PL236688B1

PL236688B1 - Impedance probe for monitoring the moisture content in building partitions, in particular in brick walls

Info

Publication number: PL236688B1
Application number: PL429219A
Authority: PL
Inventors: Robert WÓJCIK; Robert Wójcik
Original assignee: Univ Warminsko Mazurski W Olsztynie
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2021-02-08
Also published as: PL429219A1

Abstract

Sonda impedancyjna do monitorowania zawartości wilgoci w przegrodach budowlanych, zwłaszcza w murach ceglanych, charakteryzuje się tym, że składa się z cylindrycznego, celulozowego absorbentu - nośnika (1), który ma potencjał wilgoci dostosowany do warunków panujących w murze, w którym umieszczono równolegle dwie elektrody pomiarowe (2) wykonane ze złota lub srebra połączone przewodami (3) z zewnętrznym analizatorem impedancyjnym. W środku cylindrycznego nośnika (1), między elektrodami (2) umieszczono elastyczny wężyk (4), połączony z pompą powietrza poprzez króciec (5) z manometrem (6) i wentylem (7), natomiast od strony manometru (6) zamontowana jest w nośniku (1) gumowa tuleja (8) sprężana przy pomocy motylkowej (9) zamontowanej na gwintowanej części króćca (5) i płytki oporowej (10) z jednej strony oraz podkładki (11) z drugiej. Koniec wężyka (4) jest zaślepiony osłoną, w której znajduje się czujnik temperatury (12), a szczelność wężyka (4) z osłoną czujnika temperatury oraz króćcem (5) zapewniają dwie tuleje zaciskowe (14) ze stożkowo ukształtowaną krawędzią znajdujące się na przeciwległych końcach wężyka. Na zewnętrznej stronie wężyka (4) są nawleczone silikonowe oringi (15), które dzielą wnętrze wężyka (4) na mniejsze komory. Odległość między elektrodami (2) wynosi od 12 do 35 mm. Zewnętrzna warstwa wężyka (4) wykonana jest z lateksu, natomiast wewnętrzna z silikonu. Czujnikiem temperatury (12) jest termistor Pt 100 z dwu- trzy- lub czterożyłowymi przewodami pomiarowymi (13).The impedance probe for monitoring the moisture content in building partitions, especially in brick walls, is characterized by the fact that it consists of a cylindrical, cellulose absorbent - carrier (1), which has a moisture potential adapted to the conditions in the wall, in which two electrodes are placed in parallel measuring devices (2) made of gold or silver, connected with wires (3) to an external impedance analyzer. In the middle of the cylindrical carrier (1), between the electrodes (2), there is a flexible hose (4), connected to the air pump through a stub (5) with a pressure gauge (6) and a valve (7), while on the side of the pressure gauge (6) there is a carrier (1) a rubber sleeve (8) compressed with a butterfly (9) mounted on the threaded part of the stub (5) and a stop plate (10) on one side and a washer (11) on the other. The end of the hose (4) is plugged with a cover containing the temperature sensor (12), and the tightness of the hose (4) with the temperature sensor cover and the connector (5) is ensured by two clamping sleeves (14) with a conical edge located at opposite ends. snake. Silicone O-rings (15) are threaded on the outside of the hose (4), which divide the inside of the hose (4) into smaller chambers. The distance between the electrodes (2) is from 12 to 35 mm. The outer layer of the hose (4) is made of latex, while the inner layer is made of silicone. The temperature sensor (12) is a Pt 100 thermistor with two, three or four-wire measurement cables (13).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sonda impedancyjna przeznaczona do długoterminowego monitorowania stanu wilgotnościowego materiałów w wewnętrznych strefach przegród budowlanych zwłaszcza murów ceglanych w eksploatowanych budynkach, gdzie w przekroju występują zarówno zmienne gradienty wilgoci, jak i temperatury. Znajomość rozkładu i zmian zawartości wilgoci w czasie jest wykorzystywana do oceny przebiegu procesu osuszania budynków, a także w wielu innych przypadkach, do których zalicza się:The subject of the invention is an impedance probe intended for long-term monitoring of the moisture state of materials in internal zones of building partitions, especially brick walls in exploited buildings, where there are both variable moisture and temperature gradients in the cross-section. Knowledge of the distribution and changes in the moisture content over time is used to assess the course of the drying process in buildings, and in many other cases, which include:

- detekcję źródeł zawilgacania przegród,- detection of sources of moisture in partitions,

- ocenę skuteczności wykonanych izolacji przeciwwilgociowych,- assessment of the effectiveness of the performed anti-moisture insulations,

- określanie zgodności stanu wilgotnościowego przegrody z przepisami i ustaleniami technicznymi w zaleceniach projektowych,- determining the compliance of the moisture condition of the partition with the regulations and technical provisions in design recommendations,

- badanie właściwości użytkowych przegród zewnętrznych (ścian, stropodachów, węzłów) przy określaniu wpływu oddziaływaniu środowiska zewnętrznego i wewnętrznego,- testing the performance of external partitions (walls, flat roofs, nodes) in determining the impact of the external and internal environment,

- weryfikację modeli symulacyjnych dotyczących jednoczesnego przepływu ciepła i wilgoci.- verification of simulation models for the simultaneous flow of heat and moisture.

Sonda może być wykorzystana w systemie długoterminowego monitorowania i wczesnego ostrzegania o przekroczeniu dopuszczalnych poziomów zawilgocenia. Pomiary umożliwiają uzyskanie informacji o zmianach zawartości wody w materiale, co w ekstremalnych przypadkach może nawet zapobiegać katastrofie budowlanej. Takie sytuacje mają miejsce np. podczas powolnego procesu utraty monolityczności zapory wodnej, dehermetyzacji zbiornika na wodę, tunelu metra zlokalizowanego w nawodnionym gruncie czy akumulacji wody w warstwach termoizolacyjnych stropodachu.The probe can be used in the system of long-term monitoring and early warning of exceeding the permissible levels of moisture. Measurements provide information on changes in the water content of the material, which in extreme cases can even prevent a construction disaster. Such situations take place, for example, during the slow process of losing the monolithic nature of a water dam, de-encapsulation of a water tank, subway tunnel located in irrigated ground or accumulation of water in the thermal insulation layers of a flat roof.

Znane są sposoby pomiaru zawartości wilgoci w rdzeniu muru polegające na pobraniu materiału techniką wiertniczą lub przez dłutowanie z wnętrza przegrody. Następnie określa się zawartość wilgoci metodą grawimetryczną lub karbidową w pobranym urobku. Jest to niszczący pomiar jednorazowy, który może być kontynuowany przy zastosowaniu sond dotykowych, działających w oparciu o metody elektryczne, jak np.: metodę rezystancyjną, pojemnościową czy mikrofalową. Najczęściej do pomiarów wgłębnych jest stosowana metoda rezystancyjna polegająca na pomiarze impedancji strefy materiału między dwoma, ręcznie przyłożonymi do materiału elektrodami wykonanymi w postaci metalowych sond dotykowych wprowadzanych do otworów wykonanych w przegrodzie w odległości kilku centymetrów. W celu poprawy kontaktu elektrycznego z badanym materiałem stosuje się również metalowe szczotki wykonane ze stali lub mosiądzu. Setki elastycznych i podatnych na odkształcenia drucików poprawiają kontakt elektryczny z pobocznicą otworu w stosunku do pojedynczej, sztywnej elektrody.There are known methods of measuring the moisture content in the core of the wall consisting in taking the material by drilling or chiselling from the inside of the partition. Then, the moisture content is determined by the gravimetric or carbide method in the collected material. It is a destructive one-off measurement that can be continued with the use of touch probes based on electrical methods, such as: resistance, capacitive or microwave methods. The most frequently used method for depth measurements is the resistance method, which consists in measuring the impedance of the material zone between two electrodes hand-applied to the material, made in the form of metal touch probes inserted into the holes made in the partition at a distance of several centimeters. In order to improve the electrical contact with the tested material, metal brushes made of steel or brass are also used. Hundreds of flexible and deformable wires improve electrical contact with the peripheral surface of a single, rigid electrode.

Stosowany jest również sposób polegający na wykorzystaniu otworu wiertniczego do wprowadzenia czujników wilgotności powietrza. Czujniki RH (Relative Humidity) umożliwiają pomiar wilgotności powietrza porowego w zakresie od 0 do 85% wilgotności względnej i na tej podstawie można wnioskować o zawartości wilgoci sorpcyjnej w otaczającym otwór materiale. Jednak badania tego typu nie obejmują pomiarów w zakresie wilgoci ponadsorpcyjnej, która jest szczególnie interesująca z uwagi na negatywne oddziaływanie na strukturę materiału. Do pomiaru zawartości wilgoci w zakresie uwzględniającym również wilgotność ponadsorpcyjną są stosowane metody dielektryczne. Wykorzystuje się tu zależność przenikalności dielektrycznej od zawartości wody w materiale. W praktyce najczęściej jest stosowana odmiana metody dielektrycznej, skrótowo nazywana FD (ang. Frequency Domain), polegająca na pomiarze pojemności kondensatora przytkniętego do powierzchni zewnętrznej przegrody lub wprowadzonego do otworu pomiarowego w materiale. Stosuje się również odmianę metody o nazwie TDR (ang. Time Domain Reflectometry), która polega na pomiarze prędkości rozchodzenia się impulsu elektromagnetycznego wzdłuż falowodu utworzonego z dwóch elektrod pomiarowych. Prędkość przepływał impulsu zależy od stałej dielektrycznej a zatem również od zawartości wilgoci. Czujniki wykorzystywane w tych metodach mają stosunkowo duże gabaryty, co wiąże się z potrzebą wykonania otworów o średnicy przekraczającej znacznie grubość spoiny w murze. Podczas pomiaru czujniki TDR muszą być również otulone zaprawą mineralną, którą wprowadza się do otworu techniką iniekcji, co w praktyce znacznie utrudnia lub uniemożliwia odzyskanie czujników do ponownego zastosowania. Utrudnieniem jest również konieczność zastosowania stosunkowo grubych przewodów pomiarowych co jest podyktowane wysoką częstotliwością przesyłanego sygnału elektrycznego.There is also a method involving the use of a borehole to insert air humidity sensors. RH (Relative Humidity) sensors enable the measurement of pore air humidity in the range from 0 to 85% relative humidity and on this basis it is possible to conclude about the sorption moisture content in the material surrounding the hole. However, tests of this type do not include measurements in the range of superabsorbent moisture, which is particularly interesting due to its negative effect on the structure of the material. Dielectric methods are used to measure the moisture content in the range that also takes into account the superabsorbent humidity. The dependence of the dielectric permittivity on the water content in the material is used here. In practice, the most commonly used variant of the dielectric method, abbreviated as FD (Frequency Domain), consists in measuring the capacitance of a capacitor stuck to the outer surface of the barrier or inserted into the measurement hole in the material. A variant of the method called TDR (Time Domain Reflectometry) is also used, which consists in measuring the speed of propagation of an electromagnetic pulse along a waveguide formed by two measuring electrodes. The speed of the flow of the pulse depends on the dielectric constant and therefore also on the moisture content. The sensors used in these methods have relatively large dimensions, which is related to the need to make holes with a diameter significantly exceeding the thickness of the joint in the wall. During the measurement, TDR sensors must also be covered with a mineral mortar, which is introduced into the hole by injection, which in practice makes it difficult or impossible to recover the sensors for reuse. Another difficulty is the need to use relatively thick test leads, which is dictated by the high frequency of the transmitted electrical signal.

Do pomiarów wilgotności materiałów wykorzystuje się również metodę mikrofalową, polegającą na pomiarze absorbcji energii mikrofal przez wodę występującą w kapilarno-porowatej strukturze materiału. Mierniki mikrofalowe są wykorzystywane głównie w przypadku możliwości usytuowania anten pomiarowych po przeciwległych stronach badanego materiału i wówczas jest to pomiar bezkontaktowy,To measure the moisture content of materials, the microwave method is also used, which consists in measuring the absorption of microwave energy by water present in the capillary-porous structure of the material. Microwave meters are used mainly when it is possible to locate the measurement antennas on opposite sides of the tested material, and then it is a non-contact measurement,

PL 236 688 B1 szczególnie przydatny do kontroli wilgotności materiału przesuwającego się na podajniku taśmowym. Grubość warstwy materiału, w której dokonuje się bezkontaktowego pomiaru wilgotności zależy od mocy generatora i w praktyce nie przekracza kilkunastu centymetrów. Anteny mogą być również zamocowane współosiowo na metalowym trzpieniu wprowadzanym do otworu wiertniczego.Particularly useful for controlling the moisture content of the material moving on a conveyor belt. The thickness of the material layer in which the non-contact humidity measurement is carried out depends on the generator power and in practice does not exceed several centimeters. The antennas may also be coaxially mounted on a metal pin inserted into the borehole.

Są to jednak urządzenia o stosunkowo dużej średnicy wymagające również wykonania odpowiednich otworów, a także zastosowania przewodów pomiarowych o znacznej grubości. W przypadku pomiaru trwającego dłuższy okres czasu metalowa sonda zaburza naturalne pole temperatury i wilgoci, a wyniki pomiarów odnoszą się do uśrednionej zawartości wody w materiale zlokalizowanym między anteną nadawczą i odbiorczą.However, these are devices of relatively large diameters, which also require appropriate holes to be made, as well as the use of test leads of considerable thickness. In the case of a measurement for a longer period of time, the metal probe disturbs the natural temperature and moisture field, and the measurement results refer to the average water content in the material located between the transmitting and receiving antennas.

Według wynalazku sonda impedancyjna do monitorowania zawartości wilgoci w przegrodach budowlanych, zwłaszcza w murach ceglanych, charakteryzuje się tym, że składa się z cylindrycznego, celulozowego absorbentu - nośnika, który ma potencjał wilgoci dostosowany do warunków panujących w murze, w którym umieszczono równolegle dwie elektrody pomiarowe wykonane ze złota lub srebra i połączone przewodami z zewnętrznym analizatorem impedancyjnym. W środku cylindrycznego nośnika, między elektrodami umieszczono elastyczny wężyk, połączony z pompą powietrza poprzez króciec z manometrem i wentylem. Od strony manometru zamontowana jest w nośniku gumowa tuleja sprężana przy pomocy nakrętki motylkowej zamontowanej na gwintowanej części króćca i płytki oporowej z jednej strony oraz podkładki z drugiej strony, a koniec wężyka jest zaślepiony osłoną, w której znajduje się czujnik temperatury. Szczelność wężyka z osłoną czujnika temperatury oraz króćcem zapewniają dwie tuleje zaciskowe ze stożkowo ukształtowaną krawędzią znajdujące się na przeciwległych końcach wężyka, przy czym na zewnętrznej stronie wężyka są nawleczone silikonowe oringi, które dzielą wnętrze wężyka na mniejsze komory. Zewnętrzna warstwa wężyka wykonana jest z lateksu, natomiast wewnętrzna z silikonu. Korzystnym jest gdy odległość między elektrodami wynosi od 12 do 35 mm, a czujnikiem temperatury jest termistor Pt 100 z dwu- trzy- lub czterożyłowymi przewodami pomiarowymi.According to the invention, the impedance probe for monitoring the moisture content in building partitions, especially in brick walls, is characterized by the fact that it consists of a cylindrical, cellulose absorbent - a carrier that has a moisture potential adapted to the conditions in the wall, in which two measuring electrodes are placed in parallel made of gold or silver and wired to an external impedance analyzer. In the center of the cylindrical support, between the electrodes, a flexible tube is placed, connected to the air pump through a connector with a pressure gauge and a valve. On the pressure gauge side, a rubber compression sleeve is mounted in the carrier by means of a wing nut mounted on the threaded part of the stub pipe and a thrust plate on one side and a washer on the other side, and the end of the hose is closed with a cover with a temperature sensor inside. The tightness of the hose with the temperature sensor cover and the connector is ensured by two clamping sleeves with a conically-shaped edge located at the opposite ends of the hose, while on the outer side of the hose there are threaded silicone o-rings that divide the inside of the hose into smaller chambers. The outer layer of the hose is made of latex, while the inner one is made of silicone. Preferably the distance between the electrodes is 12 to 35 mm and the temperature sensor is a Pt 100 thermistor with two, three or four wire measuring leads.

Zastosowanie sondy z pośrednim absorbentem, charakteryzującym się stabilną wilgotnością równowagową rozwiązuje problem występowania niejednorodności struktury. W murze, który najczęściej zakwalifikuje się jako struktura kapilarno-porowato-szczelinowa występują różne formy związku wody z badanymi materiałami. Woda jest związana fizykochemicznie jak również fizykomechanicznie. Efektywna zawartość wilgoci w celulozie odnosi się do całego zakresu wilgotności poszczególnych jednostek murowych.The use of a probe with an intermediate absorbent characterized by a stable equilibrium humidity solves the problem of structure heterogeneity. In the wall, which is most often classified as a capillary-porous-fracture structure, there are various forms of water relationship with the tested materials. Water is bound physicochemically as well as physicomechanically. The effective moisture content of cellulose refers to the entire range of humidity of the individual masonry units.

Zaletą sondy jest jej impedancyjny charakter, co umożliwia miniaturyzację czujników wilgoci oraz zastosowanie stosunkowo cienkich przewodów pomiarowych w porównaniu np. z czujnikami stosowanymi w metodzie dielektrycznej czy mikrofalowej.The advantage of the probe is its impedance nature, which allows the miniaturization of moisture sensors and the use of relatively thin test leads compared to e.g. sensors used in the dielectric or microwave method.

Dzięki zastosowaniu podatnych elektrod drutowych w osłonie z absorbentu celulozowego, pomiar może być realizowany długotrwale w stabilnych warunkach kontaktu elektrycznego z badanym ośrodkiem. Modyfikowana celuloza w zetknięciu np. z murem utrzymuje równowagowo wyższy w stosunku do badanego materiału poziom zawartości wilgoci z uwagi na wyższą wilgociochłonność (wyższy potencjał wilgoci). Dzięki temu uzyskuje się większe natężenia przepływu prądu, co jest szczególnie istotne w przypadku materiałów dielektrycznych charakteryzujących się bardzo niską wilgociochłonnością. Zwiększony przepływ nośników prądu niweluje wpływ zakłóceń, szumów występujących w materiałach charakteryzujących się bardzo wysoką wartością impedancji - wykraczającą niejednokrotnie poza zakres pomiarowy aparatury. Ma to istotne znaczenie dla poprawnej interpretacji wyników i szacowania niepewności pomiarów.Thanks to the use of flexible wire electrodes in a cellulose absorbent sheath, the measurement can be carried out for a long time in stable conditions of electrical contact with the test medium. In contact with, for example, a wall, the modified cellulose maintains a higher level of moisture content in relation to the tested material due to the higher moisture absorption (higher moisture potential). As a result, higher current flow rates are obtained, which is particularly important in the case of dielectric materials with very low moisture absorption. The increased flow of current carriers reduces the influence of interferences, noise occurring in materials characterized by a very high impedance value - often exceeding the measuring range of the apparatus. It is important for the correct interpretation of the results and estimation of measurement uncertainty.

Zastosowanie celulozy jako ośrodka pośredniego poprawia kontakt elektrod z pobocznicą otworu, która w przypadku stosowania techniki wiertniczej jest zmiennie ukształtowana. Rozwiązano problem różnorodności form występowania wilgoci wynikającej z niejednorodnej budowy ośrodka kapilarno-porowato-szczelinowego, zmiennego składu chemicznego, stan mechanicznego, zawartości elektrolitów, zmiennej tekstury i chropowatości.The use of cellulose as an intermediate medium improves the contact of the electrodes with the side of the hole, which in the case of using the drilling technique is variable in shape. The problem of the variety of forms of moisture occurrence resulting from the heterogeneous structure of the capillary-porous-fracture medium, variable chemical composition, mechanical condition, electrolyte content, variable texture and roughness was solved.

Dzięki zastosowaniu sondy impedancyjnej eliminuje się błędy występujące podczas pomiarów polegających na każdorazowym wprowadzaniu sond dotykowych do otworu wiertniczego i zmianie miejsc styku z materiałem. Powierzchnia pobocznicy otworu jest pokryta nierównościami utrudniającymi bezpośredni kontakt z elektrodami. W przypadku stosowania twardych elektrod metalowych lub szczotkowych określenie obszarów rzeczywistego kontaktu w konsekwencji miarodajnej impedancji jest obarczone trudnym do zdefiniowania błędem. W przypadku zastosowania materiału pośredniego w postaciThanks to the use of an impedance probe, errors occurring during measurements are eliminated, consisting in inserting touch probes into the borehole and changing the places of contact with the material. The surface of the side of the hole is covered with irregularities that prevent direct contact with the electrodes. In the case of using hard metal or brush electrodes, determining the areas of real contact as a consequence of the reliable impedance is burdened with an error that is difficult to define. In the case of using an intermediate material in the form of

PL 236 688 B1 podatnej celulozy stale dociskanej do pobocznicy przez pneumatyczny korek przepływ sygnału napięciowego jest stabilny.Due to the compliant cellulose continuously pressed against the side surface by the pneumatic plug, the flow of the voltage signal is stable.

W sondzie rozwiązano problem stabilności kontaktu elektrod z badanym materiałem przez zastosowanie pneumatycznego korka oraz stabilnego mocowania sondy w otworze przy pomocy tulei rozporowej. Pneumatyczny korek dostosowując się do kształtu pobocznicy otworu i ze stałą siłą wywiera nacisk na celulozę zapewniając uszczelnienie pobocznicy otworu. W konsekwencji eliminuje procesy hydratacji i dehydratacji powierzchniowej, jak również procesy suszarnicze, które występują w przypadku braku uszczelnienia. Wilgotność absorbentu w momencie wprowadzania do otworu pomiarowego może być dostosowana do wilgotności materiału pobranego podczas wykonywania otworu wiertniczego, co znacznie skraca czas kondycjonowania, podczas którego dochodzi do wyrównywania potencjałów wilgoci na styku absorbent-materiał. Z uwagi na dowolność lokalizowania i doboru długości sond drutowych w celulozie zakres pomiarowy impedancji może być dostosowany do dowolnej aparatury pomiarowej wykorzystującej zróżnicowane spektra parametrów pola elektrycznego jak również czasu jego przyłożenia.The problem of the stability of the contact of electrodes with the tested material was solved in the probe by using a pneumatic plug and a stable fixing of the probe in the hole with an expansion sleeve. The pneumatic plug adjusts to the shape of the side surface of the hole and exerts a constant force on the cellulose ensuring sealing of the side surface of the hole. Consequently, it eliminates the processes of surface hydration and dehydration, as well as drying processes that occur in the absence of sealing. The absorbent humidity at the moment of introducing it into the measuring hole can be adjusted to the humidity of the material collected during the drilling of the borehole, which significantly shortens the conditioning time, during which the moisture potentials equalize at the absorbent-material interface. Due to the freedom in locating and selecting the length of wire probes in cellulose, the impedance measuring range can be adapted to any measuring apparatus using various spectra of electric field parameters as well as the time of its application.

Równolegle prowadzony pomiar temperatury umożliwia przeprowadzenie pełnej kalibracji wynikającej z występowania gradientów temperatury. Ma to istotne znaczenie, gdyż w wilgotnym ośrodku kapilarno-porowatym za przewodnictwo elektryczne odpowiadają elektrolity. Występowanie gradientu temperatury znacznie komplikuje pomiary. Wiadomo, że ze wzrostem temperatury opór właściwy podatnych na elektrolizę elektrolitów na ogół maleje, natomiast w metalowych elektrodach i przewodach pomiarowych jest odwrotnie. Problem ten rozwiązano przez pomiar temperatury w miejscu pomiaru wilgotności.Parallel temperature measurement enables full calibration resulting from the occurrence of temperature gradients. It is important because in a moist capillary-porous medium, electrolytes are responsible for the electrical conductivity. The presence of a temperature gradient significantly complicates the measurements. It is known that with increasing temperature the specific resistance of electrolytes susceptible to electrolysis generally decreases, while in metal electrodes and test leads the opposite is true. This problem was solved by measuring the temperature at the place where the humidity was measured.

Wydłużenie trwałości uzyskano dzięki zastosowaniu złotych elektrod lub srebrnych pozłacanych, a także silikonowej osłony lateksowej przepony korka pneumatycznego zapewniającej długotrwały i stabilny kontakt czujnika z ośrodkiem zawierającym elektrolity. Wyeliminowano tym samym proces roztwarzania (rozpuszczania chemicznego), które mogłoby wystąpić w środowisku zawierającym elektrolity pod wpływem przyłożonego napięcia.Extending the service life was achieved thanks to the use of gold or silver gold-plated electrodes, as well as a silicone latex cover of the pneumatic plug diaphragm ensuring long-term and stable contact of the sensor with the medium containing electrolytes. Thus, the dissolution process (chemical dissolution) that could occur in the environment containing electrolytes under the influence of the applied voltage was eliminated.

Konstrukcja czujnika zapewnia poza wymaganą dokładnością i odpornością korozyjną również niski pobór mocy wynikający z czasu reakcji, a także stabilność wyników przy długotrwałym kontakcie z materiałem, czyli niski dryft rozumiany jako niezależność wskazań od czasu trwania pomiaru. Właściwość ta jest związana głównie ze stabilnością kontaktu elektrod z badanym materiałem.The design of the sensor, apart from the required accuracy and corrosion resistance, also ensures low power consumption resulting from the reaction time, as well as the stability of the results during long-term contact with the material, i.e. low drift understood as the independence of indications from the duration of the measurement. This property is mainly related to the stability of the electrode contact with the tested material.

Przedmiot wynalazku zostanie przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 pokazuje sondę w przekroju poprzecznym.The subject of the invention will be illustrated in the drawing in which Fig. 1 shows the probe in cross-section.

Sonda impedancyjna do monitorowania zawartości wilgoci w przegrodach budowlanych składa się z cylindrycznie ukształtowanego absorbentu celulozowego - nośnika 1, który ma potencjał wilgoci dostosowany do warunków panujących w murze, pełniącego również funkcję nośnika elektrod 2. Absorbent jest wykonany z modyfikowanej, dwuwarstwowej celulozy grubości ok. 0,5:1,0 mm, w której umieszczono równolegle dwie elektrody pomiarowe 2 wykonane ze złota lub srebra połączone przewodami 3 z zewnętrznym analizatorem impedancyjnym. Odległość między elektrodami wynosi od 12 do 35 mm. W środku cylindrycznego nośnika 1, między elektrodami 2 umieszczono elastyczny wężyk 4, który po wypełnieniu powietrzem spełnia funkcję korka wypełniającego cały otwór wiertniczy. Przepona korka jest dwustronna, a jego zewnętrzna warstwa wykonana jest z lateksu, natomiast wewnętrzna z silikonu. Wężyk 4 połączony jest z pompą powietrza poprzez króciec 5 z manometrem 6 i wentylem 7. Po wypełnieniu powietrzem przepona korka wywiera stałe parcie na celulozowy absorbent, jak również zapobiega parowaniu wilgoci z muru do wnętrza otworu wiertniczego. Stabilizację całej sondy w otworze zapewnia gumowa tuleja 8, która sprężana przy pomocy obrotów nakrętki motylkowej 9 na gwintowanej części króćca 5 i płytki oporowej 10 z jednej strony oraz podkładki 11 z drugiej, zaciska się na ściankach przy wlocie otworu wiertniczego. Koniec wężyka jest zaślepiony osłoną, w której znajduje się czujnik temperatury 12 np. termistor Pt 100 z dwu- trzy- lub czterożyłowymi przewodami pomiarowymi 13. Ilość przewodów zależy od odległości usytuowania urządzenia pomiarowego. Szczelność wężyka 4 z osłoną czujnika temperatury oraz króćcem 5 zapewniają dwie tuleje zaciskowe 14, ze stożkowo ukształtowaną krawędzią w celu zabezpieczenia przed przebiciem pneumatycznej poduszki 4. Tuleje zaciskowe 14 znajdują się na przeciwległych końcach wężyka zapewniając jego szczelność. Jedna tuleja 14 uszczelnia połączenie z obudową czujnika temperatury 12, natomiast druga tuleja uszczelnia połączenie z króćcem 5. W celu ograniczenia wymiany ciepła wewnątrz napełnionej powietrzem przepony, na zewnętrznej stronie wężyka 4 są nawleczone silikonowe oringi 15, które dzielą wnętrze wężyka 4 na mniejsze komory w celu ograniczenia wymiany ciepłaThe impedance probe for monitoring the moisture content in building partitions consists of a cylindrically shaped cellulose absorbent - carrier 1, which has a moisture potential adapted to the conditions in the wall, which also acts as an electrode carrier 2. The absorbent is made of modified, two-layer cellulose with a thickness of approx. , 5: 1.0 mm, in which two measuring electrodes 2 made of gold or silver are placed in parallel and connected by wires 3 to an external impedance analyzer. The distance between the electrodes is 12 to 35 mm. In the center of the cylindrical support 1, between the electrodes 2 there is a flexible tube 4, which, when filled with air, acts as a plug filling the entire borehole. The cork diaphragm is double-sided and its outer layer is made of latex, while the inner one is made of silicone. The tubing 4 is connected to the air pump through a stub pipe 5 with a pressure gauge 6 and a valve 7. After filling with air, the plug diaphragm exerts a constant pressure on the cellulose absorbent and also prevents evaporation of moisture from the masonry into the borehole. The stabilization of the entire probe in the bore is provided by a rubber sleeve 8, which is compressed by the rotation of the wing nut 9 on the threaded part of the stub 5 and the thrust plate 10 on one side and the washers 11 on the other, clamped on the walls at the entrance of the borehole. The end of the hose is blanked with a cover with a temperature sensor 12, eg a Pt 100 thermistor with two, three or four-core measuring leads 13. The number of leads depends on the distance of the measuring device. The tightness of the hose 4 with the temperature sensor cover and the stub pipe 5 is ensured by two compression sleeves 14 with a conically shaped edge in order to prevent puncture of the pneumatic cushion 4. The compression sleeves 14 are located at the opposite ends of the hose ensuring its tightness. One sleeve 14 seals the connection with the housing of the temperature sensor 12, while the other sleeve seals the connection with the stub pipe 5. In order to limit the heat exchange inside the air-filled diaphragm, on the outside of the hose 4, silicone O-rings 15 are strung, which divide the inside of the hose 4 into smaller chambers in to reduce heat transfer

PL 236 688 B1 wewnątrz pneumatycznej poduszki. Ilość oringów nawleczonych na wężyk 4 i rozmieszczonych co 3:4 cm zależy od długości otworu pomiarowego.PL 236 688 B1 inside a pneumatic cushion. The number of O-rings threaded on the tube 4 and spaced every 3: 4 cm depends on the length of the measuring hole.

Działanie sondy jest następujące.The operation of the probe is as follows.

W celu przeprowadzenia kontroli skuteczności izolacji przeciwwilgociowych wykonanych w murze o grubości 51 cm zabytkowego budynku, wykonuje się w spoinie ponad wykonaną blokadą strukturalną otwór wiertniczy o średnicy 0 10 mm i głębokości 25 cm. Z urobku powstającego podczas wiercenia pobiera się 10 gramów materiału próbnego i umieszcza w zlewce. Następnie dopełnia wodą destylowaną do 100 ml i miesza pałeczką szklaną przez pół minuty. Po odczekaniu ok. 5 minut w celu umożliwienia osadzenia się stałych materiałów roztwór filtruje się przez bibułę. Klarownym roztworem nasącza się celulozowy czujnik w ilości 1/20 ml/cm² (jedna kropla) nośnika. Pozostałą ilość roztworu poddaje się badaniom na zawartość jonów chlorkowych, siarczanowych i azotanowych w celu określenia współczynników korekcyjnych zależności wilgotności materiału w funkcji impedancji. Po nasączeniu czujnika roztworem sondę wprowadza się do otworu pomiarowego i stabilizuje przez rozprężenie gumowej tulei 8 za pomocą nakrętki motylkowej 9. Pompką ręczną lub elektryczną, przez wentyl 7 wprowadza się powietrze do momentu uzyskania wskazania na manometrze wartości ciśnienia 0,05 MPa ± 0,005. Za pomocą miernika odczytuje się wartość impedancji oraz temperatury. Właściwe pomiary uzyskuje się po upływie około 24 godzin, tj. po ustabilizowaniu się naturalnych gradientów wilgoci oraz temperatury. Kolejne pomiary wykonywane w okresie 6 miesięcy pozwalają ocenić skuteczność wykonanych izolacji przeciwwilgociowych.In order to check the effectiveness of anti-moisture insulations made in the wall 51 cm thick of a historic building, a drilling hole with a diameter of 0 10 mm and a depth of 25 cm is made in the joint above the structural blockade. 10 grams of sample material are taken from the excavated material and placed in a beaker. Then it is made up to 100 ml with distilled water and stirred with a glass stick for half a minute. After waiting for about 5 minutes, the solution is filtered through paper to allow the solids to settle. The clear solution is soaked in the cellulose sensor in the amount of 1/20 ml / cm ² (one drop) of the carrier. The remaining amount of the solution is tested for the content of chloride, sulphate and nitrate ions in order to determine the correction factors for the dependence of material moisture in the function of impedance. After the sensor is soaked with the solution, the probe is inserted into the measuring hole and stabilized by decompressing the rubber sleeve 8 with the wing nut 9. By means of a manual or electric pump, air is introduced through the valve 7 until the pressure value is indicated by 0.05 MPa ± 0.005 on the manometer. The meter reads the value of impedance and temperature. Correct measurements are obtained after approximately 24 hours, i.e. after the natural gradients of moisture and temperature have stabilized. Subsequent measurements carried out over a period of 6 months allow to assess the effectiveness of the anti-moisture insulations.

Modyfikacja celulozy słabymi elektrolitami odgrywa istotną rolę w warunkach występowania rozpuszczalnych soli, gdzie w obecności wiązań jonowych występuje możliwość niesprężystego przesuwania się jonów, co skutkuje powstawaniem makroskopowego momentu dipolowego o trudnych do ustalenia granicach czasowych. Wstępne nasycenie celulozy minimalizuje te zjawiska i pozytywnie wpływa na stabilizację właściwości obszarów przyelektrodowych ograniczając procesy starzeniowe elektrod wynikające z dekoncentracji rozpuszczalnych soli. Efekt starzenia się elektrod uzyskano przez zastosowanie chemoodpornych materiałów typu złoto lub pozłacane srebro.Modification of cellulose with weak electrolytes plays an important role in the conditions of the presence of soluble salts, where in the presence of ionic bonds there is a possibility of inelastic shifting of ions, which results in the formation of a macroscopic dipole moment with difficult to determine time limits. Pre-saturation of cellulose minimizes these phenomena and has a positive effect on the stabilization of the properties of the electrode areas, limiting the aging processes of the electrodes resulting from the deconcentration of soluble salts. The aging effect of the electrodes was achieved by using chemically resistant materials such as gold or gold-plated silver.

Sonda pozwala na monitorowanie zawartości wilgoci we wnętrzu przegrody za pomocą rejestracji impedancji i temperatury absorbentu celulozowego, stykającego się z badanym materiałem, którego długotrwale stabilne przyleganie do materiału zapewnia korek pneumatyczny o regulowanym ciśnieniu powietrza. Celuloza jest zmodyfikowana przez nasycenie bardzo słabymi elektrolitami, zbliżonymi składem do warunków panujących w badanym materiale. Wstępne nasycenie celulozy ogranicza do minimum migrację elektrolitów między celulozą a badanym ośrodkiem, a w konsekwencji likwiduje dryft sygnału pomiarowego. Podatna na odkształcenia celuloza oraz swobodnie odkształcalne drutowe elektrody poddane parciu elastycznej przepony korka, zapewniają kontakt hydrauliczny z badanym materiałem.The probe allows you to monitor the moisture content inside the partition by registering the impedance and temperature of the cellulose absorbent in contact with the tested material, whose long-term stable adhesion to the material is ensured by a pneumatic plug with regulated air pressure. Cellulose is modified by saturation with very weak electrolytes, with a composition similar to the conditions in the tested material. Initial cellulose saturation minimizes the migration of electrolytes between the cellulose and the test medium, and consequently eliminates the drift of the measuring signal. Cellulose susceptible to deformation and freely deformable wire electrodes, subjected to the pressure of the elastic diaphragm of the cork, ensure hydraulic contact with the tested material.

Elementem nośnym sondy jest napełniany powietrzem wąż lateksowo-silikonowy. Na wężu o długości dostosowanej do grubości muru może być zainstalowanych kilka zestawów czujników wilgotności i temperatury. Z uwagi na niską przewodność cieplną lateksu, silikonu oraz powietrza, pneumatyczny korek szczelnie wypełniający wnętrze otworu zapewnia stabilność naturalnie kształtujących się w przegrodzie gradientów temperatury i wilgotności. Dodatkowo na wężu znajdują się silikonowe oringi, które rozdzielają wnętrze korka na kilkucentymetrowej długości komory ograniczające cyrkulację powietrza we wnętrzu korka.The probe carrying element is an air-filled latex-silicone hose. Several sets of humidity and temperature sensors can be installed on the hose with a length adapted to the wall thickness. Due to the low thermal conductivity of latex, silicone and air, the pneumatic plug tightly filling the inside of the hole ensures the stability of the naturally forming temperature and humidity gradients in the partition. In addition, there are silicone O-rings on the hose, which separate the inside of the plug on a few centimeters long chambers, limiting air circulation inside the plug.

Claims

Patent claim

1. Impedance probe for monitoring the moisture content in building partitions, especially in brick walls, characterized by the fact that it consists of a cylindrical, cellulose absorbent - carrier (1), which has a moisture potential adapted to the conditions prevailing in the wall, in which two parallel measuring electrodes (2) made of gold or silver connected by wires (3) to an external impedance analyzer, where in the center of the cylindrical carrier (1), between the electrodes (2) there is a flexible hose (4), connected to the air pump through a connector (5) ) with a pressure gauge (6) and a valve (7), while on the pressure gauge (6) side, a rubber sleeve (8) is mounted in the carrier (1), compressed with a wing nut (9) mounted on the threaded part of the stub pipe (5) and a thrust plate (10) on one side and washers (11) on the other, and the end of the tubing

PL 236 688 Β1 (4) is blinded with a cover with a temperature sensor (12), and the tightness of a hose (4) with a temperature sensor cover and a stub (5) is ensured by two clamping sleeves (14) with a conically-shaped edge located on the at opposite ends of the tube, with the outer side of the tube (4) strung with silicone O-rings (15), which divide the interior of the tube (4) into smaller chambers.