CN112525794A - 一种便携式材料表面透气性自动测定仪和测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种便携式材料表面透气性自动测定仪，该测定仪包括：输气单元、控制单元、计算单元和触头，其中，输气单元用于将测定仪外部的空气通过进气马达输送至触头处，然后空气再穿入被测的材料表面；控制单元用于控制进气马达的转速，使空气在预设的压力下稳定地穿入被测的材料表面；计算单元用于通过穿入被测材料表面气体的流速和空气粘度等参数计算被测材料的透气性。通过该测定仪能够方便、快捷、准确地测量材料表面的透气性。

Description

一种便携式材料表面透气性自动测定仪和测定方法

技术领域

本发明涉及材料表面透气性能测定技术领域，具体的，涉及一种便携式材料表面透气性自动测定仪和测定方法。

背景技术

目前混凝土材料或石材的表面气体渗透性测试装置一般比较大，不易携带和现场安装，且需要在测试材料表面进行额外的锚固措施，导致测试的准备工作繁杂。另一方面，测试的过程一般在10分钟以上，加上锚固时间，单测点耗时大部分在20分钟以上，测试效率低。因此需要一种轻巧便携的、易于安装操作的、测试迅速且准确的气体透气性测试装置。

发明内容

本发明是为了解决上述技术问题而做出的，其目的是提供一种便携式材料表面透气性自动测定仪，能够快速精准地对被测材料进行气体透气性测试。

为了实现上述目的，本发明提供一种便携式材料表面透气性自动测定仪，所述测定仪包括：输气单元、控制单元、计算单元和触头，

所述输气单元包括进气马达、气体腔、进气阀和出气阀，所述进气马达通过所述进气阀将外部气体吸入所述气体腔中，之后经由所述出气阀排出；

所述触头为中空管状结构，其前端表面设置有密封垫，其后端与所述出气阀连接，以将气体从所述触头的中部排出；

所述控制单元包括PLC控制器和与所述PLC控制器通信连接的气体恒压控制器、触头压力传感器、气体流量计和温度计，

其中，所述气体恒压控制器与所述进气马达通信连接，以接收所述PLC控制器的指令，调整所述进气马达的转速，从而调整所述气体腔内气体的压力，

所述触头压力传感器设置于所述触头上，用于监测所述触头与被测材料间的压力值，并将所述压力值传输至所述PLC控制器，

所述气体流量计和温度计分别用于测量经由所述出气阀排出的气体的流速和温度；

所述计算单元与所述LPC控制器通信连接，用于计算并存储所述被测材料的表面透气性。

优选地，所述测定仪还包括可充电电源。

优选地，所述测定仪还包括显示单元，所述显示单元与所述计算单元通信连接，用于显示所述计算单元所存储的测试数据。

优选地，所述计算单元还设置有数据输出接口，用以输出所述计算单元所存储的测试数据。

为了实现上述目的，本发明还提供一种材料表面透气性的测定方法，其特征在于，使用了如上所述的便携式材料表面透气性自动测定仪，所述测定方法包括：

S1、将所述便携式材料表面透气性自动测定仪接通电源，将所述触头前端的密封垫紧抵在被测材料的表面；

S2、所述PLC控制器实时监测触头压力传感器所传输来的压力值，当所述压力值大于等于0.09MPa时，启动所述输气单元，当所述压力值小于0.09MPa时，关闭所述输气单元；

S3、当所述输气单元启动，且所述气体腔内的压强稳定在预设值后，持续t秒，同时启动所述计算单元，由所述计算单元统计并存储穿入所述被测材料的气体的实时流速Q_i和实时温度T_i，之后计算所述被测材料的透气性指标K，其中K的计算公式为：

式中，0≤i≤t,i为测试的第i秒，t为总测试时间；η为空气粘度，其由计算单元通过T_i和存储的空气粘度对照表计算生成；A为所述被测材料表面的气体侵入面的面积；P为所述气体腔内的压强；P_atm为外界大气压。

优选地，所述步骤S3中，t≥5。

优选地，i≥3。

根据上面的描述和实践可知，本发明所述的便携式材料表面透气性自动测定仪，通过输气单元、控制单元、计算单元和触头来测定材料表面透气性，其中，通过输气单元将测定仪外部的空气通过进气马达输送至触头处，然后空气再穿入被测的材料表面；通过控制单元控制输气单元中进气马达的转速，使空气在预设的压力下稳定地穿入被测的材料表面；通过计算单元并利用穿入被测材料表面气体的流速和空气粘度等参数计算被测材料的透气性。

该便携式材料表面透气性自动测定仪具有如下优点：

1、现场免安装，在测试期间只要满足接触面的密封要求即可进行测试，测试过程中只需要手持仪器并保持仪器触头与被测材料表面按压持续较短的时间，即可完成一次测试。

2、操作简单，自动化程度高，触头与被测材料表面压力达到密封要求后，测定仪便自动开启测试。

3、控制单元中靶式流量计精度高、可实时测试气体的瞬间流量，相比于市场类似仪器仅测量间隔时间的腔内气体压强变化，测量对象精准并且提高了测试精度。

4、计算单元能够自动计算处理所测数据，并将结果实时呈现在显示屏上，大大降低了透气性测试对人工的依赖性。

附图说明

图1为本发明的一个实施例涉及的便携式材料表面透气性自动测定仪的结构示意图。

图2为本发明的一个实施例涉及的触头的端部结构示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例性实施方式。然而，示例性实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例性实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。需要说明的是，本公开中，用语“包括”、“配置有”、“设置于”用以表示开放式的包括在内的意思，并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象数量或次序的限制；术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为本发明的一个实施例涉及的便携式材料表面透气性自动测定仪的结构示意图。该测定仪包括：输气单元、控制单元、计算单元和触头。其中，输气单元用于将测定仪外部的空气通过进气马达输送至触头处，然后空气再穿入被测的材料表面；控制单元用于控制进气马达的转速，使空气在预设的压力下稳定地穿入被测的材料表面；计算单元用于通过穿入被测材料表面气体的流速和空气粘度等参数计算被测材料的透气性。

具体地说，所述输气单元包括进气马达、气体腔、进气阀和出气阀。进气马达的进气端与进气阀连，进气马达的出气端与气体腔的进气口连接，气体腔的出气口经由输气管道与出气阀连接，出气阀则经由管道与触头连接。进气马达通过进气阀将测定仪外的空气吸入气体腔中，然后再经由出气阀传输至触头处。触头为中空的管状结构，出气阀经由管道连接在触头的一端，空气则通过触头另一端的开口排出。

另外，如图2所示，给出了触头排出气体的一端的端面结构，在该实施例中，触头1为圆管结构，其内径为d(单位是m)。在触头1排出气体的一端的端面上还设置有密封垫2，该密封垫2与触头1固定连接，其作用是在触头1与被测材料接触时，防止空气从二者之间的缝隙泄露，使空气能够全部穿入被测材料内。

具体地说，控制单元包括PLC控制器和与所述PLC控制器通信连接的气体恒压控制器、触头压力传感器、气体流量计和温度计。其中，气体恒压控制器一端与PLC控制器通信连接，用于接收PLC控制器的指令信号，气体恒压控制器的另一端与进气马达通信连接，通过PLC控制器的指令信号，来提高/降低进气马达的转速，进而调整气体腔内空气的压力值。具体地，该气体恒压控制器可以实时监测气体腔内空气的压力值，再与PLC控制器的指令信号中设定的压力值比对，若气体腔内空气的压力值小于预设压力值则提高进气马达的转速，若气体腔内空气的压力值大于预设压力值则降低进气马达的转速，使气体腔内空气的压力值始终保持为预设的压力值。

触头压力传感器则设置在触头上，用于实时监测触头与被测材料之间的压力值。并且，触头压力传感器与PLC控制器通信连接，将监测到的压力值发送给PLC控制器，PLC控制器再根据该压力值的大小决定是否启动输气单元。具体地说，在进行透气性测试时，需要将触头紧抵在被测材料的表面，当触头与被测材料之间的压力达到预设的阈值时，PLC控制器才会向输气单元发送指令信息启动进气马达，向被测材料表面输入空气。

上述气体流量计和温度计分别用于测量经由上述出气阀排出的气体的流速和温度。具体地，该气体流量计和温度计可设置在出气阀与触头之间连接的管道上，并且气体流量计和温度计与PLC控制器和计算单元通信连接，用于将穿入被测材料的空气的实时流速Q_i(单位是m³/s)和实时温度T_i传输给PLC控制器和计算单元，用于计算被测材料透气性的数值。

所述计算单元与所述LPC控制器通信连接，用于计算并存储所述被测材料的表面透气性信息。该计算单元可以包括处理器和存储器，还可以包括存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的程序，如材料透气性计算程序，该程序通过上述实时流速Q_i、实时温度T_i、空气粘度、气体腔内的气压值等参数，按照预设的公式来计算被测材料的透气性。

其中，所述存储器至少包括一种类型的可读存储介质，所述可读存储介质包括闪存、移动硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如：SD或DX存储器等)、磁性存储器、磁盘、光盘等。所述存储器在一些实施例中可以是计算单元的内部存储单元，例如该计算单元的移动硬盘。进一步地，所述存储器还可以既包括计算单元的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器不仅可以用于存储安装于计算单元的应用软件及各类数据，例如材料透气性计算程序的代码等，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所述处理器在一些实施例中可以由集成电路组成，例如可以由单个封装的集成电路所组成，也可以是由多个相同功能或不同功能封装的集成电路所组成，包括一个或者多个中央处理器(Central Processing unit，CPU)、微处理器、数字处理芯片、图形处理器及各种控制芯片的组合等。所述处理器是所述电子设备的控制核心(Control Unit)，利用各种接口和线路连接整个电子设备的各个部件，通过运行或执行存储在所述存储器内的程序或者模块(例如基于图数据库的数据加速访问程序等)，以及调用存储在所述存储器内的数据，以执行计算单元的各种功能和处理数据。

另外，在该测定装置中还设置有显示单元，如图1中所示的显示屏，该显示屏与计算单元通信相连，可显示实时流速Q_i、实时温度T_i和测定的透气性的数值等参数。

此外，在计算单元上还设置有数据输出接口，例如USB接口，用以输出所述计算单元所存储的测试数据，例如可将测定的材料透气性的数据导出为表格数据。

另外，该材料表面透气性自动测定仪可采用外部电源供电，也可以使用可充电电源，从而给上述输气单元、控制单元、计算单元和显示屏等部件进行供电，以保证其正常运行。

上述进气马达、气体腔、进气阀、出气阀、PLC控制器、气体恒压控制器、气体流量计和温度计均为现有技术中的设备，其具体型号在此不再赘述。而触头压力传感器则可选用现有技术中的压力传感器，并将其设置在触头上即可。气体流量计可采用靶式流量计，其精度高并且可实时测试气体的瞬时流速。

此外，在该实施例中还给出了一种利用上述便携式材料表面透气性自动测定仪进行透气性测定的方法，具体步骤如下：

步骤S1、将所述便携式材料表面透气性自动测定仪接通电源，将所述触头前端的密封垫紧抵在被测材料的表面。此时，输气单元还未开始传输气体，PLC控制器则实时监控触头压力传感器所测量的压力值。

步骤S2、所述PLC控制器实时监测触头压力传感器所传输来的压力值，当所述压力值大于等于0.09MPa时，启动所述输气单元，当所述压力值小于0.09MPa时，关闭所述输气单元。其目的是，在所述压力值大于等于0.09MPa时可以确保触头与被测材料表面之间紧密连接不会漏气，保证最终测试结果的准确性。一旦二者之间的压力值小于0.09MPa则说明二者之间存在漏气的风险，此时便停止透气性的测定。

步骤S3、当所述输气单元启动后，并且所述气体腔内的压强稳定在预设值后，持续运行t秒，与此同时启动所述计算单元，由所述计算单元统计并存储穿入所述被测材料的气体的实时流速Q_i和实时温度T_i，之后计算所述被测材料的透气性指标K(单位是m)，其中K的计算公式为：

式中，0≤i≤t,i为测试的第i秒，t为总测试时间；η为空气粘度(单位是Pa·s)，其由计算单元通过T_i和存储的空气粘度对照表计算生成；A为所述被测材料表面的气体侵入面的面积(单位是m²)

在该实施例中A的计算公式为：

P为所述气体腔内的压强；P_atm为外界大气压，在该实施例中可选择P_atm＝1.01×10⁵Pa。

所述气体腔内的压强P与大气压强P_atm的差值P-P_atm预设值优选0.06MPa。

上述空气粘度对照表为现有技术，其给出了不同温度时空气粘度的取值，在该实施例中，该表存储于计算单元的存储器中，在计算单元接收到空气的实时温度T_i后，调取该表即可获得实时的空气粘度η。如下表1所示，给出了部分温度值所对应的空气粘度的取值。

表1：

另外，在步骤S3中，可以设置输气单元在气体腔的压强达到预设值之后持续向被测材料输气的时间为5秒，也即t＝5。当然该时间t的取值也可大于5秒，具体可根据实际测试工作进行选取。此外，i的取值应大于3，确保在计算透气性K时，各项参数的数值处于稳定的阶段。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (7)

1.一种便携式材料表面透气性自动测定仪，其特征在于，所述测定仪包括：输气单元、控制单元、计算单元和触头，

所述输气单元包括进气马达、气体腔、进气阀和出气阀，所述进气马达通过所述进气阀将外部气体吸入所述气体腔中，之后经由所述出气阀排出；

所述触头为中空管状结构，其前端表面设置有密封垫，其后端与所述出气阀连接，以将气体从所述触头的中部排出；

所述控制单元包括PLC控制器和与所述PLC控制器通信连接的气体恒压控制器、触头压力传感器、气体流量计和温度计，

其中，所述气体恒压控制器与所述进气马达通信连接，以接收所述PLC控制器的指令，调整所述进气马达的转速，从而调整所述气体腔内气体的压力，

所述触头压力传感器设置于所述触头上，用于监测所述触头与被测材料间的压力值，并将所述压力值传输至所述PLC控制器，

所述气体流量计和温度计分别用于测量经由所述出气阀排出的气体的流速和温度；

所述计算单元与所述LPC控制器通信连接，用于计算并存储所述被测材料的表面透气性。

2.如权利要求1所述的便携式材料表面透气性自动测定仪，其特征在于，所述测定仪还包括可充电电源。

3.如权利要求1所述的便携式材料表面透气性自动测定仪，其特征在于，所述测定仪还包括显示单元，所述显示单元与所述计算单元通信连接，用于显示所述计算单元所存储的测试数据。

4.如权利要求1所述的便携式材料表面透气性自动测定仪，其特征在于，所述计算单元还设置有数据输出接口，用以输出所述计算单元所存储的测试数据。

5.一种材料表面透气性的测定方法，其特征在于，使用了如权利要求1至4中任一项所述的便携式材料表面透气性自动测定仪，所述测定方法包括：

S1、将所述便携式材料表面透气性自动测定仪接通电源，将所述触头前端的密封垫紧抵在被测材料的表面；

S2、所述PLC控制器实时监测触头压力传感器所传输来的压力值，当所述压力值大于等于0.09MPa时，启动所述输气单元，当所述压力值小于0.09MPa时，关闭所述输气单元；

S3、当所述输气单元启动，且所述气体腔内的压强稳定在预设值后，持续t秒，同时启动所述计算单元，由所述计算单元统计并存储穿入所述被测材料的气体的实时流速Q_i和实时温度T_i，之后计算所述被测材料的透气性指标K，其中K的计算公式为：

式中，0≤i≤t,i为测试的第i秒，t为总测试时间；η为空气粘度，其由计算单元通过T_i和存储的空气粘度对照表计算生成；A为所述被测材料表面的气体侵入面的面积；P为所述气体腔内的压强；P_atm为外界大气压。

6.如权利要求5所述的材料表面透气性的测定方法，其特征在于，所述步骤S3中，t≥5。

7.如权利要求6所述的材料表面透气性的测定方法，其特征在于，i≥3。

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