CN104614289A - 一种混凝土粘稠度监测系统 - Google Patents

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金纪东
李思扬
石慧珠
李一乔
郑应峰
杨启文
吴迪
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Abstract

本发明公开了一种混凝土粘稠度监测系统，安装在搅拌机上且与电机相连接，系统包括测速模块、电流互感模块、电压互感模块、用于将通过电流互感模块及电压互感模块处理后的电流与电压模拟信号转换为数字信号的A/D模块、用于将电流与电压数据进行计算可得到实时电机功率与混凝土粘稠度的CPU模块和用于实时显示电机功率与混凝土粘稠度的显示模块、按键模块、用于为各模块工作提供电源的电源模块；电流互感模块及电压互感模块的输出端分别通过转换模块与CPU模块的输入端相连接，CPU模块的输出端连接显示模块的输入端，按键模块与CPU模块相连。本发明成本低，测量准确，效率高的优点，大大减少了测试过程中的劳动量和人为误差。

Description

一种混凝土粘稠度监测系统
技术领域
本发明涉及一种混凝土粘稠度监测系统，属于混凝土监测技术领域。
背景技术
混凝土的粘稠度一直是混凝土工程质量检测的重要指标之一，受到工程管理部门的普遍重视。《混凝土质量控制标准》GB50164规定：混凝土拌合物性能应满足设计和施工要求。混凝土拌合物性能试验方法应符合现行国家标准《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080的规定。
关于混凝土粘稠度的检测，国际标准化组织制定了三种方法——坍落度实验、维勃实验、捣实系数实验。
(1)坍落度测试方法
将搅拌好的混凝土分三层装入坍落度筒中，每层插捣25次，抹平后垂直提起坍落度筒，混凝土在自重作用下坍落，以坍落高度(单位mm)代表混凝土的流动性。坍落度越大，则流动性越好，粘稠度低。
(2)维勃稠度测试方法
将混凝土拌合物按一定方法装入坍落度筒内，按一定方法捣实，装满刮平后，将坍落度筒垂直向上提起，把透明圆盘转到混凝土截头圆锥体顶面，开启振动台，同时计时，记录当圆盘底面布满水泥浆时所用时间，所读秒数即为该混凝土拌合物的维勃稠度值。此方法适用于骨料最大粒径不超过40mm，维勃稠度在5～30s之间的混凝土拌合物的稠度测定。
混凝土拌合物流动性按维勃稠度大小，可分为4级：超干硬性(≥31s)；特干硬性(30～21s)；干硬性(20～11s)；半干硬性(10～5s)。
目前国内外工业与民用建筑中,对塑性混凝土常用坍落度实验结合经验观察评定其粘稠度；对于低流动性贫混凝土、干硬性混凝土曾采用过工业粘度计，但因试验操作不便，误差较大而未能推广。由于各种试验方法仅强调了某一个侧面来评价混凝土粘稠度,故很多直观的检测方法还是存在的，例如用抹刀整平混凝土表面看看是否易于抹平，搅拌混凝测试其易搅拌性等等，但这种依靠人工观察，粗略的估计效率低，误差大。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种可以现场采集、处理和显示检测结果的混凝土粘稠度监测系统，能够及时正确直观的反应出混凝土粘稠度。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
本发明的一种混凝土粘稠度监测系统，安装在搅拌机上且与电机相连接，系统包括用于测量电机转速的测速模块、用于测量电机工作时流过的电流大小的电流互感模块、用于测量电机工作时两端的电压大小的电压互感模块、用于将通过电流互感模块及电压互感模块处理(按一定的比例降低)后的电流与电压模拟信号转换为数字信号的A/D模块、用于将电流与电压、转速数据进行计算可得到实时电机功率、阻力与混凝土粘稠度的CPU模块和用于实时显示电机功率、阻力与混凝土粘稠度的显示模块、用于输入配置功能的按键模块、用于为各模块工作提供电源的电源模块；电流互感模块及电压互感模块的输出端分别通过A/D转换模块与CPU模块的输入端相连接，CPU模块的输出端连接显示模块的输入端，所述测速模块的输出端连接CPU模块的输入端，所述按键模块与CPU模块相连。所述电源模块用于为各模块工作提供电源。
上述电流互感模块包括接线柱P1、电流互感器T1、桥式整流电路D1、电阻R1-R4和滤波电容C1、C2，所述电流互感器T1输入端通过接线柱P1与电机串联，输出端经桥式整流电路D1与滤波电容C1、C2相连。电阻R2、R3、R4串联后与R1并联，将电流信号转换为与电机电流成比例的电压信号，电阻R2、R3、R4串联分压。
上述电阻R4采用可调电位器，用于对电流信号的标定。
上述电压互感模块包括接线柱P2、电压互感器T2、桥式整流电路D2、电阻R5-R8和滤波电容C3、C4，所述电流互感器T2输入端通过接线柱P2与电机并联，输出端经桥式整流电路D2与滤波电容C3、C4相连。电阻R6、R7、R8串联后与R5并联，电阻R6、R7、R8串联分压，获得与电机电压成比例的电压信号。
上述电阻R8采用可调电位器，用于对电压信号的标定。
上述单片机模块以ATmega16集成芯片为核心芯片。
上述显示模块具体采用的是LCD1602型液晶显示模块。
上述测速模块采用的是旋转编码器。
本发明能够及时正确的反应出混凝土的粘稠度，相对于目前依靠人工观察，粗略估计的方法，具有自动化程度高，成本低，测量准确，效率高的优点，大大减少了测试过程中的劳动量和人为误差。
附图说明
图1为本发明的混凝土粘稠度监测系统安装示意图；
图2为本发明的混凝土粘稠度监测系统工作原理框图；
图3为本发明的电流互感模块电路原理图；
图4为本发明的电压互感模块电路原理图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
本发明基于混凝土流动性(混凝土克服内摩阻力而产生变形的能力，它主要决定于混凝土中砂、石、水泥三者与水的比率)原理，不同粘稠度的混凝土对搅拌机叶片产生的阻力是不同的，所以电机消耗的功率也就不同，本发明的混凝土粘稠度监测系统2就是基于以上原理而设计的，通过检测电机工作时的功率来判断混凝土的粘稠度。
参见图1和图2，将本发明的混凝土粘稠度监测系统2安装在搅拌机1上且与电机3相连。
混凝土粘稠度监测系统2包括用于测量电机转速的测速模块2-8、电流互感模块2-1、电压互感模块2-2、A/D转换模块2-3、显示模块2-5、CPU模块2-6、按键模块2-7和电源模块2-4。电流互感模块2-1用以测量电机工作时流过的电流大小，电压互感模块2-2用以测量电机工作时两端的电压大小，测速模块2-8用以测量电机3转速。
电流互感模块2-1的输出端和电压互感模块2-2的输出端分别与A/D模块2-3输入端中的两个接口连接，A/D模块2-3输出端与CPU模块2-6的第一输入端连接，CPU模块2-6的输出端与显示模块2-5输入端连接，按键模块2-7和CPU模块2-6的第二输入端连接，电源模块2-4的输出端与上述各模块的电源连接。
测速模块2-8将转速输出给CPU模块2-6，电流互感模块2-1和电压互感模块2-2将流过电机3的电流及电机两端的电压按一定的比例降低(目的在于：搅拌电机工作电流、电压数值较大，超过A/D转换模块(数据采样)允许值，会烧坏后续电路，因此须将电流、电压按一定的比例降低)输出给A/D转换模块2-3，CPU模块2-6通过A/D转换模块2-3对电流与电压信号进行采集，再将采集到的数据进行软件滤波、功率计算、粘稠度计算等数据处理，根据公式功率＝电流*电压，功率＝转矩*转速，得到相应的功率和混凝土阻力，根据CPU模块2-6内部软件(现有软件)事先建立的混凝土阻力-粘稠度对应表(此处为现有技术，此处不再赘述)得到混凝土粘稠度，将结果输出给显示模块2-5，显示模块2-5实时显示当前电机功率、阻力与粘稠度。
在实际监测过程中，若显示模块2-5上显示的混凝土过稀，采取相应的措施，例如：加水泥、沙石等；若显示模块2-5上显示的混凝土过于稠，采取相应的措施，例如：加水。
参见图3，电流互感模块2-1由接线柱P1、电流互感器T1、桥式整流电路D1、电阻R1-R4和滤波电容C1、C2构成，用以测量电机3工作时流过的电流大小。
参见图4，电压互感模块2-2由接线柱P2、电压互感器T2、桥式整流电路D2、电阻R5-R8和滤波电容C3、C4构成，用以测量电机3工作时两端的电压大小。
A/D模块2-3将通过电流互感模块及电压互感模块处理后的电流与电压模拟信号转换为数字信号。
CPU模块2-6通过A/D模块将电流与电压数据进行采集、计算处理并输出到显示模块。
显示模块2-4用以显示电机功率与粘稠度。
测速模块2-8将电机3的转速送给CPU模块2-6。
按键模块2-7用于输入配置监测系统2的工作模式：标定模式、监测模式。在标定模式下，可通过按键模块2-7修正CPU模块2-6内部软件事先建立的混凝土阻力-粘稠度对应表；在监测模式下，只完成上述监测功能。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种混凝土粘稠度监测系统，其特征在于，安装在搅拌机上且与电机相连接，系统包括用于测量电机转速的测速模块、用于测量电机工作时流过的电流大小的电流互感模块、用于测量电机工作时两端的电压大小的电压互感模块、用于将通过电流互感模块及电压互感模块处理后的电流与电压模拟信号转换为数字信号的A/D模块、用于将电流与电压及转速数据进行计算可得到实时电机功率、阻力与混凝土粘稠度的CPU模块和用于实时显示电机功率、阻力与混凝土粘稠度的显示模块、用于输入配置功能的按键模块、用于为各模块工作提供电源的电源模块；
所述电流互感模块及电压互感模块的输出端分别通过A/D转换模块与CPU模块的输入端相连接，所述CPU模块的输出端连接显示模块的输入端，所述测速模块的输出端连接CPU模块的输入端，所述按键模块与CPU模块相连。
2.根据权利要求1所述的混凝土粘稠度监测系统，其特征在于，
所述电流互感模块包括接线柱P1、电流互感器T1、桥式整流电路D1、电阻R1-R4和滤波电容C1、C2；所述电流互感器T1输入端通过接线柱P1与电机串联，输出端经桥式整流电路D1与滤波电容C1、C2相连；电阻R2、R3、R4串联后与电阻R1并联，将电流信号转换为与电机电流成比例的电压信号，电阻R2、R3、R4串联分压。
3.根据权利要求2所述的混凝土粘稠度监测系统，其特征在于，电阻R4采用可调电位器，用于对电流信号的标定。
4.根据权利要求1所述的混凝土粘稠度监测系统，其特征在于，
所述电压互感模块包括接线柱P2、电压互感器T2、桥式整流电路D2、电阻R5-R8和滤波电容C3、C4；所述电流互感器T2输入端通过接线柱P2与电机并联，输出端经桥式整流电路D2与滤波电容C3、C4相连；电阻R6、R7、R8串联后与电阻R5并联，电阻R6、R7、R8串联分压，获得与电机电压成比例的电压信号。
5.根据权利要求4所述的混凝土粘稠度监测系统，其特征在于，电阻R8采用可调电位器，用于对电压信号的标定。
6.根据权利要求1所述的混凝土粘稠度监测系统，其特征在于，
所述单片机模块以ATmega16集成芯片为核心芯片。
7.根据权利要求1所述的混凝土粘稠度监测系统，其特征在于，
所述显示模块具体采用的是LCD1602型液晶显示模块。
8.根据权利要求1所述的混凝土粘稠度监测系统，其特征在于，
所述测速模块采用的是旋转编码器。
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