CN102364335A - 用于检测混凝土碱含量的装置,系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的用于检测混凝土碱含量的装置，系统和方法，其中装置包括电极检测单元、与电极检测单元连接的测试主机、以及与测试主机连接的上位机，测试主机包括外壳、设置在外壳内的控制系统，内置充电电池；设置于外壳上的操作面板，钾电极插口，钠电极插口；电极检测单元包括钾离子复合电极、钠离子复合电极及与其匹配的导线；钾离子复合电极通过导线与钾电极插口连接；钠离子复合电极通过导线与钠电极插口连接；钾电极插口和钠电极插口通过信号线与控制单元连接。本发明解决了传统检测混凝土碱含量试验仪器复杂、试验流程较长等技术问题，具有仪器轻巧便携、检测迅速等优点。

Description

用于检测混凝土碱含量的装置,系统和方法

技术领域

本发明涉及一种分析仪器，具体涉及一种用于检测混凝土碱含量的装置、系统和方法。 

背景技术

混凝土原料中含有碱(钾、钠离子)，当混凝土处在足够湿度的环境中一段时间后，混凝土中的碱(钾、钠离子)会与粗细骨料中的活性硅发生反应，即碱骨料反应。根据《混凝土碱含量限值标准》CECS 53：93，《混凝土结构耐久性评定标准》CECS 220：2007等相关标准，混凝土碱含量是指混凝土中等当量氧化钠的含量，以kg/m³计，混凝土原材料的碱含量是指原材料等当量氧化钠的含量，以重量百分率(％)计。等当量氧化钠含量是指氧化钠与0.658倍的氧化钾之和，即“等当量氧化钠含量＝Na₂O+0.658×K₂O”。碱骨料反应产物膨胀会产生内应力，导致混凝土从内部膨胀和开裂，对混凝土结构造成有害影响，因此国内外非常重视混凝土的碱含量限值。控制混凝土及其原材料的碱含量可以从源头控制混凝土碱骨料反应的发生几率。目前国内常用的检测混凝土及其原材料的碱含量方法通常为火焰光度法或原子吸收光谱法，这两种方法中所采用的火焰分光光度计和原子吸收光谱仪均需要配备高压气瓶使用，且使用中会产生高温火焰，操作危险，一旦操作失误容易引起事故。并且仪器占地较大，一旦固定无法挪动，不适用于混凝土搅拌现场的检测。 

发明内容

为了解决试验仪器复杂，操作危险系数较大，对操作人员要求较高；所用仪器占地较大，不便于携带，无法实现现场检测；试验流程繁琐，无法实现快速测量；以及抗化学干扰能力较差的技术问题，本发明提供一种用于检测混凝土碱含量的装置、系统和方法。 

为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案如下： 

本发明提供的用于检测混凝土碱含量的装置，包括电极检测单元，与电极检测单元连接的测试主机，以及与测试主机连接的上位机，所述测试主机包括 外壳、设置在外壳内的控制系统，内置充电电池；设置于外壳上的操作面板、钾电极插口、钠电极插口； 

所述电极检测单元包括钾离子复合电极、钠离子复合电极及与其配套的导线， 

所述钾离子复合电极通过导线与钾电极插口连接， 

所述钠离子复合电极通过导线与钠电极插口连接， 

所述钾电极插口、钠电极插口通过信号线与控制单元连接。 

更进一步地，上述操作面板上设置有显示屏和键盘；所述键盘包括背光控制键，确定控制键，数字键，开关控制键，方向键，以及取消控制键。 

本发明还提供了一种用于检测混凝土碱含量的控制系统，该系统包括： 

单片机，用于计算出被测液相中的碱含量； 

信号采集单元，用于对复合电极的电压进行采集， 

信号放大单元，用于对所采集的复合电极的电压信号进行放大； 

时间测量模块，用于测定所检测的时间； 

温度检测模块，用于对室温进行测量； 

供电单元，用于对单片机和时间测量模块提供电源； 

所述信号采集单元，信号放大单元，时间测量模块，温度检测模块以及供电单元与单片机通过控制总线电连接。 

更进一步地，上述系统还包括： 

显示屏插口，用于与显示屏连接； 

键盘插口，用于与键盘连接； 

RS232接口，用于通过上位机与外置的打印机、计算机设备等连接； 

所述显示屏插口，键盘插口以及RS232接口与单片机通过控制总线连接。 

更进一步地，上述单片机内集成有： 

中央处理器，用于检测数据统计与运算； 

固态存储器，用于存储检测程序； 

主控板卡，用于检测数据。 

更进一步地，上述供电单元包括与单片机连接的电源，与电源连接的内置电源；以及与时间测量模块连接的电池。 

更进一步地，上述信号采集单元包括： 

钾离子采集模块，用于对钾离子复合电极的电压进行采集； 

纳离子采集模块，用于对钠离子复合电极的电压进行采集。 

更进一步地，上述信号放大单元包括： 

钾离子放大模块，用于对钾离子采集模块所采集的信号进行放大； 

纳离子放大模块，用于对纳离子采集模块所采集的信号进行放大； 

所述钾离子放大模块和纳离子放大模块将放大后的信号发送给单片机进行运算处理。 

本发明还提供了一种用于检测混凝土碱含量的方法，该方法包括以下步骤： 

将待测物质进行预处理后，加入离子抗干扰剂； 

选择氧化钠或氧化钾模式； 

将钠离子复合电极或钾离子复合电极用标准溶液标定，并确定钠标准曲线； 

将钠离子复合电极或钾离子复合电极放入预处理后的待测物质中； 

在单片机中输入测试参数； 

通过钠离子复合电极或钾离子复合电极实时采集待测样品的液相电极电位，并将数据通过导线传送至测试主机中； 

通过测试主机中的信号采集单元采集复合电极检测到的液相电极电位， 

再利用信号放大单元将采集的数据放大后传送给单片机； 

最后通过单片机内的中央处理器将液相电极电位与测试参数综合统计以及运算后，直接计算出被测液相中的碱含量，可选择存储在单片机的内存里。 

更进一步地，上述碱含量的数据通过RS232接口经连接上位机传输至外置计算机内，以对相关数据进行读取或处理； 

所述碱含量的数据存于计算机的固态存储器内或单片机的内存里。 

本发明由于采取以上技术方案，具有以下优点： 

1)本发明基于离子选择电极法，利用钾、钠元素复合离子选择电极，快速检测经过处理的新拌混凝土、硬质混凝土溶液和混凝土原材料溶液中的氧化钾、氧化钠含量，从而最终快速确定混凝土或其原材料中的碱含量。 

2)本发明提供的混凝土碱含量检测装置轻巧、简便，操作方便、迅速，可用于现场操作。 

3)在本发明提供的混凝土碱含量检测装置中设置的单片机，其数据存储容量较大，可存储100多个测试数据。 

4)在本发明提供的混凝土碱含量检测装置中设置的上位机分析软件，可以将主机中的数据批量导入电脑中。 

附图说明

图1为本发明中混凝土碱含量检测装置的整体示意图； 

图2为本发明中混凝土碱含量检测装置的主视图； 

图3为本发明中混凝土碱含量检测装置的后视图； 

图4为本发明中混凝土碱含量检测装置主控板结构原理框图； 

图5为本发明中单片机的原理框图。 

附图标记说明： 

电极检测单元1，钾离子复合电极101，钠离子复合电极102，导线103；测试主机2，外壳201，控制系统202，单片机212，中央处理器2121，固态存储器2122，主控板卡2123；信号采集单元222，钾离子采集模块2221，纳离子采集模块2222；信号放大单元232，钾离子放大模块2321；纳离子放大模块2322；供电单元242，电源2421，内置电源2422；电池2423；时间测量模块252，显示屏插口262；键盘插口272；RS232接口282；温度检测模块292，操作面板203，显示屏213，键盘223；背光控制键2231，确定控制键2232，数字键2233，开关控制键2234，方向键2235，取消控制键2236；钾电极插口204，钠电极插口205，内置充电电池206；上位机3。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明： 

参见图1-图3所示，本发明提供的用于检测混凝土碱含量的装置，包括电极检测单元1、与电极检测单元1连接的测试主机2、以及与测试主机2连接的上位机3，测试主机2包括外壳201、设置在外壳201内的控制系统202，内置充电电池206；设置于外壳201上的操作面板203、钾电极插口204、钠电极插口205；电极检测单元1包括钾离子复合电极101、钠离子复合电极102及与其配套的导线103，钾离子复合电极101通过导线103与钾电极插口204连接，钠离子复合电极102通过导线103与钠电极插口205连接，钾电极插口204、钠电 极插口205通过信号线与控制单元202连接。操作面板203上设置有显示屏213和键盘223；其中，键盘223包括背光控制键2231，确定控制键2232，数字键2233，开关控制键2234，方向键2235，以及取消控制键2236。测试主机内置内存可存储100组数据，为满足客户对于存储空间的需要，另配置专用的上位机，通过RS232接口连线与电脑连接，可直接读取测试主机中已经存储的数据并在电脑上给予修改。 

参见图4-5所示，本发明提供的用于检测混凝土碱含量的控制系统包括： 

用于计算出被测液相中的碱含量的单片机212，该单片机212内集成有用于检测数据统计与运算的中央处理器2121，用于存储检测程序的固态存储器2122，用于检测数据的主控板卡2123； 

用于对复合电极的电压信号进行采集的采集单元222，信号采集单元222包括用于对钾离子复合电极101的电压进行采集的钾离子采集模块2221，用于对钠离子复合电极102的电压进行采集的纳离子采集模块2222。 

用于对所采集的复合电极的电压信号进行放大的信号放大单元232， 

该信号放大单元232包括用于对钾离子采集模块2221所采集的信号进行放大的钾离子放大模块2321；用于对纳离子采集模块2222所采集的信号进行放大的纳离子放大模块2322；钾离子放大模块2321和纳离子放大模块2322将放大后的信号发送给单片机212进行运算处理。 

用于测定所要检测时间的时间测量模块252，用于对室温进行测量的温度检测模块262，用于对单片机212和时间测量模块252提供电源的供电单元242，信号采集单元222，信号放大单元232，时间测量模块252，温度检测模块292以及供电单元242与单片机212通过控制总线电连接，其中供电单元242包括与单片机212连接的电源2421，与电源2421连接的内置电源2422；以及与时间测量模块252连接的电池2423。 

该系统还包括：用于与显示屏213连接的显示屏插口262；用于与键盘223连接的键盘插口272；用于通过上位机3与外置的打印机、计算机设备等连接的RS232接口282；显示屏插口262，键盘插口272以及RS232接口282与单片机212通过控制总线连接。 

本发明提供的用于检测混凝土碱含量的方法包括以下步骤： 

步骤a将待测物质进行预处理； 

步骤b选择氧化钠或氧化钾模式； 

步骤c将钠离子复合电极或钾离子复合电极用标准溶液标定，并确定钠标准曲线； 

步骤d将钠离子复合电极或钾离子复合电极放入预处理后的待测物质中； 

步骤e通过钠离子复合电极或钾离子复合电极实时采集待测样品的液相电极电位，并将数据通过导线传送至测试主机中； 

步骤f通过测试主机中的信号采集单元采集复合电极检测到的液相电极电位， 

步骤g再利用信号放大单元将采集的数据放大后传送给单片机； 

步骤h最后通过单片机内的中央处理器将液相电极电位与测试参数综合统计以及运算后，直接计算出被测液相中的碱含量，可选择存储在单片机的内存里。 

步骤h中已存储的碱含量数据可通过RS232接口经连接上位机传输至外置计算机内，以对相关数据进行读取或处理，该数据也可以存于计算机的固态存储器内或单片机的内存里。 

本发明的工作原理如下： 

检测前先将待测物质进行预处理，再加入离子抗干扰剂，用方向键2235选择菜单中的模式，当选择氧化钠模式时，将钠离子复合电极102用标准溶液标定，确定钠标准曲线，将钠离子复合电极102放入预处理后的待测物质中，测量钠离子含量，测量后取出钠电极。当选择氧化钾模式时，将钾离子复合电极101用标准溶液标定，将钾离子复合电极101放入待测物质，测量钾离子含量。选择以上顺序可以颠倒。用方向键2235选择菜单中的“计算”，输入待测物质的氧化钠百分比和氧化钾百分比，通过单片机212自动算取碱含量。 

在实验过程中，根据显示屏213提示的信息，操作人员通过操作键盘上的背光键2231，开关控制键2234，确定控制键2232，取消控制键2236，方向键2235(包括向上、向下、向左、向右)进行相关操作，实时采集待测样品的液相电极电位，并将数据通过导线传送至测试主机2。同时测试主机2通过信号采集单元222采集钾离子复合电极101或钠离子复合电极102检测到的液相电极 电位，再利用信号放大单元232将检测到数据放大后传送给单片机；也可以通过时间测量模块252测量时间。在测试主机2内设置的单片机212上集成有用于检测数据统计、运算的中央处理器2121、用于存储检测程序和检测数据的固态存储器2122、主控板卡2123，单片机212通过中央处理器2121将液相电极电位与室温数据、电压数据、时间数据综合统计、运算，直接计算出被测液相中的碱含量，之后将得出的数据通过与计算机连接的RS232接口282传输至外置计算机内，在计算机上处理或显示相关数据，并可以将数据保存在计算机的固态存储器内，同时数据也存储在单片机的内存里。 

本发明也可脱离电脑单独使用测试主机2，由单片机212控制与其连接的信号采集单元222，钾离子采集模块2221，纳离子采集模块2222，信号放大单元232，供电单元242，时间测量模块252，显示屏插口262；键盘插口272；RS232接口282以及温度检测模块292，将其实验数据通过显示屏213上实时显示，将实验数据存储在单片机的内存里，并可通过RS232接口282连接上位机后将数据传输至电脑中。 

本发明中所提到离子选择电极法中的离子选择电极是一类化学传感器，离子选择电极检测到电位与溶液中离子的活度的对数呈线性关系。离子选择电极带有敏感膜，只能对特定的离子或分子态物质有选择性响应，因此，选择了不同元素的离子电极，就可以检测出溶液中的元素活性，最终确定该元素的浓度。 

本发明提供的用于检测混凝土碱含量的装置轻巧、简便，操作方便、检测迅速，可用于现场操作；内设的单片机具有大容量数据存储，可存储100个测试数据；增加的上位机分析软件，可以将主机中的大量数据导入电脑中。 

以上内容是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明；对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推理或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。 

Claims (10)

1.一种用于检测混凝土碱含量的装置，包括电极检测单元、与电极检测单元连接的测试主机、以及与测试主机连接的上位机，其特征在于：

所述测试主机包括外壳、设置于外壳内的控制系统，内置充电电池；设置于外壳上的操作面板，钾电极插口以及钠电极插口；

所述电极检测单元包括钾离子复合电极、钠离子复合电极及与其配套的导线；

所述钾离子复合电极通过导线与钾电极插口连接；

所述钠离子复合电极通过导线与钠电极插口连接；

所述钾电极插口和钠电极插口通过信号线与控制单元连接。

2.根据权利要求1所示的用于检测混凝土碱含量的装置，其特征在于：

所述操作面板上设置有显示屏和键盘；所述键盘包括背光控制键，确定控制键，数字键，开关控制键，方向键，以及取消控制键。

3.一种用于检测混凝土碱含量的控制系统，其特征在于：所述系统包括：

单片机，用于计算出被测液相中的碱含量；

信号采集单元，用于对复合电极的电压进行采集；

信号放大单元，用于对所采集的复合电极的电压信号进行放大；

时间测量模块，用于测定所检测的时间；

温度检测模块，用于对室温进行测量；

供电单元，用于对单片机和时间测量模块提供电源；

所述信号采集单元，信号放大单元，时间测量模块，温度检测模块以及供电单元与单片机通过控制总线电连接。

4.根据权利要求3所述的用于检测混凝土碱含量的控制系统，其特征在于：所述系统还包括：

显示屏插口，用于与显示屏连接；

键盘插口，用于与键盘连接；

RS232接口，用于通过上位机与外置的打印机、计算机设备等连接；

显示屏插口，键盘插口以及RS232接口与单片机通过控制总线连接。

5.根据权利要求4所述的用于检测混凝土碱含量的控制系统，其特征在于：

所述单片机内集成有：

中央处理器，用于检测数据统计与运算；

固态存储器，用于存储检测程序；

主控板卡，用于检测数据。

6.根据权利要求5所述的用于检测混凝土碱含量的控制系统，其特征在于：

所述供电单元包括与单片机连接的电源，与电源连接的内置电源；以及与时间测量模块连接的电池。

7.根据权利要求6所述的用于检测混凝土碱含量的控制系统，其特征在于：信号采集单元包括：

钾离子采集模块，用于对钾离子复合电极的电压进行采集；

纳离子采集模块，用于对钠离子复合电极的电压进行采集。

8.根据权利要求7所述的用于检测混凝土碱含量的控制系统，其特征在于：

所述信号放大单元包括：

钾离子放大模块，用于对钾离子采集模块所采集的信号进行放大；

纳离子放大模块，用于对纳离子采集模块所采集的信号进行放大；

所述钾离子放大模块和纳离子放大模块将放大后的信号发送给单片机212进行运算处理。

9.一种用于检测混凝土碱含量的方法，其特征在于：包括：

将待测物质进行预处理后，加入离子抗干扰剂；

选择氧化钠或氧化钾模式；

将钠离子复合电极或钾离子复合电极用标准溶液标定，并确定钠标准曲线；

将钠离子复合电极或钾离子复合电极放入预处理后的待测物质中；

在单片机中输入测试参数；

通过钠离子复合电极或钾离子复合电极实时采集待测样品的液相电极电位，并将数据通过导线传送至测试主机中；

通过测试主机中的信号采集单元采集复合电极检测到的液相电极电位，

再利用信号放大单元将采集的数据放大后传送给单片机；

最后通过单片机内的中央处理器将液相电极电位与测试参数综合统计以及运算后，直接计算出被测液相中的碱含量，可选择存储在单片机的内存里。

10.根据权利要求9所述的用于检测混凝土碱含量的方法，其特征在于：

所述已存储的碱含量数据可通过RS232接口经连接上位机传输至外置计算机内，以对相关数据进行读取或处理，

所述碱含量的数据存于计算机的固态存储器内或单片机的内存里。

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