JP2021025793A - コンクリート構造物用水分センサおよび水分量検出方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本実施形態に係る水分センサ100の概略構成を示す図である。水分センサ100は、柱状に形成された誘電体3と、誘電体3の対向する表面に設けられ、耐腐食性の材料で形成された一対以上の電極5と、各電極5に接続され通電部を構成するリード線7と、を備え、誘電体の含水率に応じて変化する静電容量、インピーダンス、誘電正接等の電気特性値を検出する。リード線7は、半田で電極5に接着されている。リード線7を計測器9に接続し、交流電界を印加することにより、誘電体3の電気特性値を検出する。
水分センサを測定対象コンクリート構造物の表面または内部に設置する。設置する際に、電極に接続されたリード線は、測定対象コンクリート構造物の側面から外部へ出しておく。リード線をLCRメーター等の測定器に接続する。また、水分センサは、コンクリート構造物の表面にボルトで固定するなどして、設置しても良い。
本実施形態に係る水分センサは、交流電圧下、周波数一定下において、誘電体の静電容量(C)、比誘電率(εr)、インピーダンス(Z)、誘電正接(tanδ)と水分量との相関性から、測定対象となるコンクリート構造物のコンクリートの水分量を検出する。
εr=ε/ε0 ・・・(式1)
εr:誘電体の比誘電率
ε:誘電体の誘電率(F/m)
ε0:真空の誘電率,約8.854×10−12(F/m)
C=ε×S/d ・・・(式2)
C:誘電体の静電容量(F)
S:電極面積(m2)
d:電極間距離(m)
⇒εr=C×d/(S×ε0)
C=2π×ε×L/log(d2/d1) ・・・(式3)
ε:誘電体の誘電率(F/m)
L:長さ(m)
d1:内径半径(m)
d2:外形半径(m)
⇒εr=C×log(d2/d1)/(2π×L×ε0)
図4は、本実施例で使用する水分センサの概要を示す図である。本実施例では、図4に示す水分センサを用いて、実際に、コンクリート試験体内部の水分量の測定を行った。
材質SUS304、厚さ2.0mm、幅10mmの金属板を用いて、外径32mmのリング形状の外側電極を作製し、同じ材質で、厚さ1.0mm、幅10mmの外径8.2mmのリング形状の内側電極を作製し、内側電極を外側電極の中央に配置する。次に、2つの電極間に形成された空間に、モルタルを充填し、誘電体を形成した。
水分センサの含水率と電気特性値の相関性について説明する。まず、水分センサの含水率と電気的特性との相関データを採取した。
W:水分量
a:事前に水分センサの各含水率における周波数と静電容量または比誘電率の関係から算出した傾き係数
X:測定対象となるコンクリート試験体に埋設された水分センサにて測定して得られたデータから算出した周波数と静電容量または比誘電率の関係から算出した傾き
リング状に形成された水分センサの外側と内側の電極に、リード線を半田で接着した。水分センサは、φ50×20mmの型枠の中央に配置し、リード線を型枠の上面から出した状態とし、本型枠を用いて、水分センサが埋設されたコンクリート試験体を作製した。
図12は、本実施例にかかる水分センサをコンクリート試験体に埋設した状態を示す概要図である。コンクリート試験体の上面のリード線をLCRメーター(キーサイト社製:型式U1733C)に接続し、周波数1kHzにおいて、静置後の水分センサの静電容量、インピーダンスおよび誘電正接を測定した。また、静電容量については、周波数100Hz、100kHzについても測定を行い、周波数と静電容量の関係から傾きを算出した。なお、比誘電率については、上述の関係式から計算により算出した。
次に、事前に評価した水分センサ内部の含水率と静電容量、比誘電率、インピーダンスおよび誘電正接との関係から水分量を算出した。表1に測定結果を示す。
3 誘電体
5 電極
7 リード線、通電部
9 計測器、LCRメーター
Claims (8)
- コンクリートの水分量を検出する水分センサであって、
柱状に形成された誘電体と、
前記誘電体の対向する表面に設けられ、耐腐食性の材料で形成された一対以上の電極と、
前記各電極に電気的に接続された通電部と、を備えることを特徴とする水分センサ。 - 前記誘電体は、セメント硬化体またはセラミックスであることを特徴とする請求項1記載の水分センサ。
- 前記誘電体は、中空の円筒状に形成され、前記電極は、前記中空の円筒状に形成された誘電体の外周面および内周面に設けられたことを特徴とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の水分センサ。
- コンクリート構造物の表面または内部に設置され、前記コンクリートの水分量を検出する水分検出方法であって、
請求項1から請求項3のいずれかに記載の水分センサを前記コンクリートの表面または内部に設置し、
前記水分センサに交流電界を印加し、
前記水分センサの電気特性値の変化とコンクリートの水分量との相関性に基づいて、前記コンクリートの水分量を検出することを特徴とする水分検出方法。 - 前記水分センサから得られた、前記交流電界の任意の周波数における静電容量値または比誘電率の値と水分量との関係に基づいて、前記コンクリートの水分量を検出することを特徴とする請求項4記載の水分検出方法。
- 前記水分センサから得られた、前記交流電界の各周波数に対する静電容量値または比誘電率の値の傾きと水分量との相関性から水分量を検出することを特徴とする請求項4記載の水分検出方法。
- 前記水分センサから得られた、前記交流電界の任意の周波数におけるインピーダンスの値と水分量との関係に基づいて、前記コンクリートの水分量を検出することを特徴とする請求項4記載の水分検出方法。
- 前記水分センサから得られた、前記交流電界の任意の周波数における誘電正接値と水分量との関係に基づいて、前記コンクリートの水分量を検出することを特徴とする請求項4記載の水分検出方法。
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