專利名稱：一種參比傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種參比傳感器，更確切地說，涉及一種用于檢測混凝土結構內部環境的參比傳感器。
背景技術：
混凝土結構內部環境的監測對于混凝土耐久性的研究具有重要的意義。通常情況下，通過參比傳感器與相應離子選擇傳感器的配套使用，來監測相應的離子濃度，從而達到了解混凝土內部環境的目的。目前，現有的參比傳感器包括管體、導線以及在管體內依次排列的水泥膠體層、 氫氧化鈣膠體層、電極層、以及封裝層，其中，所述電極層的材料為二氧化錳，導線的一端穿過封裝層與電極層具有電連接。這種參比傳感器能夠應用在對混凝土耐久性的研究中，但存在的問題是電位穩定性和電位重現性差。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種具有優良的電位穩定性和電位重現性的參比傳感器。為了解決上述技術問題，本發明提供的一種參比傳感器，包括管體、導線以及在管體內依次排列的水泥膠體層、氫氧化鈣膠體層、電極層和封裝層，在所述的電極層和封裝層之間設有導電層，且導線的一端穿過所述的封裝層與所述的導電層電連接。所述導電層7由石墨粉末制成，其中，所述石墨粉末的平均粒子直徑可以為6-16 微米，優選為8-13微米。所述的導電層、水泥膠體層、氫氧化鈣膠體層、電極層和封裝層的厚度比為1 0.5 -1. 5 0. 3-1. 5 0. 3-1. 5 0. 5-1. 5。所述的導電層的厚度為5-15毫米。所述的電極層含有二氧化錳、氫氧化鈣和水，相對于100重量份的二氧化錳，氫氧化鈣的含量為1-10重量份，水的含量為15-40重量份。所述的電極層中，相對于100重量份的二氧化錳，氫氧化鈣的含量為1-5重量份， 水的含量為15-20重量份。所述的氫氧化鈣膠體層含有氫氧化鈣和水，相對于100重量份的氫氧化鈣，水的含量為100-200重量份。所述的封裝層是由環氧樹脂固化形成的，所述的環氧樹脂的環氧值為0. 4-0. 6。所述的水泥膠體層是由水泥膠體組合物經固化后形成的，所述的水泥膠體組合物含有水泥和水，相對于100重量份的水泥，水的含量為40-60重量份。所述的管體的長徑比為4-6 1。采用上述技術方案的參比傳感器，通過在電極層上方設置導電層，并將導線插入在導電層中，這樣提高了電極層與導電層之間的接觸面積，同時由于導電層的導電性能要明顯好于電極層的材料，從而使導線與導電層的電接觸更好，并且導電層的環境還能夠保護導線不受腐蝕，使制得的參比傳感器的電位穩定性和電位重現性均顯著提高。此外，在使用具有特定組成和比例的含有二氧化錳的組合物，制得的參比傳感器的電位穩定性和電位重現性能夠更進一步地提高。綜上所述，本發明是一種具有優良的電位穩定性和電位重現性且結構簡單、性能可靠的參比傳感器。
圖1為本發明實施例1-4中制得的參比傳感器的結構示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明提供的參比傳感器，該參比傳感器包括管體1、導線6以及在管體1內依次排列的水泥膠體層2、氫氧化鈣膠體層3、電極層4和封裝層5，參比傳感器還包括導電層7，導電層7位于電極層4和封裝層5之間，且導線6的一端穿過封裝層5與導電層7電連接。本發明的發明人對參比傳感器進行了深入的研究，發現現有的參比傳感器之所以電位穩定性和重現性等方面性能較差，是由于導線6與電極層4之間的導電性較差，在現有的參比傳感器中，導線6直接插入在電極層4中，由于電極層是由二氧化錳組成的，其導電性并不理想，從而使導線6與電極層4之間的導電性能較差，此外，由于導線6直接插入到電極層4中，電極層4的環境會使導線6受到腐蝕，從而使測試所得的電位不能真實的反應電極層電極反應的電位，而本發明通過在電極層4上方設置導電層7，并將導線6插入在導電層7中，這樣提高了電極層4與導電層7之間的接觸面積，同時由于導電層7的導電性能要明顯好于電極層4的材料，從而使導線6與導電層7的電接觸更好，并且導電層7的環境還能夠保護導線6不易腐蝕，從而使制得的參比傳感器的電位穩定性和電位重現性均顯著提尚。根據本發明，導電層7由石墨粉末制成，石墨粉末的平均粒子直徑為6-16微米，優選為8-13微米。根據本發明，電極層4的材料由二氧化錳粉末制成，其中，二氧化錳粉末的平均粒子直徑為0. 7-1. 7微米，優選為0. 9-1. 5微米，二氧化錳的純度為97% -99%在一種優選實施方式中，電極層4含有二氧化錳、氫氧化鈣和水，相對于100重量份的二氧化錳，氫氧化鈣的含量為1-10重量份，水的含量為15-40重量份；優選地，相對于 100重量份的二氧化錳，氫氧化鈣的含量為1-5重量份，水的含量為15-20重量份。此外，本發明的發明人發現，使用具有特定組成和比例的含有二氧化錳的組合物， 制得的參比傳感器的電位穩定性和電位重現性能夠更進一步地提高。根據本發明，導電層7、水泥膠體層2、氫氧化鈣膠體層3、電極層4和封裝層5的厚度比為1 0.5-1.5 0.3-1.5 0.3-1.5 0. 5-1. 5，在這樣的比例范圍內，參比傳感器具有更好的電位穩定性和電位重現性。在更優選的情況下，導電層7的厚度為5-15毫米， 更優選為8-12毫米。根據本發明，氫氧化鈣膠體層3含有氫氧化鈣和水，其中，氫氧化鈣和水的含量比可以在很大范圍內改變，但優選情況下，相對于100重量份的氫氧化鈣，水的含量為 100-200重量份，更優選為100-150重量份。本發明中，封裝層5的作用是用于對參比傳感器的末端進行密封，封裝層5的材料沒有特別的限制，優選情況下，封裝層5由環氧樹脂固化形成，環氧樹脂的環氧值為 0. 4-0. 6。此外，水泥膠體層2的作用是為了封閉參比傳感器的端部，并允許所要檢測的離子透過從而進入參比傳感器，水泥膠體層2是由水泥膠體組合物經固化后形成的，水泥膠體組合物含有水泥和水，其中，水泥和水的含量比可以在很大范圍內改變，例如，相對于100 重量份的水泥，水的含量為40-60重量份，更優選為40-50重量份。水泥的種類為本領域技術人員所公知，并可以通過商購得到，例如，長沙坪塘水泥有限公司生產的32. 5牌號的水泥。根據本發明，管體1的材料要求不能與金屬或金屬氧化物發生化學反應，具有一定的強度不使位于其內部的各個層結構受到破壞且不透過離子即可，例如，可以為PVC管、 樹脂類材料管都可，優選為PVC管。管體1的尺寸可以在很大范圍內改變，但為了使用方便， 優選情況下，管體1的長徑比為2-8 1，更優選為4-6 1。導線6的種類為本領域技術人員所公知，例如，為金屬銅導線。本發明中，參比傳感器的制備方法可以包括把管體1的一個末端A固定在固定臺面上，在管體1的另一個末端處(B端)填充水泥膠體組合物并使其固化，形成水泥膠體層 2 ；通過管體1的另一末端(B端)向管體1內引入氫氧化鈣和水的混合物，形成氫氧化鈣膠體層3 ；通過管體1的另一末端(B端)向管體1內引入二氧化錳粉末，形成電極層4 ；通過管體1的另一末端(B端)向管體1內引入石墨粉末，形成導電層7 ；通過管體1的另一末端 (B端)將導線6插入到形成導電層7中，然后向管體1內引入封端層材料(如環氧樹脂) 并使其固化，形成封端層5。此外，在另一種優選實施方式中，參比傳感器的制備方法可以包括把管體1的一個末端A固定在固定臺面上，在管體1的另一個末端處(B端)填充水泥膠體組合物并使其固化，形成水泥膠體層2;通過管體1的末端(B端)向管體1內引入氫氧化鈣和水的混合物，形成氫氧化鈣膠體層3;通過管體1的另一末端(B端)向管體1內引入二氧化錳、氫氧化鈣和水的混合物，形成電極層4;通過管體1的另一末端(B端)向管體1內引入石墨粉末，形成導電層7 ；通過管體1的另一末端(B端)將導線6插入到形成導電層7中，然后向管體1內引入封端層材料(如環氧樹脂)并使其固化，形成封端層5。根據本發明，管體1、導線6以及在管體1內依次排列的水泥膠體層2、氫氧化鈣膠體層3、電極層4和封裝層5的材料及組成比例，在上文中已有描述，在此不再贅述。下面通過具體的實施例對本發明進行更加詳細的描述。實施例1 (1)在長度為5厘米的PVC管(平均直徑為1厘米)的一個末端(B端)填充水泥膠體組合物(組成為100重量份的水泥(長沙坪塘水泥有限公司，32. 5型)和60重量份的水)，放置1天使其固化，形成水泥膠體層2 (厚度為0. 8厘米)；(2)通過PVC管的末端(B端)向管體1內引入氫氧化鈣和水的混合物(100重量份的氫氧化鈣和200重量份的水)，放置1天形成氫氧化鈣膠體層3 (厚度為1. 2厘米)；
(3)通過PVC管的末端(B端)向管體1內引入二氧化錳粉末(平均粒子直徑為 1. 12微米，純度為97.85% )，形成電極層4 (厚度為1. 0厘米)；(4)通過PVC管的末端(B端)向管體1內引入石墨粉末(平均粒子直徑為11. 5 微米，純度為99. 99%),形成導電層7 (厚度為1. 0厘米)；(5)通過PVC管的末端(B端)將導線6插入到形成的導電層7中，然后向管體1 內引入封端層材料(如環氧樹脂)并使其固化，形成封端層5 (厚度為1. 0厘米)。重復上述過程三次，得到參比傳感器Bl-I、Β1-2和B1-3。對比例1
根據與實施例1相同的方法制備參比傳感器，不同在于不包括導電層7，將導線6 插入到電極層4中。重復上述過程三次，得到參比傳感器CB1-1、CB1-2和CB1-3。實施例2 (1)在長度為5厘米的PVC管(平均直徑為1厘米)的一個末端(B端)填充水泥膠體組合物(組成為100重量份的水泥(長沙坪塘水泥有限公司，32. 5型)和60重量份的水)，放置1天使其固化，形成水泥膠體層2 (厚度為0. 5厘米)；(2)通過PVC管的末端(B端)向管體1內引入氫氧化鈣和水的混合物(100重量份的氫氧化鈣和200重量份的水)，放置1天形成氫氧化鈣膠體層3 (厚度為1. 5厘米)；(3)通過PVC管的末端(B端)向管體1內引入二氧化錳粉末(平均粒子直徑為
I.12微米，純度為97. 85% )、氫氧化鈣和水的混合物(其中，相對于100重量份的二氧化錳，氫氧化鈣的含量為10重量份，水的含量為40重量份)，形成電極層4 (厚度為1. 2厘米)；(4)通過PVC管的另一末端(B端)向管體1內引入石墨粉末(平均粒子直徑為
II.5微米，純度為99. 99%),形成導電層7 (厚度為1. 0厘米)；(5)通過PVC管的另一末端(B端)將導線6插入到形成的導電層7中，然后向管體1內引入封端層材料(如環氧樹脂)并使其固化，形成封端層5 (厚度為0.8厘米)。重復上述過程三次，得到參比傳感器Β2-1、Β2-2和B2-3。實施例3 (1)在長度為5厘米的PVC管(平均直徑為1厘米)的一個末端(B端)填充水泥膠體組合物(組成為100重量份的水泥(長沙坪塘水泥有限公司，32. 5型)和50重量份的水)，放置1天使其固化，形成水泥膠體層2 (厚度為1. 2厘米)；(2)通過PVC管的末端(B端)向管體1內引入氫氧化鈣和水的混合物(100重量份的氫氧化鈣和150重量份的水)，放置1天形成氫氧化鈣膠體層3 (厚度為0. 8厘米)；(3)通過PVC管的末端(B端)向管體1內引入二氧化錳粉末(平均粒子直徑為 1. 12微米，純度為97.85% )、氫氧化鈣和水的混合物(其中，相對于100重量份的二氧化錳，氫氧化鈣的含量為5重量份，水的含量為20重量份)，形成電極層4 (厚度為1. 0厘米)；(4)通過PVC管的末端(B端)向管體1內引入石墨粉末(平均粒子直徑為11. 5 微米，純度為99. 99%),形成導電層7 (厚度為1. 0厘米)；(5)通過PVC管的另一末端(B端)將導線6插入到形成的導電層7中，然后向管體1內引入封端層材料(如環氧樹脂)并使其固化，形成封端層5 (厚度為1.0厘米)。重復上述過程三次，得到參比傳感器Β3-1、Β3-2和B3-3。
實施例4 (1)在長度為5厘米的PVC管(平均直徑為1厘米)的末端(B端)填充水泥膠體組合物(組成為100重量份的水泥(長沙坪塘水泥有限公司，32. 5型)和40重量份的水)，放置1天使其固化，形成水泥膠體層2 (厚度為1厘米)；(2)通過PVC管的末端(B端)向管體1內引入氫氧化鈣和水的混合物(100重量份的氫氧化鈣和100重量份的水)，放置1天形成氫氧化鈣膠體層3 (厚度為1厘米)；(3)通過PVC管的末端(B端)向管體1內引入二氧化錳粉末(平均粒子直徑為
I.12微米，純度為97. 85% )、氫氧化鈣和水的混合物(其中，相對于100重量份的二氧化錳，氫氧化鈣的含量為1重量份，水的含量為15重量份)，形成電極層4 (厚度為1厘米)；(4)通過PVC管的另一末端(B端)向管體1內引入石墨粉末(平均粒子直徑為
II.5微米，純度為99. 99%),形成導電層7 (厚度為1厘米)；(5)通過PVC管的另一末端(B端)將導線6插入到形成的導電層7中，然后向管體1內引入封端層材料(如環氧樹脂)并使其固化，形成封端層5 (厚度為1厘米)。重復上述過程三次，得到參比傳感器Β4-1、Β4-2和B4-3。采用以下方法檢測實施例1-4及對比例1制得的參比傳感器的電位穩定性和電位重現性，每個實施例制作3個傳感器，對應實施例1-4，傳感器編號分別為Bl-1，2，3至 B2-1，2，3，測試結果如表1所示，對比例1測試結果見表2所示。(1)以甘汞電極為參比電極，二氧化錳為工作電極，在混凝土模擬溶液中用上海乾峰電子儀器有限公司生產的PZ93A-2數字電壓表，每天測試一次參比傳感器的電位，比較每一個傳感器每天的電位變化，以此來檢驗其電位穩定性。(2)以甘汞電極為參比電極，二氧化錳為工作電極，在混凝土模擬溶液中用上海乾峰電子儀器有限公司生產的PZ93A-2數字電壓表，每天測試一次自制參比傳感器的電位， 比較每天每組三個的傳感器的電位變化，以此來檢驗其電位重現性。表 權利要求
1.一種參比傳感器，包括管體(1)、導線(6)以及在管體⑴內依次排列的水泥膠體層 (2)、氫氧化鈣膠體層(3)、電極層(4)和封裝層(5)，其特征在于在所述的電極層⑷和所述的封裝層(5)之間設有導電層(7)，且所述的導線(6)的一端穿過所述的封裝層(5)與所述的導電層(7)電連接。
2.根據權利要求1所述的參比傳感器，其特征在于所述的導電層(7)由石墨粉末制成，所述的石墨粉末的平均粒子直徑為6-16微米。
3.根據權利要求1所述的參比傳感器，其特征在于所述的導電層(7)由石墨粉末制成，所述的石墨粉末的平均粒子直徑為8-13微米。
4.根據權利要求1、2或3所述的參比傳感器，其特征在于所述的導電層(7)、水泥膠體層(2)、氫氧化鈣膠體層(3)、電極層(4)和封裝層(5)的厚度比為1 0. 5-1. 5 0. 3-1. 5 0. 3-1. 5 0. 5-1. 5。
5.根據權利要求1、2或3所述的參比傳感器，其特征在于所述的導電層(7)的厚度為5-15毫米。
6.根據權利要求1、2或3所述的參比傳感器，其特征在于所述的電極層(4)含有二氧化錳、氫氧化鈣和水，相對于100重量份的二氧化錳，氫氧化鈣的含量為1-10重量份，水的含量為15-40重量份。
7.根據權利要求1、2或3所述的參比傳感器，其特征在于所述的氫氧化鈣膠體層(3) 含有氫氧化鈣和水，相對于100重量份的氫氧化鈣，水的含量為100-200重量份。
8.根據權利要求1、2或3所述的參比傳感器，其特征在于所述的封裝層(5)是由環氧樹脂固化形成的，所述的環氧樹脂的環氧值為0. 4-0. 6。
9.根據權利要求1、2或3所述的參比傳感器，其特征在于所述的水泥膠體層(2)是由水泥膠體組合物經固化后形成的，所述的水泥膠體組合物含有水泥和水，相對于100重量份的水泥，水的含量為40-60重量份。
10.根據權利要求1、2或3所述的參比傳感器，其特征在于所述的管體(1)的長徑比為 4-6 1。
全文摘要
本發明提供了一種參比傳感器，包括管體(1)、導線(6)以及在管體(1)內依次排列的水泥膠體層(2)、氫氧化鈣膠體層(3)、電極層(4)和封裝層(5)，在所述的電極層(4)和所述的封裝層(5)之間設有導電層(7)，且所述的導線(6)的一端穿過所述的封裝層(5)與所述的導電層(7)電連接。本發明通過在電極層上方設置導電層，并將導線插入在導電層中，這樣提高了電極層與導電層之間的接觸面積，同時由于導電層的導電性能要明顯好于電極層的材料，從而使導線與導電層的電接觸更好，并且導電層的環境還能夠保護導線不受腐蝕，使制得的參比傳感器的電位穩定性和電位重現性均顯著提高。
文檔編號G01N27/30GK102175734SQ20111004539
公開日2011年9月7日 申請日期2011年2月25日 優先權日2011年2月25日
發明者劉棟, 衛軍, 樊玲, 班霞, 董榮珍 申請人:中南大學