CN112505608B - 混凝土氯离子扩散系数测定仪采样电流的校验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了混凝土氯离子扩散系数测定仪采样电流的校验装置及方法，整个校验装置主要由电流采样模块、电压采样和可变电阻模块组成，其核心技术就是利用mos管模拟负载，取代分立电阻，同时对电流进行精密测量，从而校准采样电流。本发明的采样电流校验装置使用操作方便，克服了采用分立仪器分别测量过程中人为控制带来的较大的不确定度，为计量检定机构开展该类仪器的校准工作及今后规程或规范的制定提供了重要的技术支撑，也将为以混凝土为主要材料的工程建设提供重要的技术保障，具有广阔的应用前景。

Description

混凝土氯离子扩散系数测定仪采样电流的校验装置及方法

技术领域

本发明属于建筑施工技术领域，尤其涉及一种混凝土氯离子扩散系数测定仪采样电流的校验装置及方法。

背景技术

混凝土是目前建筑行业使用量最大，应用最广泛的建筑材料。但目前有不少以混凝土为材料的建筑物存在质量差，寿命短等问题，而结构耐久性不足是导致这种现象产生的最主要原因。因此，在建筑工程实施时，必须采用耐久性的试验仪器对混凝土的特性进行测试。混凝土氯离子电通量测定仪、就是用于这类测试的专用仪器。它的基本原理是：在一定的温度下，通过对混凝土施加外电场，加速氯离子在混凝土中的迁移速度，然后采集通过混凝土试件的电流，通过积分计算出一定试件内通过该试件的电通量，从而得到混凝土的氯离子渗透性参数，来以此判断混凝土结构的耐久性。

依据中国建筑工业行业标准JG/T 261-2009《混凝土电通量测定仪》，对电流的检测，需要采用不同阻值的负载进行检测。当前混凝土氯离子扩散系数测定仪的电流只能采用分立式的多个电阻作为负载，并串联标准直流电流表来校准。具体实现方法是通过标准电阻来对整个回路进行模拟，为了防止测定仪输出功率过大把电阻烧坏，还得选择高成本的大功率精密电阻，将数字多用表和这些大功率电阻串联在混凝土氯离子扩散系数测定仪的主机上，再点击试验按钮后，读取数字多用表的电流测量值和设备主机电流显示值并计算电流示值误差。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种混凝土氯离子扩散系数测定仪采样电流的校验装置及方法。

一种混凝土氯离子扩散系数测定仪采样电流的校验装置，包括电流采样测量模块、电压采样模块、可变电阻模块；

所述电流采样测量模块包括零磁通电流传感器、采样电阻、ADC转换器，所述零磁通电流传感器用于检测电流信号，零磁通电流传感器的二次电流信号通过所述采样电阻转换为电压信号，所述ADC转换器用于测量所述电压信号；

所述电压采样模块，包括两个分压电阻，采用固定分压比例对输入电压进行分压；

所述可变电阻模块，包括乘法型DAC转换器、积分电阻、积分电容、积分放大器和MOSFET管，所述DAC转换器的输入端连接采样电阻端，所述DAC转换器的输出端连接所述积分电路的反向输入端，所述电压采样模块的输出端连接所述积分电路的同向输入端，所述积分放大器的输出端连接所述MOSFET管用于MOSFET的栅极；

所述电流采样测量模块，采用转换比例为1:1的穿心式零磁通电流传感器将输入电流经过后为I，该电流通过采样电阻Rs转换为电压信号Ur=I*Rs，ADC转换器测量Ur。

作为优选的技术方案，所述DAC转换器为乘法型DAC转换器。

作为优选的技术方案，所述零磁通电流传感器为穿心式零磁通电流传感器。

作为优选的技术方案，所述零磁通电流传感器的转换比例为1：1。

一种混凝土氯离子扩散系数测定仪采样电流的校验方法，

包括以下步骤：

电流采样：输入电流，经过电流传感器后通过采样电阻Rs将电流信号转换为电压信号Ur，其中，Ur=I*Rs，利用ADC转换器测量Ur；

电压采样：输入电压U，采用两个电阻R1和R2对输入电压U进行分压，分压比例为K，该分压电压Uf=U*K；

动态电阻调整：电流采用后转换的电压信号一方面送入ADC转换器进行转换，另一方面送入到乘法型DAC转换器的参考电压输入，DAC转换器的输出送端至积分电路的反向输入端；分压电压Uf的信号送至积分电路的同向输入端，积分放大器输出的电压信号控制MOSFET管的栅极；整个可变电阻模块根据单片机对DAC转换器的设置，模拟电阻，动态调整MOSFET管的导通电阻。

作为优选的技术方案，所述DAC转换器为乘法型DAC转换器。

作为优选的技术方案，所述电流传感器为穿心式零磁通电流传感器。

作为优选的技术方案，所述电流传感器的转换比例为1：1。

有益效果在于：

本发明的采样电流校验装置使用操作方便，解决了采用分立仪器分别测量过程中人为控制带来的较大的不确定度和操作繁琐的难题，可以使用该装置设置不同电阻来检测电流，为计量检定机构开展该类仪器的校准工作及今后规程或规范的制定提供了重要的技术支撑，也将为以混凝土为主要材料的工程建设提供重要的技术保障，具有广阔的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1是本发明实施例中的结构框图；

图2是本发明实施例中的整体电路图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定发明。

现在结合说明书附图对本发明做进一步的说明。

发明提出了一种采用集成化技术的校准装置，其核心技术就是利用mos管模拟负载，取代分立电阻，同时对电流进行精密测量，从而校准采样电流。

请参考图1和图2所示，该装置主要由电流采样模块、电压采样和可变电阻模块组成。

电流采样测量模块，采用转换比例为1:1的穿心式零磁通电流传感器将输入电流经过后为I，该电流通过采样电阻Rs转换为电压信号Ur=I*Rs，ADC转换器测量Ur。

电压采样模块，采用两个电阻对输入电压U进行分压，分压比例为K，该分压电压Uf=U*K。

可变电阻模块，由乘法型DAC、积分电阻、积分电容、积分放大器和MOSFET管组成。电流采样后转换的电压信号一方面送入ADC进行转换，另一方面送入到乘法型DAC的参考电压输入，DAC的输出送至积分电路的反向输入端；分压电压Uf的信号送至积分电路的同向输入端，积分放大器输出的电压信号控制MOSFET的栅极；整个可变电阻模块根据单片机对DAC的设置，模拟电阻，动态调整MOSFET的导通电阻。

工作原理：

零磁通电流传感器将输入电流经过1:1变换后为I，该电流通过采样电阻Rs转换为电压信号Ur，如公式（1）所示

Ur=I•Rs （1）

Ur经过DAC后，输出为电压Us，D为DAC的控制字，如公式（2）所示

Us=Ur•D （2）

将公式（1）代入公式（2），如公式（3）所示

Us=I•Rs•D （3）

分压电压Uf，根据分压电阻R1和R2，可得公式（4）

Uf=U•(R1/(R1+R2)) （4）

由于运算放大器A的虚短，所以存在以下关系

Us=Uf （5）

将公式（3）和（4）代入公式（5），可得公式（6）

I•Rs•D=U•(R1/(R1+R2)) （6）

所以整个装置的等效电阻为R，如公式（7）所示

（7）

其中

从公式（1）中可知，由于采样电阻Rs和分压比K为固定值，单片机通过改变DAC的控制字D(0<D<1)，来改变模拟的电阻，根据校准设定电阻的需要，单片机改变D，此时电阻就固定不变了，再准确测量Ur，校准被测的采样电流。

整个装置处于一个动态平衡状态，当输入信号U变大时，Uf跟随变大，此时积分电路输出积分电压U_C将增大，MOSFET管栅极电压增大，MOSFET管源级和漏级两端呈现的电阻变小，导致被测电流I变大，从而模拟的R不发生改变；当输入信号U变小时，Uf跟随变小，此时积分电路输出积分电压U_C将变小，MOSFET管栅极电压变小，MOSFET管源级和漏级两端呈现的电阻变大，导致被测电流I变小，从而模拟的R不发生改变。

综上所述，本发明的采样电流校验装置使用操作方便，解决了采用分立仪器分别测量过程中人为控制带来的较大的不确定度和操作繁琐的难题，可以使用该装置设置不同电阻来检测电流，为计量检定机构开展该类仪器的校准工作及今后规程或规范的制定提供了重要的技术支撑，也将为以混凝土为主要材料的工程建设提供重要的技术保障，具有广阔的应用前景。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种混凝土氯离子扩散系数测定仪采样电流的校验装置，其特征在于：包括电流采样测量模块、电压采样模块、可变电阻模块；

所述电流采样测量模块包括零磁通电流传感器TI、采样电阻Rs、ADC转换器，所述零磁通电流传感器用于检测电流信号，零磁通电流传感器TI二次电流信号通过所述采样电阻Rs转换为电压信号Ur，所述ADC转换器用于测量所述电压信号Ur；

所述电压采样模块，包括两个分压电阻R1和R2，采用固定分压比例对输入电压U进行分压；

所述可变电阻模块，包括DAC转换器、积分电阻Rc、积分电容C、积分放大器A和MOSFET管，采样电阻端连接所述DAC转换器的输入端以输入电压信号Ur，所述DAC转换器的输出端经由积分电阻连接所述积分放大器的反向输入端，所述电压采样模块的输出端经由另一积分电阻连接所述积分放大器的同向输入端，所述积分放大器的输出端连接所述MOSFET管的栅极；根据单片机对DAC转换器的设置以改变模拟的电阻，动态调整MOSFET管的导通电阻，所述MOSFET管的源极和漏极连接在输入电压U的两端，利用MOSFET管模拟电阻，取代分立电阻，同时对电流进行精密测量，从而校准采样电流。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土氯离子扩散系数测定仪采样电流的校验装置，其特征在于：所述DAC转换器为乘法型DAC转换器。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土氯离子扩散系数测定仪采样电流的校验装置，其特征在于： 所述零磁通电流传感器为穿心式零磁通电流传感器。

4.根据权利要求1所述的一种混凝土氯离子扩散系数测定仪采样电流的校验装置，其特征在于， 所述零磁通电流传感器的转换比例为1：1。

5.一种混凝土氯离子扩散系数测定仪采样电流的校验方法，其特征在于：

包括以下步骤：

电流采样：输入电流，经过电流传感器后通过采样电阻Rs将电流信号转换为电压信号Ur，其中，Ur=I*Rs，利用ADC转换器测量Ur；

电压采样：输入电压U，采用两个电阻R1和R2对输入电压U进行分压，分压比例为K，该分压电压Uf=U*K；

动态电阻调整：电流采用后转换的电压信号一方面送入ADC转换器进行转换，另一方面送入到DAC转换器的参考电压输入，DAC转换器的输出端经由积分电阻连接积分放大器的反向输入端；电压分压的信号经由另一积分电阻送至积分放大器的同向输入端，积分放大器输出的电压信号控制MOSFET管的栅极；根据单片机对DAC转换器的设置以改变模拟的电阻，动态调整MOSFET管的导通电阻；

所述MOSFET管的源极和漏极连接在输入电压U的两端，利用MOSFET管模拟电阻，取代分立电阻，同时对电流进行精密测量，从而校准采样电流。

6.根据权利要求5所述的校验方法，其特征在于：所述DAC转换器为乘法型DAC转换器。

7.根据权利要求5所述的校验方法，其特征在于： 所述电流传感器为穿心式零磁通电流传感器。

8.根据权利要求5所述的校验方法，其特征在于， 所述电流传感器的转换比例为1：1。

Images