CN109187588A - 砂石含水率测量方法和装置、混凝土生成系统及搅拌站 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种砂石含水率测量方法和装置、混凝土生成系统及搅拌站，属于混凝土配比技术领域。通过建立考虑砂石温度、密度和质量等多种因素在内的含水率计算模型，且根据该含水率计算模型进而得到一种混凝土配比模型，基于该混凝土配比模型，将分别通过含水率传感器和温度传感器测得的砂石的微波反射值和温度值，以及材料和配方管理模块提供的基准砂石量和基准用水量进行计算，从而得出混凝土生产过程中实际所需的砂石的投放量和水的投放量，通过克服现有技术中只考虑砂石的水含量来计算砂石的含水率，进而得到的混凝土配比与实际混凝土配比存在较大误差的缺点，本发明能获得更好的混凝土质量。

Description

砂石含水率测量方法和装置、混凝土生成系统及搅拌站

技术领域

本发明涉及混凝土配比技术，具体地涉及砂石含水率测量方法和装置、混凝土生成系统及搅拌站。

背景技术

混凝土广泛用于建筑施工等领域，根据混凝土用途的不同，用于制作混凝土的砂石和水的配比量也有差异。混凝土所需砂石和水的配比量依赖于砂石含水率，含水率越高，则水的投放量应减少。图1为现有的砂石的含水率测量流程图，现有的砂石的含水率测量是先通过含水率传感器的含水率探头检测砂石的微波反射值，然后PLC控制系统对该微波反射值进行采集、处理和运算，最终基于含水率与微波反射值之间的关系得出含水率，从而得到所测量砂石的含水率，而在混凝土实际生产过程中，含水率的检测受到诸多因素的制约，诸如砂石的含泥量、砂石的密度和堆积厚度及温度等，仅对表征砂石含水量的微波反射值进行测量，并不能客观的反映砂石含水率的真实值，进而无法保证混凝土配比的精确性。具体来说，如果砂石的含水率检测值大于实际值，那么实际用水量小于额定量，导致混凝土的坍落度减小；反之则导致混凝土出现泌水和离析等严重危害。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种砂石含水率测量方法和装置、混凝土生成系统及搅拌站，用于测量混凝土制作时所需砂石的砂石含水率，进而调整混凝土配比中所需砂石和水的投放量，实现混凝土配比的精确性。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的砂石含水率测量方法，包括：测得所述砂石的微波反射值；测得所述砂石的温度值；及

基于含水率计算模型，根据测得的所述砂石的微波反射值及所述砂石的温度值计算得到砂石含水率。

可选的，所述含水率计算模型可被表达为：

z(x,y,C)＝z(x,y)+C

其中，z(x,y)为一个二元线性回归方程，z代表所述砂石含水率，y代表所述微波反射值，x代表所述砂石的所述温度值，C为所述砂石的补偿值。

可选的，所述二元线性回归方程z(x,y)表达式可为：

z(x,y)＝-0.85x+0.072y+5.768。

可选的，所述砂石的补偿值C为常数。

可选的，所述砂石的补偿值C可根据砂石类型的不同而被设置为不同的常数。

另一方面，本发明实施例还提供一种混凝土生成方法，其中，该混凝土通过投放特定比例量的砂石和水混合制成，所述混凝土生成方法包括：根据所述的含水率测量方法，测得t时刻所述砂石的含水率；根据所述砂石的砂石特性，确定混凝土配方的基准砂石量和基准用水量；以及根据所述含水率及所述基准砂石量和所述基准用水量，通过混凝土配比模型计算t时刻所述砂石和所述水的投放量。

可选的，所述混凝土配比模型在t时刻的表达式可为：

S(t)＝MS0(1+z(t))

W(t)＝MW0-MS0×z(t)

其中，S(t)为t时刻所述砂石的投放量，W(t)为t时刻所述水的投放量，MS0为所述混凝土配方的所述基准砂石量，MW0为所述混凝土配方的所述基准用水量，z(t)为t时刻由所述含水率测量方法测得的含水率。

相应的，本发明实施例还提供一种砂石含水率测量装置，该装置包括：含水率传感器，用于测得所述砂石的微波反射值；温度传感器，该温度传感器用于测量所述砂石的温度值；以及含水率计算模型，根据该含水率计算模型，结合所述砂石的所述微波反射值和所述砂石的所述温度值计算得到所述砂石的含水率。

可选的，所述含水率计算模型可被表达为：

z(x,y,C)＝z(x,y)+C

其中，z(x,y)为一个二元线性回归方程，z代表所述砂石含水率，y代表所述微波反射值，x代表所述砂石的所述温度值，C为所述砂石的补偿值。

可选的，所述二元线性回归方程z(x,y)表达式可为：

z(x,y)＝-0.85x+0.072y+5.768。

可选的，所述砂石的补偿值C为常数。

可选的，所述砂石的补偿值C可根据砂石类型的不同而被设置为不同的常数。

相应的，本发明实施例还提供一种混凝土生成系统，所述混凝土生成系统包括：水泵阀门，用于控制水的输出；砂石仓门，该砂石仓门用于控制砂石从砂石仓输出；材料和配方管理模块，该材料和配方管理模块用于根据所述砂石的砂石特性，确定混凝土配方的基准砂石量和基准用水量；砂石含水率测量装置，该砂石含水率测量装置用于计算出所述砂石的含水率；以及混凝土配比模型，该混凝土配比模型用于根据所述砂石含水率测量装置得出的所述砂石的含水率、所述材料和配方管理模块提供的所述基准砂石量和所述基准用水量，计算出所述砂石和所述水的投放量，并根据该砂石和水的投放量，控制所述水泵阀门和所述砂石仓门。

可选的，所述混凝土配比模型在t时刻的表达式为：

S(t)＝MS0(1+z(t))

W(t)＝MW0-MS0×z(t)

其中，S(t)为t时刻所述砂石的投放量，W(t)为t时刻所述水的投放量，MS0为所述混凝土配方的所述基准砂石量，MW0为所述混凝土配方的所述基准用水量，z(t)为t时刻由所述含水率测量方法测得的含水率。

相应的，本发明实施例还提供一种混凝土搅拌站，该混凝土搅拌站包含以上所述的混凝土生成系统。

通过上述技术方案，本发明通过建立考虑砂石温度、密度和质量等多种因素在内的含水率计算模型，进而得到一种混凝土配比模型，可计算出所述混凝土生产过程中所需的所述砂石的投放量和所述水的投放量，相比于现有技术中只考虑所述砂石的水含量来计算所述砂石的含水率并不能客观反馈砂石含水率真实值，进而得到所述混凝土的生产过程中所需的所述砂石的投放量和所述水的投放量与实际需要的砂石和水的投放量存在较大误差的缺点，本发明通过得到更精确的含水率计算得到的所述砂石的投放量和所述水的投放量能获得更好的混凝土质量。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是现有的砂石的含水率测量流程图。

图2是本发明一实施例提供的砂石的含水率测量流程图。

图3是本发明一实施例提供的砂石的含水率与微波反射值及温度值关系的散点图。

图4是本发明一实施例提供的砂石含水率的计算值与实测值的对比曲线图。

图5是本发明一实施例提供的混凝土配比流程示意图。

图6是本发明一实施例提供的砂石含水率测量装置示意图

图7是本发明一实施例提供的混凝土生成系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

图2是本发明一实施例提供的砂石的含水率测量流程图，该砂石含水率测量方法包括：测得砂石的微波反射值；测得砂石的温度值；及基于含水率计算模型，根据测得的砂石的微波反射值及砂石的温度值计算得到砂石含水率。

其中，含水率计算模型被表达为：

z(x,y,C)＝z(x,y)+C

z(x,y)＝-0.85x+0.072y+5.768

z(x,y)为一个二元线性回归方程，z代表砂石含水率，y代表微波反射值，x代表砂石的所述温度值，C为砂石的补偿值。具体来说，z(x,y)表征了砂石的含水率与微波反射值和温度的关系，可通过下述过程得到：检测一款已知含水率的砂石的微波反射值和温度值数据，采用MATLAB进行样条函数内插，分别对含水率与微波反射值及温度值进行散点图绘制和相关性分析，砂石的含水率与微波反射值和温度值的散点图如图3所示，从中可看出砂石的含水率与微波反射值和温度值具有相关关系，其中含水率与微波反射值呈比例增长趋势，且经计算得到含水率与微波反射值和温度值的相关系数分别为0.945和-0.474，说明含水率与微波反射值呈高度线性正相关，含水率与温度值呈低度负相关。因此，对含水率建立二元线性模型，设含水率z与微波反射值y和温度值x为二元线性回归方程：

z＝ax+by+k

根据最小二乘法确定方程组：

计算得到系数为

a＝-0.85,b＝0.072,k＝5.786

因此二元回归方程为

z＝-0.85x+0.072y+5.768

C代表砂石特性对含水率的影响，由于目前包括含泥量在内的砂石特性难以通过传感器进行定量测量，只能根据砂石的使用经验进行定性分析，因此针对一种砂石，采集15份样本，将基于离线烘干法测得的砂石的含水率实测值与通过二元线性回归方程z(x,y)计算的砂石的含水率计算值进行对比，图4所示为砂石含水率的计算值与实测值的对比曲线，从中可发现通过这两种方法得到的砂石的含水率存在偏差，但偏离程度较小，经进一步计算得到实测值与计算值的平均差值为0.2475，最大差值为0.33，标准差为0.048，可以知道砂石的含水率实测值与计算值的差值较小，故砂石特性对含水率的影响波动较小，可以近似为固定的，因此C可设置为常数，且根据砂石类型的不同C的值也不同，综合上述，砂石含水率计算公式为：

z＝-0.85x+0.072y+5.768+C。

其中，考虑到统计的高精确性，对砂石样本的采集可不止包括15份，样本数量越多，越具有代表性。

除通过离线烘干法测量砂石含水率，进而对计算出的含水率进行补偿，还可通过其他精确的测量方法来测量砂石的含水率，可以理解的是，测量砂石含水率时，为减小误差，可对同一样本在相同情况下进行多次测量。

其中，C为反映砂石含水率计算值与实测值间关系的常数，可例如为砂石含水率计算值与实测值间的差值。

砂石的微波反射值是基于微波测湿原理得到的与砂石含水量有关的物理量，除此之外，还可通过电阻法、电容法、中子法或红外法等测量与砂石含水量有关的中间物理量的值，结合所测得的砂石的温度值，建立基于与砂石含水量有关的中间物理量和砂石的温度的含水率计算模型，该模型的建立方法可例如包括：一款已知含水率的砂石，测得该砂石的与砂石含水率有关的中间物理量的值；测得砂石的温度值；分别对该砂石的含水率与中间物理量的值及砂石的温度值进行相关性分析，最终计算出该砂石的含水率与中间物理量值和温度值的方程表达式，得到基于含水率与中间物理量及砂石温度的含水率计算模型。

其中，由于砂石含水率与砂石的密度和含泥量等因素有关，在已知砂石含水率情况下，通过测量砂石密度或含泥量等一个或多个物理量的值，还可建立含水率与砂石密度或含泥量等一种或多种因素的计算模型，建立方法可例如：一款已知含水率的砂石，测得该砂石的密度或含泥量等一个或多个物理量的值；分别对该砂石的含水率与砂石的密度或含泥量等一个或多个物理量进行相关性分析，最终计算出该砂石的含水率与砂石的密度或含泥量等一个或多个物理量的方程表达式，得到基于砂石密度或含泥量等一种或多种因素的含水率计算模型。

其中，通过同时采集多个物理量，再将该多个物理量进行数据融合，并通过在线含水量修正，计算砂石特性补偿值，即可得到基于多种因素的含水率计算模型。

图5是本发明一实施例提供的混凝土配比方法流程图，该方法包括：通过传感器检测和温度检测得到t时刻砂石的微波反射值y(t)和砂石的温度值x(t)，并传输至含水率计算模型；根据砂石特性得到砂石的补偿值C及混凝土配方的基准砂石量MS0和基准用水量MW0，并将砂石的补偿值C传输至含水率计算模型，将基准砂石量MS0和基准用水量MW0传输至混凝土配比模型；根据已知的微波反射值y(t)、砂石的温度值x(t)及砂石的补偿值C得到t时刻砂石的含水率z(t)，并将该t时刻砂石的含水率z(t)传输至混凝土配比模型；以及混凝土配比模型根据已知的t时刻砂石的含水率z(t)、混凝土配方的基准砂石量MS0和基准用水量MW0计算t时刻砂石和水的投放量。

具体来说，t时刻砂石含水率计算模型被表达为：

z(t)＝-0.85x(t)+0.072y(t)+5.768+C

其中，z(t)代表t时刻砂石含水率，y(t)代表t时刻微波反射值，x(t)代表t时刻砂石的所述温度值，C为砂石的补偿值，该砂石的补偿值可根据砂石类型的不同而被设置为不同的常数。

砂石含水率计算模型已在上述实施例中进行了详细阐述，在此不再赘述。

基于通过含水率计算模型得到的含水率，根据工程应用上的“增砂减水”原则，混凝土配比模型在t时刻的表达式为：

S(t)＝MS0(1+z(t))

W(t)＝MW0-MS0×z(t)

其中，S(t)为t时刻所述砂石的投放量，W(t)为t时刻所述水的投放量，MS0为所述混凝土配方的所述基准砂石量，MW0为所述混凝土配方的所述基准用水量，z(t)为t时刻由本发明提供的含水率测量方法测得的含水率。

具体来说，根据混凝土配比模型的表达式可知，含水率越高，则应增加砂石的投放量，而减少水的投放量，例如，某种混凝土的基准砂石量和基准用水量分别为20kg和10kg，在t₁时刻的含水率为5％，在t₂时刻的含水率为10％，则通过上述公式可得：

混凝土在t₁时刻所需：实际砂石的投放量＝20×(1+5％)＝21kg

实际水的投放量＝10-20×5％＝9kg

混凝土在t₂时刻所需：实际砂石的投放量＝20×(1+10％)＝22kg

实际水的投放量＝10-20×10％＝8kg

由此可知，t₂的含水率比t₁的含水率高，相比之下，t₂时刻相比于t₁时刻砂石的投放量增加了，而水的投放量减少了。

图6是本发明一实施例提供的砂石含水率测量装置示意图，该装置包括：含水率传感器，用于测得砂石的微波反射值；温度传感器，该温度传感器用于测量砂石的温度值；以及含水率计算模型，该模型基于砂石的所述微波反射值和砂石的温度值，计算得到砂石的含水率。

具体地说，含水率计算模型被表达为：

z＝-0.85x+0.072y+5.768+C

其中，z代表砂石含水率，y代表微波反射值，x代表砂石的所述温度值，C为砂石的补偿值，该砂石的补偿值可根据砂石类型的不同而被设置为不同的常数。

砂石含水率计算模型的建立过程已在前述实施例中进行了详细阐述，在此不再赘述。

此外，还可建立基于电阻法、电容法、中子法或红外法等测量的与砂石含水量有关的中间物理量和砂石的温度的含水率计算模型，该计算模型的建立方法已在前述实施例中进行了阐述，在此不再赘述。

其中，除检测砂石的微波反射值和温度值，并将其传输至基于砂石微波反射值和温度值建立的砂石含水率计算模型，从而计算出砂石含水率，还可检测与砂石含水量有关的一种或多种物理量，例如砂石密度或含泥量等一个或多个物理量的值，然后传输至基于砂石密度或含泥量等一种或多种因素建立的砂石含水率计算模型，从而计算出砂石含水率。

其中，与砂石含水量有关的一种或多种物理量可同时采集，进而进行数据融合，再传输至含水率计算模型。

图7是本发明一实施例提供的混凝土生成系统的结构示意图，该混凝土生成系统包括：水泵阀门，用于控制水的输出；砂石仓门，该砂石仓门用于控制砂石从砂石仓输出；材料和配方管理模块，该模块用于根据砂石的砂石特性，确定混凝土配方的基准砂石量和基准用水量；砂石含水率测量装置，用于计算出砂石的含水率；以及混凝土配比模型，该模型用于根据砂石含水率测量装置得出的砂石的含水率、所述材料和配方管理模块提供的所述基准砂石量和所述基准用水量，计算出砂石和水的投放量，并根据该砂石和水的投放量，控制水泵阀门和所述砂石仓门。

具体地说，砂石含水率测量装置包括：含水率传感器，用于测得砂石的微波反射值；温度传感器，该温度传感器用于测量砂石的温度值；以及含水率计算模型，该模型基于砂石的所述微波反射值和砂石的温度值，计算得到砂石的含水率。

其中，含水率计算模型被表达为：

z＝-0.85x+0.072y+5.768+C

z代表砂石含水率，y代表微波反射值，x代表砂石的所述温度值，C为砂石的补偿值，该砂石的补偿值可根据砂石类型的不同而被设置为不同的常数。

可以理解，含水率传感器还可基于电阻法、电容法、中子法或红外法等测量与砂石含水量有关的中间物理量，并将该中间物理量的值输出至基于该中间物理量与砂石温度值建立的砂石含水率计算模型。基于与砂石含水量有关的中间物理量和砂石的温度的含水率计算模型已在前述实施例中进行了阐述，在此不再赘述。

其中，含水率计算模型还可是基于砂石密度或含泥量等一种或多种因素的计算模型，基于砂石密度或含泥量等一种或多种因素的含水率计算模型已在前述实施例中进行了阐述，在此不再赘述。

具体来说，通过传感器将大量实验数据融合，并通过在线含水量修正，计算砂石特性补偿值，即可得到基于多种因素的含水率计算模型。

可以理解，含水率计算模型、材料和配方管理模块及混凝土配比模型由PCL控制系统进行控制，其中混凝土配比模型在t时刻的表达式为：

S(t)＝MS0(1+z(t))

W(t)＝MW0-MS0×z(t)

其中，S(t)为t时刻所述砂石的投放量，W(t)为t时刻所述水的投放量，MS0为所述混凝土配方的所述基准砂石量，MW0为所述混凝土配方的所述基准用水量，z(t)为t时刻由所述含水率测量方法测得的含水率。

材料和配方管理模块设置在混凝土生产管理系统中，混凝土配比模型通过与混凝土生产管理系统集成，获取材料和配方管理模块提供的砂石特性补偿值、基准砂石量及基准用水量。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (15)

1.一种砂石含水率测量方法，其特征在于，包括：

测得所述砂石的微波反射值；

测得所述砂石的温度值；及

基于含水率计算模型，根据测得的所述砂石的微波反射值及所述砂石的温度值计算得到砂石含水率。

2.根据权利要求1所述的砂石含水率测量方法，其特征在于，所述含水率计算模型被表达为：

z(x,y,C)＝z(x,y)+C

其中，z(x,y)为一个二元线性回归方程，z代表所述砂石含水率，y代表所述微波反射值，x代表所述砂石的所述温度值，C为所述砂石的补偿值。

3.根据权利要求2所述的砂石含水率测量方法，其特征在于，所述二元线性回归方程z(x,y)表达式为：

z(x,y)＝-0.85x+0.072y+5.768。

4.根据权利要求2所述的砂石含水率测量方法，其特征在于，所述砂石的补偿值C为常数。

5.根据权利要求4所述的砂石含水率测量方法，其特征在于，所述砂石的补偿值C根据砂石类型的不同而被设置为不同的常数。

6.一种混凝土生成方法，该混凝土通过投放特定比例量的砂石和水混合制成，其特征在于，所述混凝土生成方法包括：

根据权利要求1至5所述的含水率测量方法，测得t时刻所述砂石的含水率；

根据所述砂石的砂石特性，确定混凝土配方的基准砂石量和基准用水量；及

根据所述含水率及所述基准砂石量和所述基准用水量，通过混凝土配比模型计算t时刻所述砂石和所述水的投放量。

7.根据权利要求6所述混凝土生成方法，其特征在于，所述混凝土配比模型在t时刻的表达式为：

S(t)＝MS0(1+z(t))

W(t)＝MW0-MS0×z(t)

其中，S(t)为t时刻所述砂石的投放量，W(t)为t时刻所述水的投放量，MS0为所述混凝土配方的所述基准砂石量，MW0为所述混凝土配方的所述基准用水量，z(t)为t时刻由所述含水率测量方法测得的含水率。

8.一种砂石含水率测量装置，其特征在于，该装置包括

含水率传感器，用于测得所述砂石的微波反射值；

温度传感器，用于测量所述砂石的温度值；以及

含水率计算模型，基于所述砂石的所述微波反射值和所述砂石的所述温度值，计算得到所述砂石的含水率。

9.根据权利要求8所述的砂石含水率测量装置，其特征在于，所述含水率计算模型被表达为：

z(x,y,C)＝z(x,y)+C

其中，z(x,y)为一个二元线性回归方程，z代表所述砂石含水率，y代表所述微波反射值，x代表所述砂石的所述温度值，C为所述砂石的补偿值。

10.根据权利要求9所述的砂石含水率测量装置，其特征在于，所述二元线性回归方程z(x,y)表达式为：

z(x,y)＝-0.85x+0.072y+5.768。

11.根据权利要求9所述的砂石含水率测量装置，其特征在于，所述砂石的补偿值C为常数。

12.根据权利要求11所述的砂石含水率测量装置，其特征在于，所述砂石的补偿值C根据砂石类型的不同而被设置为不同的常数。

13.一种混凝土生成系统，其特征在于，所述混凝土生成系统包括：

水泵阀门，用于控制水的输出；

砂石仓门，用于控制砂石从砂石仓输出；

材料和配方管理模块，用于根据所述砂石的砂石特性，确定混凝土配方的基准砂石量和基准用水量；

权利要求8至12所述的砂石含水率测量装置，用于计算出所述砂石的含水率；以及

混凝土配比模型，用于根据所述砂石含水率测量装置得出的所述砂石的含水率、所述材料和配方管理模块提供的所述基准砂石量和所述基准用水量，计算出所述砂石和所述水的投放量，并根据该砂石和水的投放量，控制所述水泵阀门和所述砂石仓门。

14.根据权利要求13所述的混凝土生成系统，其特征在于，所述混凝土配比模型在t时刻的表达式为：

S(t)＝MS0(1+z(t))

W(t)＝MW0-MS0×z(t)

其中，S(t)为t时刻所述砂石的投放量，W(t)为t时刻所述水的投放量，MS0为所述混凝土配方的所述基准砂石量，MW0为所述混凝土配方的所述基准用水量，z(t)为t时刻由所述含水率测量方法测得的含水率。

15.一种混凝土搅拌站，其特征在于，包含根据权利要求13-14中任一项权利要求所述的混凝土生成系统。