CN112903058A - 一种容积检测装置及检测方法 - Google Patents

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王宪章
曹光
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陈康
赵昆鹏
张学伟
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Beijing No6 Construction Engineering Quality Test Department Co ltd
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Abstract

本申请涉及一种容积检测装置及检测方法，属于容积检测设备领域，容积检测装置包括：缸体，一端设置有通气孔，缸体内设置有能够沿着其内表面滑动的活塞，活塞与通气孔之间形成标准气室，活塞滑动时能够改变标准气室的容积；测针，与通气孔相连，测针能够插接于被测腔体的气口；传感组件，用于检测标准气室内的温度和压力；中控组件，用于根据传感组件输出的信号以及标准气室的容积变化量计算被测腔体的容积。本申请提供的容积检测装置及检测方法能够快捷便利地测量出被测腔体的容积，准确性高。

Description

一种容积检测装置及检测方法
技术领域
本申请涉及容积检测设备技术领域，尤其涉及一种容积检测装置及检测方法。
背景技术
装配式建筑是将预制成型的构件通过拼合连接建造而成。通常情况下，在构件内预埋有灌浆套筒，在装配时，当装配端钢筋插入灌浆套筒后，向灌浆套筒内灌入砂浆。当砂浆固化时，两个预制构件完成固定连接。灌浆套筒内砂浆的密实程度决定着装配式建筑的安全性，砂浆的密实程度体现为砂浆体积占套筒内容积的比例，也体现为套筒完成灌浆后所剩余的空腔的容积。然而，在相关技术中，由于灌浆后套筒内空腔结构的不规则性，还无法检测灌浆后套筒内空腔的容积。
发明内容
为了解决相关技术中套筒完成灌浆后其内部空腔容积无法检测的问题，本申请提供一种容积检测装置及检测方法。
第一方面，本申请提供一种容积检测装置采用如下的技术方案：
一种容积检测装置，包括：
缸体，所述缸体一端设置有通气孔，所述缸体内设置有能够沿着其内表面滑动的活塞，所述活塞与所述通气孔之间形成标准气室，所述活塞滑动时能够改变标准气室的容积；
测针，与所述通气孔相连，所述测针能够插接于被测腔体的气口；
传感组件，所述传感组件用于检测所述标准气室内的温度和压力；
中控组件，所述中控组件用于根据传感组件输出的信号以及标准气室的容积变化量计算被测腔体的容积。
通过采用上述技术方案，可以测量出被测腔体的容积。
可选的，所述驱动组件设置于缸体远离通气孔的一端，所述驱动组件能够带动所述活塞在缸体内滑动。
可选的，所述驱动组件包括连杆，所述连杆的一端与所述活塞的远离通气孔的一端固定连接；所述连杆远离活塞的一端设置有驱动电机，所述驱动电机运行时能够通过连杆带动活塞沿着缸体的内表面滑动。
可选的，本申请提供的容积检测装置还包括与中控组件连接的显示组件，用于显示标准气室内的温度、压力及被测腔体的容积。
可选的，所述测针与被测腔体气口配合的一端的外周面为圆锥面，所述圆锥面上设置有密封结构。
通过采用上述技术方案，测针与被测腔体的气口连接时能够保证气密性。
第二方面，本申请还提供一种应用前述容积检测装置的容积检测方法，采用如下的技术方案：
一种容积检测方法，包括以下步骤：
步骤S1：调节活塞至初始位置，使标准气室容积为0，将测针与被测腔体的气口气密连接；
步骤S2：检测初始位置时标准气室内的初始气压P0和初始温度T0；
步骤S3：使活塞沿着缸体向远离通气孔的方向运动至结束位置，检测结束位置时标准气室内的终点气压P1、终点温度T1及标准气室容积变化量ΔV；
步骤S4：根据初始气压P0、初始温度T0、终点气压P1、终点温度T1和容积变化量ΔV计算被测腔体的容积V0。
通过采用上述技术方案，能够计算得到被测腔体的容积。
可选的，在步骤S4中，被测腔体的容积V0采用如下公式计算：
P0V0/T0=nR
P1V1/T1=nR
ΔV= V1-V0
V0= P1 ΔV/[ P0(T1/T0)- P1]
式中，V1为结束位置时被测腔体与标准气室的容积之和；nR为常数。
可选的，在不需要精确计量时，不计微量传热及做功能量的工况下，T0可视为等于T1，则
V0= P1 ΔV/( P0- P1)。
可选的，本申请提供的容积检测方法还包括步骤S5：
在被测腔体内放置已知重量为M的物体，重复进行步骤S1-S4测量出被测腔体的容积V2；
根据公式ρ=M/(V0-V2)计算物体的密度。
通过采用上述技术方案，能够测量出已知重量的物体的密度。
可选的，本申请提供的容积检测方法还包括步骤S6：
在被测腔体内放置已知堆积体积为V的散状颗粒材料，重复进行步骤S1-S4测量出被测腔体的容积V3；
根据公式ε= [V- (V0-V3)]/V计算散状颗粒材料的空隙率或者含气量。
通过采用上述技术方案，能够测量出散状颗粒材料或拌合物的空隙率。
综上所述，本申请至少具有以下一种有益效果：
1.采用本申请提供的容积检测装置和检测方法能够快速测量出内部表面形状不规则的被测腔体的容积，便利性强；
2. 本申请提供的容积检测装置和检测方法还能够用于测量不规则物体的体积和密度；
3.采用本申请提供的容积检测装置和检测方法能够便利地测量出散状颗粒材料的空隙率。
附图说明
图1是本申请容积检测装置的结构示意图。
附图标记说明：1、缸体；11、通气孔；2、测针；21、气流通道；3、传感组件；4、活塞；5、标准气室；6、驱动组件；61、连杆；62、驱动电机；7、导气管；8、显示组件；9、移动供电设备；100、被测腔体。
具体实施方式
以下结合附图1对本申请作进一步详细说明。
参照图1，本申请实施例公开一种容积检测装置，包括缸体1、测针2、传感组件3和中控组件。其中，缸体1内设置有活塞4，活塞4能够沿着缸体1内表面滑动。缸体1的一端设置有通气孔11，通气孔11与活塞4之间形成标准气室5，当活塞4运动时，标准气室5的容积随之改变。在本申请中，缸体1可以为圆柱形也可以为立方体形，活塞4的形状和尺寸与缸体1内部截面的形状和尺寸匹配。
参照图1，活塞4能够在驱动组件6的带动下沿着缸体1内表面运动。具体的，驱动组件6包括连杆61，连杆61的一端与活塞4远离通气孔11的一端固定连接，连杆61的另一端连接有驱动电机62，驱动电机62可以是推杆电机，驱动电机62与缸体1远离通气孔11的一端固定连接。驱动电机62运转时，能够通过连杆61带动活塞4运动。驱动电机62与中控组件相连，当驱动电机62运动时，中控组件能够根据驱动电机62的旋转圈数得到活塞4的运动距离，并进一步计算得到标准气室5的容积变化量ΔV。
传感组件3设置于缸体1上，传感组件3包括用于检测标准气室5内的温度的温度传感器以及用于检测标准气室5内气压的压力传感器。温度传感器和压力传感器与中控组件相连，中控组件对温度传感器和压力传感器输出的信号进行处理得到标准气室5内的温度和气压。本领域技术人员可以根据需要设定传感组件3的位置，传感组件3可以位于缸体1设置有通气孔11的端部，缸体1上可以设置有安装孔，传感组件3固定安装于安装孔内使得温度传感器和压力传感器能够测量标准气室5内的温度和气压。传感组件3与缸体1的接合处采用密封胶等材料密封。
参照图1，测针2呈柱形结构，测针2的一端外周面设置为圆锥面，以便于与被测腔体100的气口配合。测针2内沿着轴向开设有气流通道21，测针2的另一端可设置有导气管7使得气流通道21与缸体1的通气孔11气路连通，从而当活塞4向远离通气孔11的方向运动时能够将被测腔体100内的气体抽出。为了保证测针2插入被测腔体100时的气密性，在圆锥面上设置有密封结构（图中未示出），密封结构可以是包覆于圆锥面上的弹性密封材料或套设于圆锥面上的密封圈。
参照图1，本申请提供的容积检测装置还包括与中控组件相连的显示组件8。显示组件8可以为显示屏，显示组件8能够显示标准气室5内的温度、气压以及被测腔体100的容积测量结果。
在本申请中，中控组件可以包括PLC或单片机等用于过程控制和信号处理的部件，本领域技术人员可以根据需要进行选择，此处不作具体限定。中控组件还可以包括控制开关，当控制开关闭合时，可以通过供电装置为驱动电机62供电从而带动活塞4运动；当控制开关断开时，驱动电机62停止运行。
在本申请中，供电装置可以是有线电源或移动供电设备9，移动供电设备9可以为可充电电池。本领域技术人员可以根据需要选择供电装置的类型，此处不作具体限定。
采用本申请的容积检测装置进行容积检测的方法包括以下步骤：
步骤S1：调节活塞4至初始位置，使标准气室5容积为0，将测针2与被测腔体100的气口气密连接；
步骤S2：检测初始位置时标准气室5内的初始气压P0和初始温度T0；
步骤S3：使活塞4沿着缸体1向远离通气孔11的方向运动至结束位置，检测结束位置时标准气室5内的终点气压P1、终点温度T1及标准气室5容积变化量ΔV；
步骤S4：根据初始气压P0、初始温度T0、终点气压P1、终点温度T1和容积变化量ΔV计算被测腔体100的容积V0。
在步骤S1中，首先使活塞4运动至缸体1的底端，活塞4与缸体1的底端贴合，此时活塞4处于初始位置。此时，将测针2与被测腔体100的气口连接，需保证测针2与气口的接合处为气密状态。
步骤S2在步骤S1的基础上，通过压力传感器和温度传感器检测初始位置时标准气室5的初始气压P0和初始温度T0。
在步骤S3中，使活塞4向远离通气孔11的方向移动一定距离，此时，活塞4处于结束位置。中控组件根据活塞4的运动距离以及缸体1内部截面积的尺寸计算得到标准气室5的容积变化量ΔV。同时，压力传感器和温度传感器检测结束位置时标准气室5内的终点气压P1和终点温度T1。
在步骤S4中，依据利用理想气体状态方程PV=nRT，得到：
P0V0/T0=nR
P1V1/T1=nR
ΔV= V1-V0
式中，nR为常数；V0为被测腔体100的容积，V1为结束位置时被测腔体100与标准气室5的容积之和；T0和T1的单位为开尔文。
将以上三式联立变换，得到被测腔体100的容积V0为：
V0= P1 ΔV/[P0(T1/T0)- P1]
将测量得到的P0、T0、P1、T1和ΔV代入上式即可得到被测腔体100的容积。
其中，由于温度T为热力学温度，在参与计算时有273℃的基数。因此，在测量过程中，当抽取少量被测腔体100内的气体时，微量气体的热交换、设备做功以及仪器传热等引起的温度变化ΔT 相对273℃来说为微变量。因而，当不需要精确计量时，可将初始温度T0和T1视为相等，即T1/T0=（T0+ΔT）/T0≈1。
此时，被测腔体100的容积V0的计算公式可简化为：
V0= P1 ΔV/( P0- P1)。
容易理解的是，在标准实验状态下，可以保持环境恒温测试，以保证测试过程不受温度影响。
本申请提供的容积检测方法还包括步骤S5：在前述测量完成被测腔体100的容积V0的基础上，向被测腔体100内放置一重量为M的物体。此时，采用步骤S1-S4的方法测量放置重量为M的物体后的被测腔体100的容积V2。由此，该重量为M的物体的体积为V0-V2。
根据公式ρ=M/(V0-V2)，可计算出物体的密度。采用该方法，能够对任意形状的物体的密度进行测量。
本申请提供的容积检测方法在步骤S1-S4的基础上还可以包括步骤S6：在前述完成被测腔体100的容积V0测量的基础上，向被测腔体100内放置已知堆积体积为V的散状颗粒材料，采用步骤S1-S4的方法测量放置堆积体积为V的散状颗粒材料之后的被测腔体100的容积V3。由此，散状颗粒材料的实际体积为V0-V3。
根据公式ε= [V- (V0-V3)]/V，可计算出散状颗粒材料或拌合物的空隙率或含气量。其中，空隙率是指散状颗粒材料在堆积体积中空隙体积占的比例。
容易理解的是，本申请提供的容积检测装置不仅能够用于测量灌浆套筒的空腔容积，还能够用于其他不规则空腔结构内部容积或不规则物体的体积的测量。
以上为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种容积检测装置，其特征在于，包括：
缸体（1），所述缸体（1）一端设置有通气孔（11），所述缸体（1）内设置有能够沿着其内表面滑动的活塞（4），所述活塞（4）与所述通气孔（11）之间形成标准气室（5），所述活塞（4）滑动时能够改变标准气室（5）的容积；
测针（2），与所述通气孔（11）相连，所述测针（2）能够插接于被测腔体（100）的气口；
传感组件（3），所述传感组件（3）用于检测所述标准气室（5）内的温度和压力；
中控组件，所述中控组件用于根据传感组件（3）输出的信号以及标准气室（5）的容积变化量计算被测腔体（100）的容积。
2.根据权利要求1所述的容积检测装置，其特征在于，还包括驱动组件（6），所述驱动组件（6）设置于缸体（1）远离通气孔（11）的一端，所述驱动组件（6）能够带动所述活塞（4）在缸体（1）内滑动。
3.根据权利要求2所述的容积检测装置，其特征在于，所述驱动组件（6）包括连杆（61），所述连杆（61）的一端与所述活塞（4）的远离通气孔（11）的一端固定连接；所述连杆（61）远离活塞（4）的一端设置有驱动电机（62），所述驱动电机（62）运行时能够通过连杆（61）带动活塞（4）沿着缸体（1）的内表面滑动。
4.根据权利要求1所述的容积检测装置，其特征在于，还包括与中控组件连接的显示组件（8），用于显示标准气室（5）内的温度、压力及被测腔体（100）的容积。
5.根据权利要求1所述的容积检测装置，其特征在于，所述测针（2）与被测腔体（100）气口配合的一端的外周面为圆锥面，所述圆锥面上设置有密封结构。
6.一种应用权利要求1-5任一项所述的容积检测装置的容积检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：调节活塞（4）至初始位置，使标准气室（5）容积为0，将测针（2）与被测腔体（100）的气口气密连接；
步骤S2：检测初始位置时标准气室（5）内的初始气压P0和初始温度T0；
步骤S3：使活塞（4）沿着缸体（1）向远离通气孔（11）的方向运动至结束位置，检测结束位置时标准气室（5）内的终点气压P1、终点温度T1及标准气室（5）容积变化量ΔV；
步骤S4：根据初始气压P0、初始温度T0、终点气压P1、终点温度T1和容积变化量ΔV计算被测腔体（100）的容积V0。
7.根据权利要求6所述的容积检测方法，其特征在于，在步骤S4中，被测腔体（100）的容积V0采用如下公式计算：
P0V0/T0=nR
P1V1/T1=nR
ΔV= V1-V0
V0= P1 ΔV/[ P0(T1/T0)- P1]
式中，V1为结束位置时被测腔体（100）与标准气室（5）的容积之和；nR为常数。
8.根据权利要求7所述的容积检测方法，其特征在于，在不需要精确计量时，不计微量传热及做功能量的工况下，T0可视为等于T1，则
V0= P1 ΔV/( P0- P1)。
9.根据权利要求6-8任一项所述的容积检测方法，其特征在于，还包括步骤S5：在被测腔体（100）内放置已知重量为M的物体，重复进行步骤S1-S4测量出被测腔体（100）的容积V2；
根据公式ρ=M/(V0-V2)计算物体的密度。
10.根据权利要求6-8任一项所述的容积检测方法，其特征在于，还包括步骤S6：在被测腔体（100）内放置已知堆积体积为V的散状颗粒材料，重复进行步骤S1-S4测量出被测腔体（100）的容积V3；
根据公式ε= [V- (V0-V3)]/V计算散状颗粒材料的空隙率或者含气量。
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