專利名稱：壓敏水泥基材料的壓敏性能測試方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種應用于智能土木材料與結構體系的壓敏性能測試方法。
背景技術：
1989年，美國D.D.L.Chung教授發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的水泥基材料摻入短切碳纖維后，所制成的碳纖維水泥基復合材料在荷載的作用下，體積電阻會產生有規(guī)律的變化，因此碳纖維水泥基材料能夠通過電阻率的變化感知自身的應力、應變和損傷，即具有壓敏性。其它導電材料，如碳黑、石墨以及納米粒子等與水泥基材料復合，或者這些功能組分中的某幾種與水泥基材料復合也同樣具有這種壓敏特性。由于壓敏水泥基材料具有壓敏性靈敏度高、耐久性好、造價低等特點，利用其既可開發(fā)水泥基壓敏傳感器制品，也可發(fā)展結構與自感知功能一體化的本征壓敏結構。因此在混凝土結構的應力、應變、鋼筋銹蝕監(jiān)測，車輛稱重，交通測速等領域均有著廣泛的應用前景。
對于壓敏水泥基材料，用于建立壓敏關系的相關電學信號包括直流電壓、直流電阻、交流電壓、交流阻抗、電容等，其中直流電阻，即體積電阻與力學性能之間的關系最為直接、明確，而且其測試方法也較為簡單。對于壓敏水泥基材料及其傳感器制品直流電阻的測試，必然涉及到電極的使用，電極是聯(lián)系被測對象和測試儀表的橋梁，它的材料、制作形式直接決定了電阻測試方法，同時也間接決定了直流電阻測量結果的精確度和真實性。已有的電極材料及其制作形式，均不同程度地存在價格昂貴、制作復雜、與基體相容性差、耐久性及準確性低等問題。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種壓敏水泥基材料的壓敏性能測試方法，以克服現(xiàn)有測試方法的測試電極價格昂貴、制作復雜、與基體相容性差、耐久性及準確性低等缺陷。本發(fā)明通過下述步驟實現(xiàn)一、將四片網(wǎng)狀金屬電極1相互平行設置，用壓敏水泥基材料包埋四片網(wǎng)狀金屬電極1后凝固成整體，每兩片網(wǎng)狀金屬電極1中間間隔有壓敏水泥基材料；二、在位于外側的兩片網(wǎng)狀金屬電極1間施加直流電壓E，測量并計算位于內側的兩片網(wǎng)狀金屬電極1間壓敏水泥基材料的第一電阻R1；三、在垂直于四片網(wǎng)狀金屬電極1的方向施加壓力G；四、測量并計算出位于內側的兩片網(wǎng)狀金屬電極1間壓敏水泥基材料的第二電阻R2；五、確定壓力G與電阻變化率的關系。由于網(wǎng)狀金屬電極1埋入在壓敏水泥基材料中，與壓敏水泥基材料相容性和結合性好，不僅接觸電阻小，而且可以受到壓敏水泥基材料的保護，加之其本身良好的耐腐蝕性，其耐久性好。由于結構簡單，所以價格低廉、制造工藝簡單。本發(fā)明的電阻測試具有精度高、簡單方便的優(yōu)點，數(shù)據(jù)采集和處理具有電路簡單、可靠、可數(shù)字化、低成本、高精度、實時在線、可多通道采集等優(yōu)點?？梢詮V泛應用于水泥基材料壓敏性能研究和工程實際應用，在水泥基壓敏傳感器制品性能研究與標定以及壓敏結構性能研究與工程實際應用等方面以及其它基體的壓敏復合材料、功能水泥基材料的直流電學信號采集等方面具有廣闊的應用前景和實用價值。
圖1是本發(fā)明實施方式一的示意圖，圖2是實施方式三的結構示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一下面結合圖1具體說明本實施方式。本實施方式通過下述步驟實現(xiàn)一、將四片網(wǎng)狀金屬電極1相互平行設置，用壓敏水泥基材料包埋四片網(wǎng)狀金屬電極1后凝固成整體，每兩片網(wǎng)狀金屬電極1中間間隔有壓敏水泥基材料；二、在位于外側的兩片網(wǎng)狀金屬電極1間施加直流電壓E，測量并計算位于內側的兩片網(wǎng)狀金屬電極1間的第一電阻R1；三、在垂直于四片網(wǎng)狀金屬電極1的方向施加壓力G；四、測量并計算出位于內側的兩片網(wǎng)狀金屬電極1間壓敏水泥基材料的第二電阻R2；五、確定壓力G與電阻變化率的關系。
具體實施方式
二下面結合圖1具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式一的不同點是在步驟二中，在位于外側的兩片網(wǎng)狀金屬電極1間施加直流電壓E并測量二者間壓敏水泥基材料中的電流I1，同時測量位于內側的兩片網(wǎng)狀金屬電極1間的電壓U1；計算位于內側的兩片網(wǎng)狀金屬電極1間壓敏水泥基材料的第一電阻R1，R1＝U1/I1；在步驟四中，測量兩片網(wǎng)狀金屬電極1間壓敏水泥基材料中的電流I2，同時測量位于內側的兩片網(wǎng)狀金屬電極1間的電壓U2，計算位于內側的兩片網(wǎng)狀金屬電極1間壓敏水泥基材料的第二電阻R2；其它步驟與實施方式一相同。
具體實施方式
三下面結合圖2具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式二的不同點是在步驟二中把直流電壓施加在標準參比電阻R3和與標準參比電阻R3組成串聯(lián)回路的位于外側的兩片網(wǎng)狀金屬電極1間，提取標準參比電阻R3兩端電壓U3，使用一號信號放大電路2和一號A/D轉換電路3對電壓U3進行處理，然后輸入微處理器或計算機4中，同時提取位于內側的兩片網(wǎng)狀金屬電極1間的電壓U4，使用二號信號放大電路5和二號A/D轉換電路6對電壓U4進行處理，然后輸入微處理器或計算機4中，計算位于內側的兩片網(wǎng)狀金屬電極1間壓敏水泥基材料的第一電阻R1，R1＝U4×R3/U3；在步驟四中提取標準參比電阻R3兩端電壓U5，使用一號信號放大電路2和一號A/D轉換電路3對電壓U5進行處理，然后輸入微處理器或計算機4中，同時提取位于內側的兩片網(wǎng)狀金屬電極1間的電壓U6，使用二號信號放大電路5和二號A/D轉換電路6對電壓U6進行處理，然后輸入微處理器或計算機4中，計算位于內側的兩片網(wǎng)狀金屬電極1間壓敏水泥基材料的第二電阻R2，R2＝U6×R5/U5；如此設置，一方面能夠利用微處理器或計算機4采集大量壓敏水泥基材料電阻率的變化數(shù)據(jù)，從而確定壓敏水泥基材料的壓敏性能。另一方面還能通過在線實時監(jiān)測壓敏水泥基材料壓敏性能變化，把壓敏水泥基材料作為傳感器，來監(jiān)測混凝土結構。另外還可以設置多組標準參比電阻、多組網(wǎng)狀金屬電極、多組信號放大電路和多組A/D轉換電路來同時在線采集、測量不同結構、不同位置和不同種類的壓敏水泥基材料電阻率的變化數(shù)據(jù)。
具體實施方式
四本實施方式與實施方式一的不同點是壓敏水泥基材料是通過在水泥材料中摻入碳纖維、碳黑、石墨、納米二氧化鈦中的一種或幾種而制得。
具體實施方式
五本實施方式與實施方式一的不同點是網(wǎng)狀金屬電極1的材質為銅或不銹鋼。以上兩種金屬耐腐蝕。
權利要求
1.壓敏水泥基材料的壓敏性能測試方法，其特征是它通過下述步驟實現(xiàn)一、將四片網(wǎng)狀金屬電極(1)相互平行設置，用壓敏水泥基材料包埋四片網(wǎng)狀金屬電極(1)后凝固成整體，每兩片網(wǎng)狀金屬電極(1)中間間隔有壓敏水泥基材料；二、在位于外側的兩片網(wǎng)狀金屬電極(1)間施加直流電壓，測量并計算位于內側的兩片網(wǎng)狀金屬電極(1)間壓敏水泥基材料的第一電阻R1；三、在垂直于四片網(wǎng)狀金屬電極(1)的方向施加壓力(G)；四、測量并計算出位于內側的兩片網(wǎng)狀金屬電極(1)間壓敏水泥基材料的第二電阻R2；五、確定壓力(G)與電阻變化率的關系。
2.根據(jù)權利要求1所述的壓敏水泥基材料的壓敏性能測試方法，其特征是在步驟二中，在位于外側的兩片網(wǎng)狀金屬電極(1)間施加直流電壓(E)并測量二者間壓敏水泥基材料中的電流I1，同時測量位于內側的兩片網(wǎng)狀金屬電極(1)間的電壓U1；計算位于內側的兩片網(wǎng)狀金屬電極(1)間壓敏水泥基材料的第一電阻R1，R1＝U1/I1；在步驟四中，測量兩片網(wǎng)狀金屬電極(1)間壓敏水泥基材料中的電流I2，同時測量位于內側的兩片網(wǎng)狀金屬電極(1)間的電壓U2，計算位于內側的兩片網(wǎng)狀金屬電極(1)間壓敏水泥基材料的第二電阻R2。
3.根據(jù)權利要求1所述的壓敏水泥基材料的壓敏性能測試方法，其特征是在步驟二中把直流電壓施加在標準參比電阻R3和與標準參比電阻R3組成串聯(lián)回路的位于外側的兩片網(wǎng)狀金屬電極(1)間，提取標準參比電阻R3兩端電壓U3，使用一號信號放大電路(2)和一號A/D轉換電路(3)對電壓U3進行處理，然后輸入微處理器或計算機(4)中，同時提取位于內側的兩片網(wǎng)狀金屬電極(1)間的電壓U4，使用二號信號放大電路(5)和二號A/D轉換電路(6)對電壓U4進行處理，然后輸入微處理器或計算機(4)中，計算位于內側的兩片網(wǎng)狀金屬電極(1)間壓敏水泥基材料的第一電阻R1，R1＝U4×R3/U3；在步驟四中提取標準參比電阻R3兩端電壓U5，使用一號信號放大電路(2)和一號A/D轉換電路(3)對電壓U5進行處理，然后輸入微處理器或計算機(4)中，同時提取位于內側的兩片網(wǎng)狀金屬電極(1)間的電壓U6，使用二號信號放大電路(5)和二號A/D轉換電路(6)對電壓U6進行處理，然后輸入微處理器或計算機(4)中，計算位于內側的兩片網(wǎng)狀金屬電極(1)間壓敏水泥基材料的第二電阻R2，R2＝U6×R5/U5。
4.根據(jù)權利要求1所述的壓敏水泥基材料的壓敏性能測試方法，其特征是壓敏水泥基材料是通過在水泥材料中摻入碳纖維、碳黑、石墨、納米二氧化鈦中的一種或幾種而制得。
5.根據(jù)權利要求1所述的壓敏水泥基材料的壓敏性能測試方法，網(wǎng)狀金屬電極(1)的材質為銅或不銹鋼。
全文摘要
壓敏水泥基材料的壓敏性能測試方法，本發(fā)明涉及一種應用于智能土木材料與結構體系的壓敏性能測試方法。它克服了現(xiàn)有測試方法的測試電極價格昂貴、制作復雜、與基體相容性差、耐久性及準確性低等缺陷。它通過下述步驟實現(xiàn)將四片網(wǎng)狀金屬電極(1)相互平行設置，用壓敏水泥基材料包埋四片(1)后凝固成整體，在位于外側的兩片(1)間施加直流電壓(E)，測量并計算位于內側的兩片(1)間第一電阻；在垂直于四片網(wǎng)狀金屬電極(1)的方向施加壓力；測量并計算出位于內側的(1)間第二電阻；確定壓力與電阻變化率的關系。由于網(wǎng)狀金屬電極(1)埋入在壓敏水泥基材料中，與壓敏水泥基材料相容性和結合性好，不僅接觸電阻小，而且可以受到壓敏水泥基材料的保護，耐久性好。
文檔編號G01N27/20GK1818643SQ200610009828
公開日2006年8月16日 申請日期2006年3月20日 優(yōu)先權日2006年3月20日
發(fā)明者歐進萍, 韓寶國, 關新春 申請人:哈爾濱工業(yè)大學