Разработка первичного и вторичного измерительных преобразователей влажности бетонных покрытий ультразвуковым методом измерений

Министерство образования и науки Украины

Национальный аэрокосмический университет

им. Н.Е. Жуковского

«ХАИ»

кафедра 303

Расчетно – пояснительная записка по дисциплине «Средства измерения»

на тему

ИЗМЕРЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ БЕТОННЫХ ПОКРЫТИЙ

    Исполнитель: студентка 338 гр.

Мироненко М.А.

 Руководитель: к.т.н. Заболотный А.В.

Харьков 2008

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………….3

1.  Постановка задач исследования ………………………………………….5

1.1  Обзор методов измерений…………………………………………….5

1.2  Анализ конструкций существующих влагомеров………………......7

2.  Разработка первичного измерительного преобразователя……………..10

2.1 Выбор метода измерения бетонных покрытий……………………...10

2.2 Излучение и прием ультразвука……………………………………..12

2.3 Принцип работы первичного измерительного преобразователя…..14

3.  Разработка вторичного измерительного преобразователя……………..18

          3.1 Рассмотрение  блок – схем ультразвуковых влагомеров…………..18

          3.2 Функциональная схема разрабатываемого прибора……………….19

          3.3 Разработка электрической принципиальной схемы…………….….20

Выводы ……………………………………………………………………28

Список используемой литературы………………………………………29

ВВЕДЕНИЕ

Тенден­ции развития строительства с каждым днем все больше и больше требуют применения новых технологий, которые бы сокращали время производства для как можно более быстрой сдачи объек­тов в эксплуатацию [1].

Основным материалом в строи­тельстве уже на протяжении многих лет является бетон - материал, использующийся в конструкции практически любых помещений.

Свойства и качество бетона в зна­чительной степени зависят от отноше­ния количества воды к количеству це­мента. Это соотношение называется водоцементным (В/Ц). Оно устанавливает прямую связь между количеством воды на весовую часть цемента и прочност­ными характеристиками бетона. Чем ниже водоцементное отношение, тем выше прочность бетона.

Оценка влажности бетона очень важна для последующего нанесения по­крытий на его поверхность. Необходи­мо чтобы относительная влажность бе­тона составляла не более 4%. Для достижения бетоном данного значения влажности, а, следовательно, и необхо­димой прочности для дальнейшего по­крытия его другим материалом, требу­ется как минимум 28 дней. За данный срок цемент, используемый в бетонной смеси, практически полностью прохо­дит процесс гидратации (присоединения молекул воды к молекулам цемента).

Для полной гидратации цементу требуется воды не более 22-28% от его веса (В/Ц = 0,22-0,28). Но при таком ко­личестве воды бетон непригоден, вслед­ствие чего В/Ц повышают до уровня примерно 0,4. Излишки воды не будут  поглощаться цементом при гидратации, они будут выходить из бетонной смеси благодаря капиллярному эффекту до тех пор, пока бетон полностью не схватит­ся.

Обнаружение избытка влаги в бе­тоне довольно затруднительно и, как правило, не предполагает получения аб­солютных величин. Характерным для метрологии измерений влажности явля­ется отсутствие образцовых мер и ка­кой-либо общей поверочной схемы, то есть совокупности средств и методов определения влажности, погрешность которых должна быть в 3 раза меньше погрешности влагомеров.

В соответствии с ГОСТ 12730.2-78 производится оценка влажности бетона путем высушивания образцов в су­шильном шкафу. Но данный метод не дает погрешности настолько малой, чтобы она была в 3 раза меньше, чем у используемых современных влагомеров. Кроме того, ГОСТ не нормирует точ­ность этого метода, а дает лишь допус­тимое расхождение между двумя после­довательными измерениями.

По вышеперечисленным причинам достаточно сложно оценить погреш­ность влагомеров строительных мате­риалов, в частности бетона.

1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1  Обзор методов измерений

Существует достаточно широкий спектр методов, с помощью которых возможно измерение влажности бетона. Но в условиях нынешнего рынка наибо­лее подходящим являлся бы прибор, не разрушающий целостность покрытия, бесконтактный, высокоточный, быстро­действующий, сравнительно недорогой, компактный и универсальный.

Рассмотрим некоторые наиболее распространенные методы и устройства для измерения влажности.

Весовой метод. Для проведения измерений этим методом необходимо извлекать образец из бетонной смеси и производить его высушивание в су­шильном шкафу. Влажность оценивает­ся по разности масс начальной и высу­шенного образца. Хотя этот метод и об­ладает достаточно малой погрешно­стью, очевидно, что он никоим образом, не подходит для экспрессного контроля влажности на месте установки будуще­го покрытия.

Суть механического метода заключается в нанесении механических повреждений поверхности испытуемого объекта, а по форме, глубине, количест­ву нанесенных увечий оценивается влажность материала. Для строительного материала этот метод не является до­пустимым из-за необходимости сохра­нения целостности структуры и формы покрытия.

Равновесный метод основан на гидро - или гигротермическом равнове­сии исследуемого материала с электри­ческим датчиком сорбционного типа. Этому методу присуща инерционность, причиной которой является инерцион­ность влагообмена между твердым (жидким) материалом и воздухом. Но при этом аппаратура довольно надежна и, в случае гигрометрического влагоме­ра, достигается бесконтактность изме­рения.

Нейтронный метод основан на замедлении быстрых нейтронов атома­ми водорода, содержащимися в воде. Этот метод позволяет измерять любые значения влажности вплоть до 100%, свободен от температурных погрешно­стей, имеет малые погрешности от ко­лебаний плотности материала. Но ней­тронный метод имеет два огромных не­достатка: довольно высокая стоимость и необходимость биологической защиты. Кроме того, ему присуща некоторая по­грешность, связанная с распределением влаги в материале.

Известное свойство воды погло­щать излучение в инфракрасном диапа­зоне положено в основу инфракрасного метода. Такая схема имеет очень малую погрешность (порядка 0,05%), но в то же время имеет достаточно низкое быстродействие (порядка 2 минут). Кроме того, для изготовления оптиче­ских схем нужна высокая точность на­стройки и калибровки прибора, что по­вышает его стоимость.

Кондуктометрический метод основывается на влиянии влаги, со­держащейся в стройматериалах, на величину электрического сопротивления. Измерения такого вида по сравнению с другими методами, использующими электрические характеристики изме­ряемых материалов (например, диэлькометрическим),   не   имеют   никаких преимуществ. Недостатки данного ме­тода: значительная погрешность, свя­занная с изменением химического и частично гранулометрического состава материала и его структуры; ограниче­ния верхнего и нижнего пределов изме­рений.

Диэлькометрический метод основан на изменении электрической емкости материала в зависимости от ко­личества содержащейся в нем воды. Влагомеры такого типа имеют следую­щие преимущества: чувствительность к неравномерности распределения влаги в материале достаточно мала (по сравне­нию с кондуктометрическим методом); большой диапазон измерения влажно­сти; небольшие габаритные размеры; малая стоимость; мобильность. Хотя, например, чувствительность к неравно­мерности распределения влаги несколь­ко больше чем в некоторых других ме­тодах.

СВЧ - метод является разно­видностью диэлькометрического метода в сантиметровом диапазоне волн. При переходе на сантиметровые волны уда­лось увеличить точность измерения и несколько расширить диапазон измере­ния. Но при этом сильно увеличилась себестоимость производства влагомеров такого типа. Кроме того, СВЧ-излучение вредно для человеческого ор­ганизма и требует дополнительной био­логической защиты.