CN106644888B - 一种混凝土气体渗透流量自动化采集装置 - Google Patents

一种混凝土气体渗透流量自动化采集装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种混凝土气体渗透流量自动化采集装置，其特征在于，该自动化采集装置包括一个以上流量采集系统，每一流量采集系统均包括一条以上气体渗透流量测量管路和一控制器；气体渗透流量测量管路两端用于并联连接气体进气口和气体出气口，每一气体渗透流量测量管路上依次设置有电磁阀和流量计，每一电磁阀和每一流量计均电连接控制器，每一控制器还分别电连接计算机，计算机通过控制器获取气体渗透流量数据，并根据气体渗透流量数据和预设的气体稳定流量判据对气体渗透流量状态进行判断，并通过控制器控制相应气体渗透流量测量管路的开启或关闭，本发明可以广泛应用于水泥基等孔隙材料气体渗透率的试验研究和实际耐久性工程检测领域中。

Description

一种混凝土气体渗透流量自动化采集装置
技术领域
本发明涉及一种自动化采集装置，特别是关于一种混凝土气体渗透流量自动化采集装置。
背景技术
目前混凝土材料的气体渗透性装置的气体流量计量一般使用皂膜流量计，限于手工操作原理，皂膜流量计测试方法仅能进行离散的流量数据测量，且获得的流量数据难以与渗流时间精确对应，因此不能获得非稳态过程气体流量的连续变化，即不能实时监测气体在混凝土材料中的流动过程；另一方面，皂膜流量计测试稳定气体渗透流量，需要根据经验反复测试来判断气体渗流是否达到稳定流动状态，测试效率及精度低。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种测试效率及精度高且能够实时监测气体在混凝土材料中流动过程的混凝土气体渗透流量自动化采集装置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种混凝土气体渗透流量自动化采集装置，其特征在于，该自动化采集装置包括一个以上的流量采集系统，每一所述流量采集系统均包括一条以上的气体渗透流量测量管路和一控制器；所述气体渗透流量测量管路的两端用于并联连接气体进气口和气体出气口，每一所述气体渗透流量测量管路上依次设置有一电磁阀和一流量计，每一所述电磁阀和每一所述流量计均电连接所述控制器，每一所述控制器还分别电连接一计算机，所述计算机通过所述控制器获取所述气体渗透流量测量管路的气体渗透流量数据，并根据气体渗透流量数据和预设的气体稳定流量判据对所述气体渗透流量测量管路的气体渗透流量状态进行判断，并通过所述控制器控制相应所述气体渗透流量测量管路的开启或关闭。
优选地，所述计算机内设置有判据设定单元、数据获取单元、流量判断单元、电磁阀控制单元、时间记录单元和数据存储单元；所述判据设定单元用于设定气体稳定流量判据并将设定的气体稳定流量判据发送到所述流量判断单元和数据存储单元；所述数据获取单元用于通过每一所述控制器获取所述气体渗透流量测量管路的流量计采集的气体渗透流量数据，并将获取的气体渗透流量数据发送到所述流量判断单元和数据存储单元；所述流量判断单元用于根据所述流量计的测量量程进行所述气体渗透测量流量管路的选择，并将选择结果发送到所述电磁阀控制单元和数据存储单元；所述流量判断单元还用于根据设定的气体稳定流量判据和获取的气体渗透流量数据判断所述气体渗透测量流量管路的流量是否达到稳定流动状态，若所述气体渗透测量流量管路的流量达到稳定流动状态则表示该所述流量采集系统的气体渗透流量测试终止并将稳定流动状态数据发送到所述时间记录单元、电磁阀控制单元和数据存储单元；所述电磁阀控制单元用于根据选择结果和稳定流动状态数据通过所述控制器控制相应所述气体渗透测量流量管路的电磁阀的开或闭，进而控制相应所述气体渗透测量流量管路的气体渗透流量测试的开始或终止，并将相应控制信息发送到所述时间记录单元、数据获取单元和数据存储单元；所述时间记录单元用于记录相应所述气体渗透测量流量管路的气体渗透流量测试从测试开始到流量达到稳定流动状态的持续时间并将记录的时间数据发送到所述数据存储单元；所述数据存储单元用于将气体渗透流量测试过程的相关数据进行存储，并将相关数据直接导出为excel表格。
优选地，所述计算机内还设置有人工控制单元，所述人工控制单元用于通过人工对气体渗透流量测试进行干预，强制所述数据获取单元停止获取气体渗透流量数据。
优选地，该自动化采集装置还包括一电源，所述电源用于对所有所述流量采集系统的控制器进行供电。
优选地，所述控制器采用PLC控制器。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于计算机内设置有数据获取单元，数据获取单元通过PLC控制器获取流量计采集的气体渗透流量数据，可以连续采集、实时监测从测试开始到结束时气体在混凝土中的实时流量及流动过程，解决皂膜流量计只能采集离散点的问题。2、本发明通过设置多路并联连接且量程不同的流量计，显著增加了气体渗透流量的可测范围，且流量计可实时测量气体的瞬间流量，相对皂膜流量计提高了测试精度和效率。3、本发明的计算机内设置有判据设定单元和流量判断单元，可以通过判据设定单元设定气体渗透流量平衡判据，并通过流量判断单元判断是否达到稳定流动状态，大大降低了测试对人工的依赖性，增加了测试效率。4、本发明的计算机内设置有数据存储单元，可以将各路气体渗透流量测试得到的相关数据直接导出为excel表格，能够更加清晰明确的对比各路气体渗透流量测试的测试结果，本发明可以广泛应用于水泥基等孔隙材料气体渗透率的试验研究和实际耐久性工程检测领域中。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明配合气体渗透性测试装置的使用示意图；
图3是本发明不同气路中的气体渗透流量的平衡过程示意图，其中，表示试块1+在气路1的平衡过程，/>表示试块1+在气路2的平衡过程，/>表示试块2+在气路2的平衡过程，/>表示试块2+在气路3的平衡过程，/>表示试块3+在气路1的平衡过程，/>表示试块3+在气路3的平衡过程。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，本发明的混凝土气体渗透流量自动化采集装置包括并联连接的一个以上流量采集系统1、一电源2和一计算机3，每一流量采集系统1均包括一条以上的气体渗透流量测量管路和一PLC控制器，每一气体渗透流量测量管路上依次设置有一电磁阀和一流量计，气体渗透流量测量管路的个数可以根据每一流量采集系统1中流量计的量程进行确定，在此不做限制。
本发明实施例选择采用两种量程的流量计进行说明，即本发明的流量采集系统1包括第一电磁阀11、第二电磁阀12、第一流量计13、第二流量计14和一PLC控制器15。
每一气体进气口均通过管路经第一电磁阀11和第一流量计13连接相应气体出气口，每一气体进气口还通过管路经第二电磁阀12和第二流量计14连接相应气体出气口，每一第一电磁阀11、第二电磁阀12、第一流量计13和第二流量计14均分别电连接相应PLC控制器15，每一PLC控制器15还分别电连接电源2和计算机3，电源2用于对所有PLC控制器15进行供电，计算机3用于通过PLC控制器15获取相应第一流量计13和第二流量计14测量的气体渗透流量数据，并根据气体渗透流量数据和预先设定的气体稳定流量判据对管路内的渗透流量状态进行判断，通过PLC控制器15控制相应第一电磁阀11和第二电磁阀12的开或闭。
在一个优选的实施例中，计算机3内设置有判据设定单元、数据获取单元、流量判断单元、电磁阀控制单元、人工控制单元、时间记录单元和数据存储单元。
判据设定单元用于设定气体稳定流量判据，并将设定的气体稳定流量判据发送到流量判断单元和数据存储单元。
数据获取单元用于通过每一PLC控制器15获取每一第一流量计13或第二流量计14采集的气体渗透流量数据，获取气体渗透流量数据的频率为从测试开始后每秒一次(以此为例，不限于此)，并将获取的气体渗透流量数据发送到流量判断单元和数据存储单元。
流量判断单元用于根据第一流量计13和第二流量计14的测量量程进行管路的选择，并将选择结果发送到所述电磁阀控制单元和数据存储单元；流量判断单元还用于根据设定的气体稳定流量判据和获取的气体渗透流量数据判断管路中的流量是否达到稳定流动状态，若管路中的流量达到稳定流动状态则表示该流量采集系统1的气体渗透流量测试终止并将稳定流动状态数据发送到时间记录单元、电磁阀控制单元和数据存储单元。
电磁阀控制单元用于根据判断数据和稳定流动状态数据通过PLC控制器15控制相应第一电磁阀11和第二电磁阀12的开或闭，进而控制每路气体渗透流量测试的开始或终止，并将相应控制信息发送到时间记录单元、数据获取单元和数据存储单元。
时间记录单元用于记录每路气体渗透流量测试从测试开始到流量达到稳定流动状态的持续时间并将记录的时间数据发送到数据存储单元。
人工控制单元用于通过人工对气体渗透流量测试进行干预，强制数据获取单元停止获取气体渗透流量数据等。
数据存储单元用于将气体渗透流量测试过程的相关数据进行存储备份，并可以将相关数据直接导出为excel表格。
在一个优选的实施例中，每一第一流量计13的量程均为0.1～10ml/min，每一第二流量计14的量程均为10～1000ml/min。
如图2所示，下面通过具体实施例详细说明本发明混凝土气体渗透流量自动化采集装置的使用过程，本实施例以混凝土气体渗透流量自动化采集装置包括一个流量采集系统1为例进行说明：
1)将本发明的混凝土气体渗透流量自动化采集装置与现有气体渗透性测试装置连接，并调节气体渗透性测试装置的气压，完成测试前期准备工作。
2)关闭气体渗透性测试装置的第二气路开关，开启电源2和计算机3，通过判据设定单元设定气体稳定流量判据，以精度设定为1％，周期设定为300s为例。
3)电磁阀控制单元通过PLC控制器15控制第一电磁阀11开启，并迅速打开第二气路开关，开始进行测试，时间记录单元记录测试开始时间，数据获取单元通过第一流量计13获取气体渗透流量数据，当气体渗透流量大于10ml/min时，流量判断单元判断采用第二流量计14采集气体渗透流量并将判断数据发送到电磁阀控制单元，电磁阀控制单元根据判断数据通过PLC控制器15控制第一电磁阀11关闭第二电磁阀12开启，数据获取单元通过第二流量计14获取气体渗透流量数据。
4)时间记录单元从测试第1秒开始获取第一流量计13或第二流量计14采集的气体渗透流量数据并发送到流量判断单元，流量判断单元只在设定周期300s的整数倍进行流量稳定判断，当气体渗透流量在300s内变化小于1％时即为进入稳定流动状态，气体渗透流量达到稳定，此时电磁阀控制单元通过PLC控制器15控制第二电磁阀12关闭终止测试，并通过时间记录单元记录测试终止时间。
4)人工控制单元可以通过人工强制数据获取单元停止获取气体渗透流量数据，此时数据存储单元将自动存储各路气体渗透流量测试从测试开始到强制干预时刻的气体渗透流量数据。
5)关闭第二气路开关，拔出与渗透单元进气口连接的气路塑料管排出残余气体后重新接好以备进行下次测试。
实验人员利用本发明测试了三种不同气体渗透性的混凝土试块(试块1、试块2和试块3)分别在1.50bar和3.75bar进气压下的气体渗流过程和最终稳定流量，以及与皂膜流量计对比的三次测试结果如下表1所示，以此来判定本发明的有效性和稳定性，其中，气体渗透流量单位为ml/min：
表1：进气压1.50bar(3.75bar)下本发明与皂膜流量计的稳定气体渗透流量测试结果
由表1可知，本发明和皂膜流量计的测试结果误差在2％以内，且在高低气压下均具有保持较高的测试稳定性，故本发明的测试结果可靠。为验证通过三路渗流过程的可重复性，特另准备三个混凝土试块(试块1+，试块2+和试块3+)分别置于本发明的不同气路(气路1、气路2和气路3)进行测试，进气口压力取为5bar，流量平衡状态下的测试结果如下表2所示：
表2：平衡状态下不同气路的流量测试结果(ml/min)
材料 气路1 气路2 气路3
试块1+ 30.09 30.09 -
试块2+ - 269.10 267.94
试块3+ 109.38 - 111.69
如图3所示为不同气路下的平衡过程，结合表2可以看出在使用不同气路进行相同试块的气体渗透流量测试时，其平衡过程几乎完全重合，说明不同气路下的气体渗流过程的可重复性良好。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (4)

1.一种混凝土气体渗透流量自动化采集装置，其特征在于，该自动化采集装置包括一个以上的流量采集系统，每一所述流量采集系统均包括一条以上的气体渗透流量测量管路和一控制器；
所述气体渗透流量测量管路的两端用于并联连接气体进气口和气体出气口，每一所述气体渗透流量测量管路上依次设置有一电磁阀和一流量计，每一所述电磁阀和每一所述流量计均电连接所述控制器，每一所述控制器还分别电连接一计算机，所述计算机通过所述控制器获取所述气体渗透流量测量管路的气体渗透流量数据，并根据气体渗透流量数据和预设的气体稳定流量判据对所述气体渗透流量测量管路的气体渗透流量状态进行判断，并通过所述控制器控制相应所述气体渗透流量测量管路的开启或关闭；
所述计算机内设置有判据设定单元、数据获取单元、流量判断单元、电磁阀控制单元、时间记录单元和数据存储单元；
所述判据设定单元用于设定气体稳定流量判据并将设定的气体稳定流量判据发送到所述流量判断单元和数据存储单元；
所述数据获取单元用于通过每一所述控制器获取所述气体渗透流量测量管路的流量计采集的气体渗透流量数据，并将获取的气体渗透流量数据发送到所述流量判断单元和数据存储单元；
所述流量判断单元用于根据所述流量计的测量量程进行所述气体渗透测量流量管路的选择，并将选择结果发送到所述电磁阀控制单元和数据存储单元；所述流量判断单元还用于根据设定的气体稳定流量判据和获取的气体渗透流量数据判断所述气体渗透测量流量管路的流量是否达到稳定流动状态，若所述气体渗透测量流量管路的流量达到稳定流动状态则表示该所述流量采集系统的气体渗透流量测试终止并将稳定流动状态数据发送到所述时间记录单元、电磁阀控制单元和数据存储单元；
所述电磁阀控制单元用于根据选择结果和稳定流动状态数据通过所述控制器控制相应所述气体渗透测量流量管路的电磁阀的开或闭，进而控制相应所述气体渗透测量流量管路的气体渗透流量测试的开始或终止，并将相应控制信息发送到所述时间记录单元、数据获取单元和数据存储单元；
所述时间记录单元用于记录相应所述气体渗透测量流量管路的气体渗透流量测试从测试开始到流量达到稳定流动状态的持续时间并将记录的时间数据发送到所述数据存储单元；
所述数据存储单元用于将气体渗透流量测试过程的相关数据进行存储，并将相关数据直接导出为excel表格。
2.如权利要求1所述的一种混凝土气体渗透流量自动化采集装置，其特征在于，所述计算机内还设置有人工控制单元，所述人工控制单元用于通过人工对气体渗透流量测试进行干预，强制所述数据获取单元停止获取气体渗透流量数据。
3.如权利要求1所述的一种混凝土气体渗透流量自动化采集装置，其特征在于，该自动化采集装置还包括一电源，所述电源用于对所有所述流量采集系统的控制器进行供电。
4.如权利要求3所述的一种混凝土气体渗透流量自动化采集装置，其特征在于，所述控制器采用PLC控制器。
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