Permit 操作说明.doc

Permit目录的内容只能用于Permit仪器的使用，这个目录所提供的信息所有权属于Amphora NDT Ltd.因此，未经许可不得公开、复制、印刷、或引用。 Permit 离子迁移仪 amph（）ra操作手册客户仪器型号在此声明，上述仪器已被校准和测试，并且附有仪器使用说明书Amphora NDT LtdDavid Keir BuildingStranmillis RoadBelfast BT9 5AGNorthern IrelandTel: +44(0)28 9066 4964Fax: +44(0)28 9068 7492E-mail: 目录版权说明Permit 离子迁移仪检测认证书目录1.0 Permit离子迁移仪的功能2.0 Permit离子迁移仪的构成3.0 工作原理4.0 Permit离子迁移仪的特点5.0 使用说明5.1 安全措施5.2 做表层渗透性试验和在测试部位固定实验装置的准备工作5.3 在测试部位固定实验装置之前的实验仪器的准备5.4 组装实验仪器并为检测做准备工作5.5 利用Permit离子迁移仪做检测5.6 把Permit离子迁移仪控制器中的数据传给PC机作进一步分析6.0 计算离子扩散（迁移）系数和其他重要参数6.1 计算扩散系数6.2 确定最大流量，ipeak6.3 确定6个小时和稳定状态下的电量值7.0 存储9.0 数据的校核和保存10.0 免责声明01 Permit离子迁移仪的功能Permit离子迁移仪器可以用来检测混凝土和其他带孔材料的抗离子扩散的能力。既可以在实验室中进行，也可以在现场进行。因为它可以直接在现场确定扩散系数，而不需要在结构中取芯，拿到实验室中检测这种方式，所以是一种比较有特色的实验仪器。通过这个仪器，可以形成稳定的离子流量，然后利用这个稳定的离子流量可以推算离子传输系数（如：扩散/迁移系数）。这个测试简单有效，并且不需要太多的实验前准备工作即可在现场进行。其本质上属于无损检测，且不需要复杂的技术培训就可操作。02 Permit离子迁移仪的构成 Permit离子迁移仪盛放于一个便携式提箱内。仪器由两部分组成，就是Permit主机和电子控制器连部分组成（图1）图1 Permit 离子迁移仪器1） Permit主机的构成两个容器（图2）：一个容器内装有充足的离子溶液（内室），另一个容器内装有中性溶液，例如：蒸馏水（外室）。因为这两个容器分别包含阴极和阳极，所以内室也叫做阴极电解液室，外室叫阳极电解液室。这两个室用底部宽为6mm的橡胶圆环隔开，橡胶底部圆环包括另外一个6mm宽的橡胶圆环，这个圆环套在外室的外面，用来密封阳极电解液室。 内室（阴极）中圆形电极和外室（阳极）中的环形电极，他们是由适当的材料做成的。（图4)止动环：通过它，可是使用螺栓或者夹具把仪器固定于试块的表面。（图5）三个加紧螺：他们固定于底部，以便给内部的橡胶环提供压力。（图1）一个导电探针（没有画出来），温度探针和搅拌器。（图2）一个弯曲的导管：他插在内部容器和外部容器中，分别把容器里的溶液导入和导出。电子控制系统：他在两个电极之间提供60v直流电压，搅拌溶液，测量外室的导电量和温度。电子控制装置所需要的导线图2 Permit 主机的构成图3 橡胶密封 图4 电极图 5 在图1中用来固定基本单元的夹具2）电子控制器包括了普通的电子控制电路和记录设备。在仪表板的顶端（图6a）有一个液晶显示器和检测选择按钮。在控制器的后面有两个插孔 (图6b），一个插孔用来把仪器主机和控制装置连接起来，另一个插孔是把控制装置和PC机连接起来。控制器与12v的直流电源相连。 图 6（a）带数码显示器和选择按钮的控制器 图 6（b）控制器的后面板控制器还包括控制印制电路板由驱动电源，RS 232驱动电路组成的界面处的驱动电路板和一些检测温度电导和电流的交接面处的驱动电路板。电源供给电路板。3）除了上面所列的组成外，下面所列的部分也是Permit离子迁移仪构成部分。系统供电网和12v的直流电源适配器把仪器主机和控制器连接起来的的电线把控制装置和PC机连接起来，以便把数据从Permit离子迁移仪传到微型计算机中的数据线和CD光盘处理软件。带背带和钥匙的携带式仪器箱用于固定外室基座箝位的扳手一个USB电线/设配器，可以把采集到的RS232数据转变为USB形式，然后通过PC机上的USB接口，把数据从控制器传到PC机上三个螺栓：用来固定基座底部的夹具和棘轮扳手添加溶液的圆形/锥形漏斗03 工作原理Permit离子迁移仪的基本工作原理可以参考图7所示，在Permit实验中，以电势作为动力，驱使阴极电解液室内的离子移向外部的阳极电解液室。在实验中，当基本单元固定在（图2和3）表面时，他就把两个室分开了。实验应该在经过预处理（饱和）的试块表面上进行，以避免离子在渗透过程中被吸收。图 7 Permit离子迁移仪的工作原理为了进行Permit离子迁移试验，在盛阴极电解溶液室（内室）中注入0.55摩尔的离子溶液，在盛阳极电解液室（外室）中注入蒸馏水，注入的溶液的量要达到容器中标定的位置。60v的直流电压加在内室内应变较小的钢筋电极（阴极）上和外室钢筋电极（阳极）之间。这样可以使阴极电解液室里的离子通过试块的表面到达阳极电解液室里。通过导电探针，检测阳极电解液导电量的变化，可以间接检测到到达外室（阳极电解液）离子数量。当导电量的读数表明到达阳极电解液室的离子到达稳定状态时，就可以确定稳定状态下的导电量的斜率。除了可以检测阳极电解液导电性的变化，还可检测试验中电流的大小和温度的变化。这样可以用温度来校正稳定状态下的导电量，然后利用通过实验室预先建立的、校正过的公式来转化为稳定的离子浓度，dc/dt。（如果使用者还没建立校正公式，那么在这提供公式。但是，因为在这个实验中给的是定的选择是5.5，所以强烈建议使用者去验证这个公式）。受检测混凝土类型的影响，稳态发生在测试开始的2小时和10小时之间。对于其他多孔性渗透性材料，检测的持续时间将受介质的多孔性和渗透性的影响。图8 Permit离子迁移试验典型的传导率数据（OPC混凝土 0.55w/c ）对于用于试验的离子溶液，in situ 渗透性系数，Dmig in situ，可用Nernst-Planck方程计算，如6.1部分所示为了验证与仪器配套的公式的标度，一旦稳态确定，每间隔15分钟采集3次5ml的阳极（电解）液，如图8所示。在实验室里这些样本将用来分析来确定流入阳极（电解）液离子的稳态速度,dc/dt。电导测量将持续到三个样本的采集完成。一旦对于温度传导率数值被改正，电导对时间的斜率响应的稳态就确定。之后，应用公式标度这个斜率可以转化为相当的浓度梯度，所得的数值可以与测量的浓度梯度相对比。04 Permit的特征Permit离子迁移试验应用离子溶液进行各种材料的检测。对于不同的离子溶液，Nernst-Planck方程将会替代相应离子的原子价，同时计算离子迁移系数。 Permit检测既可以在水平面也可以在垂直面进行，但是不能在桥板内背面进行检测。 在检测过程中，为了使溶液均匀，外室的溶液要不停的搅拌，试验中不断检测溶液的温度、电导率，可通过计算用温度修正电导率。能够存储在Permit控制器的装置的最大数据值（如传导率，温度和没间隔测量的电流）是254。 电流，电导率和温度可以在Permit离子迁移检测中测得，从检测过程可能获得一系列重要的参数，例如，通过本试验可以计算出检测过程前6个小时期间全部通过的电量：类似ASTM C1202那样的快速Cl离子渗透性试验。05 仪器的操作检测，存储和重获数据的程序对于Permit相对容易，以下部分将描述。5.1 安全措施在使用Permit仪器过程中应注意以下安全措施：1） 控制器不能遇水2） 在检测表面用夹具环固定基本单位时，夹具（或固定螺丝钉）不应拧的过紧3） 当连接交流电时不能打开电源4） 在操纵过程中，Permit主机和控制器不能跌落5） Permit离子迁移仪不能置于大于50的环境中6） 用去离子水来清洁Permit主机尤其是电极和蓄水池壁7） 在检测开始前保证电极和所有连接不能锈蚀5.4 组装Permit和进行测量的准备一旦Permit主机如5.3部分描述的已经准备好，如5.2部分描述的已经安置在测试面，就可以准备进行测试。尽管这是关于氯离子的实验，但是其他离子溶液都可以代替这种氯离子溶液来进行这种实验。1 准备一份0.55mol的氯化钠溶液，即把32.145g氯化钠放入一升蒸馏水中所配置的溶液。2 通过Permit离子迁移仪上方的喷口往内室注入425ml 0.55mol的氯化钠溶液。3 检查内室是否向外室漏液，如果有任何泄露，用钳子慢慢地拧紧外室的螺丝是外室更紧密，并检查是否停止泄露，如果泄露仍没停止，说明表面没有达到标准，在这个位置这种实验无法实施。如果不漏，进行下一步操作。4 把650ml蒸馏水注入外室，如图10所示。检查外室是否向Permit离子迁移仪底座基部外侧漏液，如果不漏，进行下一步操作。但是，如果有任何泄露，小心地拧紧螺丝并核实泄露是否停止。如果拧紧螺丝仍漏液，则这个实验的表面不达标，需选择另一个实验场所。5 确保探针和温度计侵入外室溶液内。如果表面没有预先充分浸透而固定Permit离子迁移仪，溶液面有可能回降低到探针和温度计以下。如果发生这种情况，则必须重新浸透实验位置后，再开始实验。6 用电缆把Permit离子迁移仪连接到控制器（controller）背面标有BSAE的接口上（图6）。将交流电接头（AC adapter）连接到12v dc 插孔上，并将电缆线接到交流电接头（AC adapter）上。7 在控制器（controller）背面有个PC机接口，通过他可以连接电脑和控制器（controller）。在实验的任何阶段，都可以把PC机连接上去。因此，没必要一开始就将PC机连上去。8 将交流电接头（AC adapter）连接到交流电源上，并接通电源。现在，这个仪器就可以进行离子迁移实验了。5.5 用PERMIT离子迁移仪进行测量 把PERMIT离子迁移仪一旦安装在测试地点，就可遵照下列给定的步骤用Permit离子迁移仪来完成离子迁移实验。1 接通交流电源，将有一个电压为12v的直流电为控制器（controller）供电。为完成这个实验，在控制器（controller）内这个电压将逐步增加到60v。2 打开控制器，他将加载软件，出现初始界面（the opening page），如（图11a）。你可选择扫描率、设定时间和恢复最后一次储存的数据。遵照第三步设定扫描率、第四步设定时间、第五步恢复最后一次存储的数据。3 扫描率设定：缺省值是5分钟，意思是说每5分钟记录一次温度、电导（conductivity）和电流。扫描率可设置为任一期望值，但是，一个较低的扫描率将会导致在实验完成前装满存储卡。因此，10或者15分钟是合理的选择。一个较高的扫描率可能导致一些重要参数丢失，如稳定状态的起始时间、最大电流值，特别是在测定抗渗透性差的材料时。要想改变扫描率，首先将光标指向“SCANRATE”，如果光标没有指向“SCANRATE”，利用向上和向下键，并按标有“回车”的键进行选择。缺省值5分钟将显示出来，可通过按向上或向下的箭头来增大或减小其值。选定数值按下“回车”键，将所选数值设定为扫描率，并返回主菜单。a. 主控显示屏 b. 操作按键图 11 控制器界面和操作按键4 时间设置：将光标移动到“SET CLOCK”菜单上，按下“回车”键，可以调整年、月、日、小时、分、秒。利用向上、向下、回车三键可以增加或减小设定值。参数一旦被设定，光标将移向下一个待设定的参数，如此下去直到最后一个参数被设定。设定完最后一个参数，系统会自动返回到主菜单。开始实验时没必要设置时间，但是，如果资料需要显示真实时间时，则必须在开始实验前设置时间。如果不设置时间，时间将从实验开始时计时。5 恢复数据：数据储存在存储器里面，把光标移向“RECOVER DATA”菜单可恢复数据，这可使存储器里面的数据显示出来，利用向上和向下键可以显示所有数据。这些数据也可以传送到PC机上，可用5.6节描述的步骤。6 扫描率一旦被设定（时间也已设定），这个实验就可以开始了。按下“START/STOP”键实验开始，这将导致以下结果：存储器里面已经存储的数据被清除，一组新数据将被记录下来；电极间加60v直流电压；小电扇开始在阳极电解液中搅拌。实验期间，系统每次测定阳极电解液的温度、电导率和电流之前，搅拌一直进行。7 在任一设定的扫描率间隔到达时，系统停止搅拌2秒钟，检测电导、阳极电解液的温度和系统中的电流。这些数据被记录并储存在存储器里，直到最大值254组数据（即254组电导、温度、电流数据）。实验会一直进行，直到操作员按下“START/STOP”键。达到稳定状态情况，实验也许会停止，并可获得充分的数据来确定电导时间关系图表。如果达到稳定状态而实没有停止，存储器将有被装满的危险（即超过254组数据），装满后存储器将初始化，实验重新开始，这将会丢失所有记录数据。因此，要牢牢记住定期检查所收集的数据，在显示面板上或传送到电脑上确定稳定状态的征状。8 如前所述，离子扩散的稳态是通过电导率的读数来辨认的（Fig. 8）。检查控制器显示面板上的电导率是否基本保持常数，若至少三组数据的电导率梯度在0.1%以内，可认为到达了稳态。因扩散稳态到达时伴有短时峰值电流出现，所以可用后者可用做是否达到稳态的复核。此外，峰值电流还可用来评定被测验材料的离子抗渗入性，如果连续的电导梯度相同并且电流达到峰值，则可终止实验。记下从显示面板上所获得的电导的斜率（ds/dt）的稳定值，用下列公式把电导梯度转化为浓度梯度(dc/dt) dc/dt=5.68*ds/dt+1.13注意仅在没有校核公式式才能使用这个方程。9 如果计算结果(calibration)需要复核，在达到稳定状态后取5ml阳极电解液（从外室取），取3次，每次间隔15分钟。这些样本可以在实验室中分析氯离子的，还可以计算出氯离子稳态流量。如果浓度分别是c1、c2、d3，浓度梯度 dc/dt等于dc/dt=(c2-c1)+(c3-c2)/15将这个数值与通过电导梯度计算出的数据进行对比，如果这两个值接近，则说明测定结果是令人满意的；如果差别超过5%，通过这次分析获得到新的转换公式，调整计算结果。10 实验一旦被终止，确保存储器中的数据转移到电脑上，遵照5.6节所描述的步骤。如早先所述，在实验的任何阶段，电脑都可以连接到控制器上进行数据转移。11 当实验完成后，关闭控制器，断开电源。还有断开控制器与Permit离子迁移仪上的电缆线。12 内、外室的溶液可以预先抽出，从而使Permit离子迁移仪从实验位置移开。为了把Permit离子迁移仪从实验位置移开，要慢慢地按逆时针方向同时把所有固定螺丝拧松，直到所有螺丝从固定位置移走。13 清理内、外室和电极，把Permit离子迁移仪放入随从箱。14 遵照第6章的步骤计算离子迁移系数。5.6 把数据从Permit控制器转移到电脑上做进一步分析按照下列给定的步骤把资料从控制器上转移到电脑上：1 把CD插入电脑，等到自动打开CD和上面的文件，双击CD上的“PERMITD DATA”文件（这个软件在电脑上要运行，电脑必须装有EXCEL，因为他与EXCEL共同工作）如果提供电子表格的文件的MACRO没有加载，找到EXCEL中的工具项，打开下拉菜单，并选择MACRO，接下来再选扩展菜单中的SECURITY。设定SECURITY为媒介。再试一次运行MACRO，这次MACRO将会被加载并显示如下窗口（图12）。2 单击“CONNECT”，他将红按钮转变为绿色，另外两个类同。3单击“CLEAR COLUMNS”清理电子数据表中的每一个原始数据。保存文件是非常重要的，在转移每一组数据后都要命一个新文件名以防覆盖已经转移的数据。4单击“DOWNLOAD DATA”，将显示控制器中存储器里的数据，这将转移控制器中的原始数据，这些将显示在第一个工作表中，命名为RAW DATA。数据的前两行编成校准因数，并要求由控制器校准。第一个真实数据显示在第3行（即工作表中的第4行）。5MACRO在测量数据的基础上应用校准数据，改正后的数据保存在第二个工作表中，命名为“CALIBRATED DATA&GRAPHS”。这组数据可用做所有Permit离子迁移实验的进一步分析。6数据分析，如第6章所述，是为了获得重要的实验性质。当按下“START/STOP”键实验开始时，请注意所有以前的数据会被删除，不可恢复。所以，应在每次实验期间或者实验结束后立即把数据转移。06离子渗透（迁移）系数与其它重要参数的计算下列参数能够通过同离子迁移仪所做的离子渗透（迁移）试验计算出来61离子渗透（迁移）系数的计算在电子数据表（如Excel）中输入下列参数的数值，并在此部分的各步骤中替换以求出离子的迁移系数。电位差E，单位：电压（=60vV DC）离子溶液的浓度（NaCl）C,单位：ppm(=0.55M,i.e.0.55*103mol/m3)外室体积，V，单位：m3（=6.5*10-4m3）平均流动长度/平均流面积,L/A, 单位：m-1 (=3.74 m-1)氯离子的电价，z(=-1)法拉第常数,F, 单位：c/mol(=96500 c/mol)通用气体常数,R, 单位：J/K. mol (=8.31 J/K. mol)稳定状态的平均温度，T， 单位：K（=273+T），其中T为观察温度稳定状态下氯离子的改变量，dc/dt(由式1或相似的标准刻度公式得到),单位：mol/ m3.s在稳定状态条件下确定平均温度T，由此得到氯离子的改变量用Nernst-Planck方程式（考虑到所建测试而作了改进）计算原位离子迁移系数，这一点在以下各步及样品计算中得到证明。式3D =迁移系数，m2/s=在阳极电解液中的浓度变化率，mol/ m3.sT =绝对温度（稳定状态下的平均温度）,KR =通用气体常数. 8.31 J/K. molZ =离子的原子价（氯离子为-1）C =离子源溶液的集度,0.55*103 mol/ m3F =法拉第常数(9.65*104c/mol)E =正负极间的电势差,60VV =阳极电解液的体积,6.5*10-4m3L/A =流动长度与外部面积的比值,3.74m-11)在稳定状态下计算绝对平均温度由此得到氯离子的稳定率2)如果用户的标准刻度公式不可用，用式1得到dc/dt的值，如果在稳定状态下测出集度，用式2。3)从式3中计算Dmig in situ样品计算T=稳定状态下的平均温度 =29.20C=302.20K62电流峰值的确定在工作表2中，根据电流vs时间的平面图确定电流的峰值。离子现场扩散系数Dmig in situ与峰值电流的关系见图14。因此，电流峰值也可用来区别离子在混凝土中传输所受到的抵抗力。图14 现场扩散系数Dmig in situ与峰值电流的关系63稳流状态下6小时时库仑值的确定从试验开始用在工作表中的电流测量值计算在不同时间段内所通过的电荷，记录下一直到6小时和刚达稳流状态下通过的电荷，在ASTM C1202测试中到6小时时通过的电荷为库仑值，如图15所示，在Dmig in situ与刚达稳定状态时通过的总电荷之间存在关联，然而，在库仑值的情况下确无此联系，因此，并不推荐使用6小时的值来比较在混凝土中离子受到的抵抗力。以上三个参数中的任一个都能用来确定所