CN109470844A - 一种自动测凝结时间的标准维卡装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动测凝结时间的标准维卡装置及其操作方法，包括操作箱、凝结时间显示器、红外光发射器、红外光接收器和试模，试模设置在操作箱上，试模的上方设置有试针，试针与凝结时间显示器连接，红外光发射器和红外光接收器设置在试针的两侧，红外光发射器、红外光接收器和试针位于同一平面，红外光接收器上设置有光电二极管，红外光发射器为可活动式，能够驱动光电二极管产生电流变化。本发明可以用红外光发射器；红外光接收器等光电转换器进行光电转换；并通过电流大小的变化；使计时器自动计时；准确读取凝结时间；不需要现场计时；也减少人为对实验室温度场及其他环境因素的干扰；操作简单、快捷、测量精度高。

Description

一种自动测凝结时间的标准维卡装置及其操作方法

技术领域

本发明属于材料试验仪器技术领域，具体涉及一种自动测凝结时间的标准维卡装置及其操作方法。

背景技术

维卡装置是一种水泥、混凝土行业检测仪器，又叫水泥稠度凝结时间测试仪，主要用于检测水泥净浆的标准稠度需水量、凝结时间。传统的标准维卡装置测水泥凝结时间对测量有严格要求，分刻度达到厘米级，并且该实验通常需要花费较长的时间，初凝时间通常几十分钟，会间接导致人为因素所产生的偶然误差的增加。并且，在使用传统标准维卡装置测水泥凝结时间时，临近初凝每五分钟测一次，临近终凝每十五分钟测一次，而且达到初凝时立即重测一遍，这不仅测量过程繁琐，给操作人员带来不便，而且花费时间长，影响实验进度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种自动测凝结时间的标准维卡装置，能够方便的得出测量数据，且准确度高。

本发明采用以下技术方案：

一种自动测凝结时间的标准维卡装置，包括操作箱、凝结时间显示器、红外光发射器、红外光接收器和试模，试模设置在操作箱上，试模的上方设置有试针，试针与凝结时间显示器连接，红外光发射器和红外光接收器设置在试针的两侧，红外光发射器、红外光接收器和试针位于同一平面，红外光接收器上设置有光电二极管，红外光接收器为条形结构，光电二极管包括两个，垂直设置在红外光接收器的内部，红外光发射器为可活动式，能够驱动光电二极管产生电流变化。

具体的，凝结时间显示器的中部通过固定螺旋与滑动杆连接，滑动杆的下端设置有针连杆，针连杆的下端通过松紧连接螺旋与试针连接，针连杆的高度能够遮住红外光发射器发射的红光。

进一步的，操作箱上位于红外光发射器的一侧设置有照明装置，另一侧对应设置有棱镜系统，棱镜系统包括反射棱镜和放大镜，反射棱镜靠近针连杆水平设置，放大镜设置在反射棱镜的一侧上方，放大镜与反射棱镜的侧面平行。

更进一步的，照明装置为冷光源。

具体的，凝结时间显示器内部设置有计时器、晶闸管和控制模块；控制模块内部设置有储存器；计时器和晶闸管并联连接。

具体的，操作箱和凝结时间显示器之间设置有红外光发射器导轨，红外光发射器设置在红外光发射器导轨上且能够沿导轨上下匀速移动。

具体的，两个光电二极管分别比试模高4mm和0.5mm。

具体的，试模和操作箱之间设置有平面玻璃底板。

进一步的，操作箱体正面设置有红外光启动开关、照明开关以及电源开关，内部设置有用于为标准维卡装置辅助供电的蓄电池，操作箱体的背面设置有散热板。

一种自动测凝结时间的标准维卡装置的操作方法，包括以下步骤：

S1、制备水泥净浆和养护水泥试件；把拌好的水泥净浆装入试模内；然后打开照明开关；控制滑动杆移动放下针连杆，使试针的针尖与沥青表面接触；

S2、红外光发射器沿红外光发射器导轨匀速下落；红外光开始发射；在1.2～1.5秒后使试针自然沉入水泥净浆中；红外光接受器接收到光信号并转化成电流；传给凝结时间显示器中的控制模块开始计时；

S3、当试针下落至比试模底端垂直高4mm时；红外光扫到红外光接受器；并通过红外光接受器中内含的光电二极管转化为电流，传给凝结时间显示器中的控制模块，控制模块根据电流变化进行计算测量，并通过储存器保存，得到初凝时间及终凝时间，实验结束。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明设有光电传感器，利用红外光接受器读取了光信号。红外光束带有一定能量的光子轰击在红外光接受器上，此时光子能量就传递给电子，并一次性地被一个电子所吸收，电子得到光子传递的能量后发生变化，从而使红外光接受器产生相应的电效应。当达到凝结时间时，根据光电效应原理，红外光束照射到发光二极管上，引起电流大小的变化，产生交流电，并由计时器显示出来，有效解决了人为计时和分段计时的问题，可以达到自动化的效果，提高了实验的效率。并且利用光信号读取时间，很大程度地减少了人为因素的影响，进而保证了检测数据的准确值。

进一步的，操作箱右侧固定有一个棱镜系统，棱镜系统包括设置在与针连杆相近且水平放置的反射棱镜和在反射棱镜右上方安置一个放大镜。传统标准维卡装置只是肉眼能看见针尖与水泥表面的接触情况，却因为水泥的细部构造，水的干扰，试模的污渍以及光线等问题，很难判断针尖是否与沥青表面恰好接触。然而通过反射棱镜和放大镜的组合，加上照明系统稳定光的照射，会使针尖部分放大，从而使成像更清晰。

进一步的，根据实验规范，当试针沉至距底板4mm时，为水泥达到初凝状态，当试针沉至距底板0.5mm时，为水泥达到终凝状态，光电二极管设置上下两个，这样可以通过发光二极管产生的较大电流，返回到凝结时间显示器中，控制计时器的运行与停止，一次性地测出初凝时间和终凝时间，且不用人为读数精确度高。

进一步的，照明装置为冷光源；能够使试针的影子清晰可见，并最大程度的保持实验室温度场的稳定，使实验更准确。

进一步的，操作箱体后面有散热后窗，当电池老旧要更换或电路出现故障时可拆卸，不用时可上锁。

本发明自动测凝结时间的标准维卡装置的操作方法，可以一次性达到自动测初凝和终凝时间的双重作用；通过红外光与电流的转换，尽可能减少人为对实验的干扰；用电路自动控制计时器的计时，比用秒表测精度更高，提高了实验的准确性，也减少了人力。

综上所述，本发明可以用红外光发射器；红外光接收器等光电转换器进行光电转换；并通过电流大小的变化；使计时器自动计时；准确读取凝结时间；不需要现场计时；也减少人为对实验室温度场及其他环境因素的干扰；操作简单、快捷、测量精度高。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明主视图；

图2为本发明侧视图；

图3为本发明凝结时间显示器内部结构示意图；

图4为本发明操作箱内部结构示意图；

图5为本发明棱镜系统结构示意。

其中：1.弯柱；2.操作箱；3.凝结时间显示器；4.红外光发射器导轨；5.红外光发射器；6.红外光接收器；7.滑动杆；8.针连杆；9.试针；10.试模；11.平面玻璃底板；12.镜系统；13.反射棱镜；14.放大镜；15.照明系统；16.蓄电池；17.计时器；18.储存器；19.光电二极管；20.控制模块；21.松紧连接螺旋；22.固定螺旋；23.散热板；24.晶闸管。

具体实施方式

请参阅图1和图2，本发明公开了一种自动测凝结时间的标准维卡装置，包括弯柱1、操作箱2、凝结时间显示器3、红外光发射器导轨4、红外光发射器5、红外光接收器6、滑动杆7、针连杆8、试针9、试模10、平面玻璃底板11、棱镜系统12、反射棱镜13、放大镜14、照明系统15、蓄电池16、计时器17、储存器18、光电二极管19。

弯柱1的下端与操作箱2后面连接；凝结时间显示器3通过固定螺旋22固定在弯柱1上端；凝结时间显示器3左下端安置相对固定的红外光发射器导轨4；红外光发射器5设置在红外光发射器导轨4上且能够沿导轨上下匀速移动；在凝结时间显示器3的中部设置有滑动杆7，滑动杆7的一端设置有针连杆8；针连杆8的下端通过松紧连接螺旋21与试针9连接；凝结时间显示器3右下端安装有条形结构的红外光接收器6；红外光发射器5、红外光接收器6和针连杆8均位于同一平面；针连杆8自身的高度能够遮住红外光发射器5发射的红光；以保证红外光接收器6在测凝结时间时恰好扫到光电二极管19；发生电流的变化；以达到测定时间的功效；试模10位于试针9的正下方；试模10设置在操作箱2上，试模10和操作箱2之间设置有平面玻璃底板11。

光电二极管19包括两个，垂直设置在红外光接收器6的内部，两个光电二极管19分别比试模10高4mm和0.5mm。

请参阅图3，凝结时间显示器3内部设置有计时器17、晶闸管24和控制模块20；控制模块20内部设置有储存器18；计时器17和晶闸管24并联连接，在控制模块内部安置晶闸管24；晶闸管24是一种开关元件；能在大电流条件下工作；当产生较大的突变电流时；晶闸管24会导通；在控制模块20中设计一个含有晶闸管的电路(通过单刀双掷开关的切换，可以使控制模块与计时器或晶闸管相连)；并利用电路的逻辑关系；在电路中设计单刀双掷开关；使晶闸管24与计时器17并联；这样当晶闸管24导通时计时器结束计时。

一般情况下，单刀双掷开关连在晶闸管一侧，因为晶闸管平时处于不导通的状态，所以为了安全起见；当测终凝时间时，初始电流产生计时开始，而后与测初凝时间同理。

电路的逻辑关系具体为：

当试针刚开始下沉时，由于红外光发射器发出来的光被接收器接受，此时光信号转化成电流，由于这个电流不大，不够使晶闸管导通，经过控制模块中对初始电流的分析处理，使计时器开始计时(单刀双掷开关由晶闸管一侧直接跳到计时器一侧)；后来试针下沉，刚好挡住了发射器发出的光，计时器只能在外电源的连接下不断计时，并通过控制模块中的储存器储存时间；当测初凝时间时，即当试针下落至比试模底端垂直高为4mm时，红外光恰好扫到接收器中的光电二极管，由于光电二极管的性质，产生较大电流；由于计时器和晶闸管是并联连接，晶闸管所在的一条支路导通时相当于短路，而计时器所在的另一条电路没有电流通过，所以计时停止。

控制模块通过弯柱的电线与蓄电池相连，控制模块是一个控制开关转向的装置，可以用电流模式开关控制芯片PWM SM8022。。

请参阅图4，操作箱体2外部的操作面板上设置有红外光启动开关、照明开关以及电源开关，内部设置有蓄电池16，蓄电池16与凝结时间显示器中的计时器、照明系统和红外光系统电连接；操作箱体2通过总线与外部电源相连；操作箱体2的后面安装有散热板23。

请参阅图5，针连杆8左侧的操作箱2上设置有冷光源的照明装置15，右侧对应设置有一个棱镜系统12，棱镜系统12包括反射棱镜13和放大镜14，反射棱镜13靠近针连杆8水平设置，放大镜14设置在反射棱镜13的右侧上方，放大镜14与反射棱镜13的侧面平行；能过滤一定的光线；使成像清晰可见；使肉眼更准确的判断接触情况。

光电转换关键元件是光电二极管；它的外型与一般二极管一样；当无光照时；它与普通二极管一样；反向电流很小；称为光电二极管的暗电流；当有光照时；载流子被激发；产生电子.空穴；称为光电载流子。在外电场的作用下；光电载流子参与导电；形成比暗电流大得多的反向电流；该反向电流称为光电流。光电流的大小与光照强度成正比；于是在负载电阻上就能得到随光照强度变化而变化的电信号。

本发明的工作过程如下：

S1、制备水泥净浆和养护水泥试件；

在进行标准维卡装置测凝结时间的实验中；按照规范要求制备水泥净浆和养护水泥试件后；把拌好的水泥净浆装入已放在玻璃板11上的试模10；然后打开照明开关；慢放滑动杆7；轻调松紧螺旋；慢慢放下针连杆8；并通过棱镜系统12观察；使针尖与沥青表面恰好接触；

S2、红外光发射器5缓慢下落，试针9自然沉入水泥净浆中，控制模块20计时测量；

打开红外光启动开关；红外光发射器5可沿红外光发射器导轨4匀速缓慢下落；红外光开始发射；拧紧松紧螺旋21在1.2～1.5秒后并突然放松；使试针9自然沉入水泥净浆中；此时红外光接受器6接受到了光信号并转化成电流；传给显示器中的控制模块20；经过控制模块20内部逻辑处理后计时器开始计时；

S3、红外光接受器6中的光电二极管19接收红外光转化为较大电流传给控制模块20，控制模块20根据电流变化进行计算测量；

由于试针9的遮挡；红外光一直扫不到红外光接受器6；然而根据测初凝时间的流程；当试针9下落至比试模底端垂直高为4mm时；红外光终于扫到红外光接受器6；并通过红外光接受器6中内含的光电二极管19转化为较大电流，传给控制模块20；由于电流大小的突变；使得控制模块20内部逻辑处理后使得计时器一次计时结束，并通过储存器18保存下来，得到初凝时间及终凝时间；关上红外光启动开关；照明开关和电源开关，实验结束。

当试针沉至距底板4mm时，为水泥达到初凝状态，如果试针下落至比试模底端垂直高为4mm时，红外光恰好扫到接收器中的光电二极管，由于光电二极管的性质，产生较大电流；由于计时器和晶闸管是并联连接，晶闸管所在的一条支路导通时相当于短路，而计时器所在的另一条电路没有电流通过，所以计时停止)；

在测完初凝时间后，红外线发射器继续沿导轨缓慢下降，接收器又能产生电流，使计时器运行，而后随着试针下降，红外光又被遮住，当试针沉至距底板0.5mm时，试针不再下落，红外光恰好又扫到第二个发光二极管，又产生较大电流，晶闸管又导通，计时结束，时间被储存器储存下来。

测终凝时间的原理类似；这样可达到凝结时间一次性测完；也可在所规范要求距离的区间内反复测；以保证实验的准确性。

本发明可以一次性达到自动测初凝和终凝时间的双重作用；通过红外光与电流的转换，尽可能减少人为对实验的干扰；用电路自动控制计时器的计时，比用秒表测精度更高，提高了实验的准确性，也减少了人力。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动测凝结时间的标准维卡装置，其特征在于，包括操作箱(2)、凝结时间显示器(3)、红外光发射器(5)、红外光接收器(6)和试模(10)，试模(10)设置在操作箱(2)上，试模(10)的上方设置有试针(9)，试针(9)与凝结时间显示器(3)连接，红外光发射器(5)和红外光接收器(6)设置在试针(9)的两侧，红外光发射器(5)、红外光接收器(6)和试针(9)位于同一平面，红外光接收器(6)上设置有光电二极管(19)，红外光接收器(6)为条形结构，光电二极管(19)包括两个，垂直设置在红外光接收器(6)的内部，红外光发射器(5)为可活动式，能够驱动光电二极管(19)产生电流变化。

2.根据权利要求1所述的自动测凝结时间的标准维卡装置，其特征在于，凝结时间显示器(3)的中部通过固定螺旋(22)与滑动杆(7)连接，滑动杆(7)的下端设置有针连杆(8)，针连杆(8)的下端通过松紧连接螺旋(21)与试针(9)连接，针连杆(8)的高度能够遮住红外光发射器(5)发射的红光。

3.根据权利要求2所述的自动测凝结时间的标准维卡装置，其特征在于，操作箱(2)上位于红外光发射器(5)的一侧设置有照明装置(15)，另一侧对应设置有棱镜系统(12)，棱镜系统(12)包括反射棱镜(13)和放大镜(14)，反射棱镜(13)靠近针连杆(8)水平设置，放大镜(14)设置在反射棱镜(13)的一侧上方，放大镜(14)与反射棱镜(13)的侧面平行。

4.根据权利要求3所述的自动测凝结时间的标准维卡装置，其特征在于，照明装置(15)为冷光源。

5.根据权利要求1所述的自动测凝结时间的标准维卡装置，其特征在于，凝结时间显示器(3)内部设置有计时器(17)、晶闸管(24)和控制模块(20)；控制模块(20)内部设置有储存器(18)；计时器(17)和晶闸管(24)并联连接。

6.根据权利要求1所述的自动测凝结时间的标准维卡装置，其特征在于，操作箱(2)和凝结时间显示器(3)之间设置有红外光发射器导轨(4)，红外光发射器(5)设置在红外光发射器导轨(4)上且能够沿导轨上下匀速移动。

7.根据权利要求1所述的自动测凝结时间的标准维卡装置，其特征在于，两个光电二极管(19)分别比试模(10)高4mm和0.5mm。

8.根据权利要求1所述的自动测凝结时间的标准维卡装置，其特征在于，试模(10)和操作箱(2)之间设置有平面玻璃底板(11)。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的自动测凝结时间的标准维卡装置，其特征在于，操作箱体(2)正面设置有红外光启动开关、照明开关以及电源开关，内部设置有用于为标准维卡装置辅助供电的蓄电池(16)，操作箱体(2)的背面设置有散热板(23)。

10.一种根据权利要求1至9中任一项所述装置的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、制备水泥净浆和养护水泥试件；把拌好的水泥净浆装入试模内；然后打开照明开关；控制滑动杆移动放下针连杆，使试针的针尖与沥青表面接触；

S2、红外光发射器沿红外光发射器导轨匀速下落；红外光开始发射；在1.2～1.5秒后使试针自然沉入水泥净浆中；红外光接受器接收到光信号并转化成电流；传给凝结时间显示器中的控制模块开始计时；

S3、当试针下落至比试模底端垂直高4mm时；红外光扫到红外光接受器；并通过红外光接受器中内含的光电二极管转化为电流，传给凝结时间显示器中的控制模块，控制模块根据电流变化进行计算测量，并通过储存器保存，得到初凝时间及终凝时间，实验结束。