人在瑞典提出，北欧以此原理为基础发展了CTH法(NT Build 492-1999.11)。同时，德国亚琛工业大学土木工程研究所(IBAC，RWTHAachen)也在DuraCrete Document BE95-1347/R8-1999.03研究报告和DAfStbHeft 510-2000中提出了RCM方法。RCM方法是德国氯离子电迁移快速试验方法发展中的一种版本，而且已先后被瑞士SLA262/1-2003标准和德国BAW标准草案(2004.05)采纳。经过多年的发展，RCM法在国际上被认为是当前测量在非稳态下氯离子扩散系数较为精确的试验方法之一。
直流电量法是由Whiting于1981年研究提出的，后来先后被美国AASHTO T277-83和ASTM C1202-91两个标准采用，至今仍在ASTM C1202-19中使用，是目前国际上最为流行的混凝土渗透性评价方法之一。直流电量法是利用在直流电压作用下，氯离子通过混凝土试件向正极方向移动的原理，依据在规定时间内通过混凝土的电量的高低来快速评价混凝土抗氯离子渗透的能力。直流电量法操作简便，但是存在着明显的缺点：在施加60V以上的高电压时，试验槽内溶液的温度会因极化反应而升高，影响试验结果；如果降低试验电压，又会大大延长试验时间；另外，试验结果还受到孔溶液化学成分的影响等。
清华大学路新瀛提出的饱盐混凝土电导率法(NEL法)是将测得的电导值通过Nernst-Einstein方程计算出氯离子的渗透性，是基于离子扩散和电迁移的关系提出的快速试验方法。
中国专利201010559855.X公开的基于高频交流电的混凝土抗渗透性测量系统含有：紫铜电极、被测混凝土试样、程控高频交流电源和计算机，其中：紫铜电极，和所述被测混凝土试样之间有海绵导电层，该紫铜电极的裸露部分有一层环氧树脂绝缘层，该紫铜电极通过触点和所述程控高频交流电源的两个输出端相连，程控高频交流电源，含有：CVA-1000型功率放大模块、AD534型乘法器、TLC5615型幅值调整D/A模块、AD9821型直接数字频率合成器、DAM-3502型隔离采样模块和89C52型微处理器，其中：89C52型微处理器的电压幅值输出端与所述TLC5615型幅值调整D/A模块的输入端相连，该89C52型微处理器的频率输出端与所述AD9832型直接数字频率合成器的输入端相连，该89C52型微处理器的输出回路中的频率、电压和电流的反馈量的输入端与所述DAM-3502型隔离采样模块的输出端相连，AD534型乘法器的两个输入端分别与所述TLC5615型幅值调整D/A模块、AD9832型直接数字频率合成器的输出端相连，分别输入所期望的交流电的幅值和频率特性的激励信号，经过合成之后再把控制信号送到所述CVA-1000型功率放大模块的控制端，CVA-1000型功率放大模块把输入的220V，50HZ单相交流电，在所述控制信号作用下，调制成具有所期望的频率和电压的高频交流电，输出到所述紫铜电极上；中国专利200410043839.X公开的混凝土渗透性测量装置，它包含试样部分、水管、压力调节器、电机、储液罐、逆止阀、联轴器、测量电路、A/D电路、计算机，其特征在于试样部分上下两端分别与两个水管的一端连通，两个水管的另一端汇接并与储液罐的底部连通，储液罐的上半部通过逆止阀与压力调节器的输出端连接，试样部分的左端、右端分别由导线与测量电路的两个输入端连接，测量电路的输出端与A/D电路的输入端连接，A/D电路的输出端与计算机的数据输入端连接，计算机的输出端与电机的控制端连接，电机的输出端通过联轴器与压力调节器的输入端连接；以上专利产品在测量混凝土抗氯离子渗透性时存在测量结果不直观、测量成本高、测量过程复杂或测量结果不准确等问题。因此，研发设计一种测量过程简单、测量速度快、测量成本低和测量结果精确的混凝土交流电阻测量器，利用交流电实现直观和快速测量混凝土抗氯离子渗透性的功效，具有显著的社会和经济价值。
发明内容：
本实用新型的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发设计一种测量过程简单、测量速度快、测量成本低和测量结果精确的混凝土交流电阻测量器，利用交流电实现直观和快速测量混凝土抗氯离子渗透性的功效。
为了实现上述目的，本实用新型涉及的混凝土交流电阻测量器内部集成有主控CPU、激励电路、测量电路和液晶屏显示电路，主控CPU分别与激励电路、测量电路和液晶屏显示电路电连接，激励电路与测量电路电连接，液晶屏显示电路与外部设置的液晶屏电连接。
本实用新型涉及的激励电路由DDS电路、滤波电路、稳幅电路、扩流电路和输出端口保护电路构成；测量电路由凯尔文检测电路、电压放大电路、电流放大电路、选频电路、程控放大电路、整流电路、采样电路、鉴幅电路和鉴相电路构成。
本实用新型与现有技术相比，能够提供电压为1伏、频率为1000赫兹的交流电，对混凝土试件进行测量，液晶屏上直观便捷的显示电阻值和渗透性，测量过程简便，测试速度快，操作方便，不需要复杂的外部电路，测量时间短，不需要长时间测量通过混凝土试件的电荷数值；其结构简单，测量数据稳定，测量结果准确，便于携带，节能环保，能够避免极化反应和温升过高对测试精度的影响，具有较高的实用价值。
附图说明：
图1为本实用新型的主体结构原理示意图。
图2为本实用新型的功能结构原理示意图。
图3为本实用新型涉及的激励电路的功能结构原理示意图。
图4为本实用新型涉及的DDS电路的功能结构原理示意图。
图5为本实用新型涉及的稳幅电路的功能结构原理示意图。
图6为本实用新型涉及的扩流电路和端口保护电路的功能结构原理示意图。
图7为本实用新型涉及的测量电路的功能结构原理示意图。
图8为本实用新型涉及的凯尔文检测电路的功能结构原理示意图。
图9为本实用新型涉及的程控放大电路的功能结构原理示意图。
图10为本实用新型涉及的采样电路的功能结构原理示意图。
图11为本实用新型涉及的鉴相电路的功能结构原理示意图。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图进一步说明。
实施例1：
本实施例涉及的混凝土交流电阻测量器的内部集成有主控CPU11、激励电路12、测量电路13和液晶屏显示电路14，主控CPU11分别与激励电路12、测量电路13和液晶屏显示电路14电连接，激励电路12与测量电路13电连接，液晶屏显示电路14与外部设置的液晶屏15电连接；其中，主控CPU(中央处理器)11能够监测测量电路13的信号波形、幅度和相位参数，并根据波形特征对通道参数进行调整；主控CPU11数据处理采用前馈神经网络算法，对采样值进行加权分析和数据统计，根据混凝土阻抗谱特性进行数据处理，计算和测定出混凝土试块的抗氯离子渗透性数值，并将渗透性数值送达液晶屏15进行显示；激励电路12由DDS电路121、滤波电路122、稳幅电路123、扩流电路124和输出端口保护电路125构成；激励电路12具有测试速度快，能够避免极化反应和温升过高对测试精度的影响，激励电路12能够产生电压为1伏、频率为1000赫兹的交流信号，为测量电路13提供信号源；DDS电路121为DDS数字频率合成电路，其中的DDS信号发生器U1为AD9833，采用直接数字频率合成(DirectDigital Synthesis，简称DDS)技术，把信号发生器的频率稳定度、准确度提高到与基准频率相当的水平，并且在宽频率范围内进行精细的频率调节，信号源能够工作于调制状态，对输出电平进行调节，以输出各种波形，DDS电路121采用ADI公司的DDS公司的DDS芯片AD9833，信号控制参数由主控CPU11通过SPI端口(PIN6、PIN7和PIN8)输入DDS发生器U1，控制其产生相应正弦信号，DDS电路121产生设定频率和设定振幅的正弦波作为测量电路13的激励信号；稳幅电路123采用AGC自动增益控制电路，将输出信号幅值锁定在预期值上，其中，U2和U3为可变增益运算放大电路，固定增益由电阻R10和R14决定；控制电压由引脚Pin1与Pin2之间的电压差决定，电压差越大，增益越大；根据引脚Pin2所接电位器设置所需的偏置电位；三极管Q1和Q2组成检波电路，再经积分电容C15积分电压，驱动调整引脚Pin1的电位值，从而调整U2和U3的电压增益；引脚Pin4的电位值决定输出电压幅值，分别由电阻R6、R7和电阻R11、R12的分压值决定；扩流电路124和输出端口保护电路125由三极管Q3和Q4构成推挽电路，增大输出电流，以弥补运算放大器输出电流不足的弊端；输出端口保护包括两种保护电路：一是二极管D3和D4起钳位作用，防止端口过压；二是电阻R22和R23对端口电压进行采样，再与电阻R24和R25所设定电压阈值进行比较，当端口触碰外来带电体，且电压幅度超过所设阈值，对主控CPU11产生中断信号进行报警和提示；其中的U4A和U4B均为TL082；测量电路13由凯尔文检测电路131、电压放大电路132、电流放大电路133、选频电路134、程控放大电路135、整流电路136、采样电路137、鉴幅电路138和鉴相电路139构成；凯尔文检测电路131能够实现凯尔文四线检测，测量被测电阻Rt时，在激励回路HF和LF上施加激励信号I，从检测回路HS和LS上测量数值，以显著降低电阻R100和R200对测量值的影响，同时由于检测回路电流极小，电阻R300和R400对测量值影响较小，能够提高测量精度；程控放大电路135中的U17采用ADI公司的高精度数字电位器，结合运算放大电路U18B实现程控放大功能，U18B为TL082，高精度数字电位器的阻值精度为1％，具有10Bit分度，1024档可调阻值，阻值线性度高，能够实现精确的电压放大控制，其中CTL-BUS为主控CPU11控制总线，由主控CPU11设置数字电位器的通道数据，以调整程控放大的增益；采样电路137由积分电容C29进行信号的瞬时采样，三极管Q5进行泄放，输入端和输出端采用运算放大器U15和U16进行隔离；鉴相电路139的比较器U5和U6对信号进行整形，与非门U7和U8构成RS触发器，利用下跳沿触发特性提取两路输入信号的相位差，XTAL2作为时间信号发生器，由计数器记录相位差信号数值，并输入主控CPU11进行统计分析，实现信号相位的鉴别；其中的U5和U6均为TL082，U7、U8、U9、U10、U11、U12、U13和U14均为LVC2G00。
本实施例涉及的混凝土交流电阻测量器使用时，使用外接导线将混凝土交流电阻测量器与放置有混凝土试件的外接试验槽连通，向外接试验槽注入质量百分比浓度为3％的NaCl水溶液，接通电路，混凝土交流电阻测量器输出电压为1伏、频率为1000赫兹的交流信号施加在外接试验槽上并测量和显示混凝土试件的阻抗值，主控CPU11对阻抗值进行数据处理，作为混凝土试件评定抗氯离子渗透性的阻抗值依据，将测量的阻抗值与评定标准中的阻抗值进行比较并评定混凝土试件的渗透性，并在液晶屏15上直观便捷的显示电阻值和渗透性。
Claims (2)
1.一种混凝土交流电阻测量器，其特征在于内部集成有主控CPU、激励电路、测量电路和液晶屏显示电路，主控CPU分别与激励电路、测量电路和液晶屏显示电路电连接，激励电路与测量电路电连接，液晶屏显示电路与外部设置的液晶屏电连接。
2.根据权利要求1所述的混凝土交流电阻测量器，其特征在于激励电路由DDS电路、滤波电路、稳幅电路、扩流电路和输出端口保护电路构成；测量电路由凯尔文检测电路、电压放大电路、电流放大电路、选频电路、程控放大电路、整流电路、采样电路、鉴幅电路和鉴相电路构成。
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