專利名稱：一種用于監(jiān)測/測量應力/應變的傳感器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種傳感器。
技術(shù)背景目前，在土木建筑中廣泛使用的傳感元件包括電測傳感元件和光纖傳感元 件，電測傳感元件的靈敏度較低、耐久性差、與混凝土相容性差，無法達到長 期準確監(jiān)測的目的。光纖傳感元件測試輔助設備昂貴、復雜，其成活率低，而 且也存在與混凝土相容性差、耐久性差的問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了解決現(xiàn)有土木建筑中使用的傳感元件的靈敏度低、與混凝土相容性差、耐久性差和無法達到長期準確監(jiān)測的目的；光纖傳感元件測試輔助設 備昂貴、復雜，其成活率低的問題，提供了一種用于監(jiān)測/測量土木工程領域 應力/應變的傳感器，解決上述問題的具體技術(shù)方案如下本發(fā)明的傳感器由機敏水泥基材料和多個電極組成，多個電極呈片狀、網(wǎng) 狀或環(huán)狀，間隔埋在機敏水泥基材料內(nèi)或粘貼、鍍在機敏水泥基材料表面。 機敏水泥基材料由導電材料和水泥基材料的混合物構(gòu)成，其組份按重量百分比導電材料為1 80%，余量為水泥基材料。所述的導電材料由金屬鎳粉或按重量百分比由10% 70%的金屬鎳粉與 短切碳纖維、碳纖維粉、鋼渣、鋼纖維、銅粉、石墨或碳黑的一種或多種任意 比例組成。電極采用金、銀、銅、不銹鋼及耐腐蝕、導電性能好的材料。 電極設置方式采用兩電極、三電極或四電極。本發(fā)明的有益效果是在傳統(tǒng)的水泥基材料摻入導電材料制成機敏水泥基材料，機敏水涼基材料在荷載的作用下，體積電阻會產(chǎn)生有規(guī)律的變化，摻入 導電材料的水泥基材料能夠通過電阻率的變化感知自身的應力/應變(力/變 形)，應用機敏水泥基材料及合適形狀、設置方式的電極材料可制成不同規(guī)格、 形狀、尺寸的應力/應變(力/變形)監(jiān)測/測量傳感元件，不僅能夠監(jiān)測/測量混
凝土結(jié)構(gòu)的應力(力)，還能對混凝土結(jié)構(gòu)的應變(變形)進行監(jiān)測/測量，也 能應用水利、核工程等其他工業(yè)領域進行應力/應變(力/變形)監(jiān)測/測量，而 且具有靈敏度高、耐久性、相容性好以及埋置成活率高等優(yōu)點，本發(fā)明的傳感器與已有的傳感元件(如電阻應變片的應變傳感靈敏系數(shù)僅為2 3)相比具 有穩(wěn)定性、耐久性和靈敏度高的優(yōu)點(本傳感器的應變傳感靈敏系數(shù)為幾百， 甚至上千；應力靈敏度可達0.05/MPa，甚至可接近0.1/MPa，傳感元件的規(guī)格、 形狀、尺寸可以根據(jù)所監(jiān)測/測量的對象進行匹配)。


圖1是本發(fā)明采用矩形四電極的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是矩形兩電極的結(jié)構(gòu)示 意圖，圖3是圓柱形四電極的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是圓柱形兩電極的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖中3為引線。
具體實施方式
具體實施方式
一結(jié)合圖1描述本實施方式。本實施方式由機敏水泥基材 料1和多個電極2組成，多個電極2呈片狀、網(wǎng)狀或環(huán)狀，間隔埋在機敏水泥基材料1內(nèi)或粘貼、鍍在機敏水泥基材料表面。機敏水泥基材料為導電材料和水泥基材料的混合物，其組份按重量百分比導電材料為1 80%，余量為水泥基材料。所述的導電材料單獨由金屬鎳粉制成，或者按重量百分比由10% 70%的 金屬鎳粉與短切碳纖維、碳纖維粉、鋼渣、鋼纖維、銅粉、石墨或碳黑的一種 或多種任意比例組成。電極來用金、銀、銅、不銹鋼及耐腐蝕、導電性能好的材料。
具體實施方式
二本實施方式多個電極2形狀采用片狀、網(wǎng)狀或環(huán)狀，通 過粘貼、電鍍或埋入方式，多個電極2設置為兩電極、三電極或四電極。
具體實施方式
三結(jié)合圖3描述本實施方式。本實施方式機敏水泥基材料 1由鎳粉與水泥石組成，鎳粉逸重量百分比為60.8%，余量采用與普通水泥基 材料配制成、采用澆筑成型方法，將四個電極2采用環(huán)狀銅電極間隔埋在機敏 水泥基材料l內(nèi)，傳感器的尺寸為20mmx20mmx40mm。其傳感關系如表1。由測試結(jié)果表明，本發(fā)實施方式的傳感元件靈敏度高應力靈敏度大于 0.050/MPa，應變靈敏度高于895.5(如電阻應變片的應變傳感靈敏系數(shù)僅為2 3)。
具體實施方式
四本實施方式機敏水泥基材料1由鎳粉、碳黑和水泥石組 成，其中鎳粉、碳黑的按重量百分比分別為15%、 10%和余量為水泥石基材 料配制成、采用澆筑成型方法，將四個電極2采用環(huán)狀不銹鋼電極2埋在機敏 水泥基材料l內(nèi)。傳感器的尺寸為20mmx20mmx40mm。其傳感關系如表2。由測試結(jié)果表明，本實施方式的傳感元件的靈敏度高應力靈敏度高于 0.012/MPa，應變靈敏度高于111.86。表1應力(MPa)051012.5應變(微應變)0296572.5699.25電阻率變化率(％)043.5459.6562.61表2應力(MPa)01012.5應變(微應變)060411571358電阻率變化率(％)07.2813.4215.19
權(quán)利要求
1、一種用于監(jiān)測/測量應力/應變的傳感器，它由機敏水泥基材料(1)和多個電極(2)組成，其特征在于多個電極(2)呈片狀、網(wǎng)狀或環(huán)狀，間隔埋在機敏水泥基材料(1)內(nèi)或粘貼、鍍在機敏水泥基材料表面。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于監(jiān)測/測量應力/應變的傳感器，其特征 在于機敏水泥基材料為導電材料和水泥基材料的混合物，按重量百分比導電材 料為1 80%，余量為水泥基材料。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于監(jiān)測/測量應力/應變的傳感器，其特征在于所述的導電材料單獨由金屬鎳粉制成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于監(jiān)測/測量應力/應變的傳感器，其特征 在于所述的導電材料按重量百分比由10% 70%的金屬鎳粉與短切碳纖維、碳 纖維粉、鋼渣、鋼纖維、銅粉、石墨或碳黑的一種或多種任意比例組成。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于監(jiān)測/測量應力/應變的傳感器，其特征 在于多個電極(2)采用金、銀、銅或不銹鋼材料。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于監(jiān)測/測量應力/應變的傳感器，其特征 在于機敏水泥基材料按重量百分比由60.8%的鎳粉和余量為普通水泥基材料 制成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于監(jiān)測/測量應力/應變的傳感器，其特征 在于機敏水泥基材料由鎳粉、碳黑和水泥石組成，按重量百分比由15%的鎳 粉、10%的碳黑和余量為普通水泥石配制成。
全文摘要
一種用于監(jiān)測/測量應力/應變的傳感器，它涉及用于監(jiān)測/測量應力/應變的傳感器。它解決了現(xiàn)有土木建筑中使用的傳感元件的靈敏度低、與混凝土相容性差、耐久性差和不能長期準確監(jiān)測的目的；光纖傳感元件測試輔助設備昂貴、復雜，其成活率低的問題。本發(fā)明的傳感器，它由機敏水泥基材料(1)和多個電極(2)組成，多個電極(2)呈片狀、網(wǎng)狀或環(huán)狀，間隔埋在機敏水泥基材料(1)內(nèi)或粘貼、鍍在機敏水泥基材料表面。本發(fā)明的傳感器不僅能夠監(jiān)測/測量混凝土結(jié)構(gòu)的應力，還能對混凝土結(jié)構(gòu)的應變進行監(jiān)測/測量，也能應用水利、核工程等其他工業(yè)領域進行應力/應變監(jiān)測/測量，而且具有靈敏度高、耐久性、相容性好以及埋置成活率高等優(yōu)點。
文檔編號G01L1/20GK101149302SQ20071014456
公開日2008年3月26日 申請日期2007年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月6日
發(fā)明者歐進萍, 韓寶國, 韓寶忠 申請人:哈爾濱工業(yè)大學