CN113588515B - 水渗系数检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水渗系数检测装置及方法，其中的装置包括：便携式水箱、与便携式水箱连接的主腔体，以及设置在主腔体上的触头；其中，在主腔体内设置有与便携式水箱连接的微型水泵、与微型水泵连接的控制器、与控制器连接的流量温度计，以及与流量温度计和触头同时连接的出水口；控制器用于驱动微型水泵向主腔体内进水，并通过与待检测材料表面相贴合的触头向待检测材料表面注水；以及，控制器还用于根据流量温度计采集触头处的每秒水流量以及温度信息，并根据每秒水流量以及温度信息确定待检测材料的表观水渗系数。利用上述发明能够方便快捷的实现对材料表面的表观水渗系数的检测，速度快、适用范围广，尤其适用于表面不规则形状的材料检测。
Description
技术领域
本发明涉及材料检测技术领域，更为具体地，涉及一种水渗系数检测装置及检测方法。
背景技术
目前，材料的水渗系数是一个评价材料性能的重要指标，对水渗系数的检测要求也越来越高；但是，现有针对混凝土材料或石材的表面水渗性测试装置一般比较大，一方面不易携带或现场安装，在测试过程中，通常需要在测试材料表面进行额外的锚固措施；此外，测试时间一般在10分钟以上，加上锚固操作安装时间，单测点耗时大部分在20分钟以上，测试效率很低，且浪费人力物力；另一方面，现有的水渗性能测试装置通常只能对规则表面的材料进行检测，对于异形曲面或粗糙材料表面等，测试精度较差，导致适用范围受限。
因此，为解决以上技术缺陷，亟需研发能够快速、方便、快捷的实现混凝土或建筑石材等材料水渗性测试的装置。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种水渗系数检测装置及方法，以解决现有水渗系数测试装置存在的不易携带及安装、测试时间长、精度差、适用范围受限等问题。
本发明提供的水渗系数检测装置，包括：便携式水箱、与便携式水箱连接的主腔体，以及设置在主腔体上的触头；其中，在主腔体内设置有与便携式水箱连接的微型水泵、与微型水泵连接的控制器、与控制器连接的流量温度计，以及与流量温度计和触头同时连接的出水口；控制器用于驱动微型水泵向主腔体内进水，并通过与待检测材料表面相贴合的触头向待检测材料表面注水，经触头流出的水通过出水口排出；以及，控制器还用于根据流量温度计采集触头处的瞬时水流量以及温度信息，并根据瞬时水流量以及温度信息确定待检测材料的水渗系数。
此外，可选的技术方案是，控制器包括与微型水泵连接的水压恒压控制器、与水压恒压控制器连接的PLC控制器以及与PLC控制器连接的压力传感器；PLC控制器以及水压恒压控制器配合用于控制微型水泵的转速，以使主腔体内的水压恒定；PLC控制器与压力传感器配合配合用于检测触头与待检测材料之间的挤压应力。
此外，可选的技术方案是，流量温度计包括电磁流量计以及温度计；电磁流量计用于检测触头向待检测材料的表面注入水的实时流量，温度计用于采集注入水的温度。
此外，可选的技术方案是，待测材料的表观水渗系数的表达公式为：
其中，Q表示水的瞬时浸入流速，单位m3/s；η表示水的粘度，单位Pa*s，A表示待检测材料的水浸入面的截面面积，Δp表示主体腔内的水压与流出待检测材料的水体压强的差值。
此外，可选的技术方案是，触头的形状与待检测材料的表面相适配，并且在触头上设置有密封垫圈；密封垫圈与待检测材料之间密封吸合。
此外，可选的技术方案是，还包括与PLC控制器连接的可充电电源以及USB接口；其中，可充电电源用于提供检测所需电能，USB接口用于检测数据的导入及导出。
此外，可选的技术方案是，还包括与PLC控制器以及流量温度计连接的计算处理存储器，以及与计算处理存储器连接的显示屏；其中，计算处理存储器用于检测数据的运算以及存储；显示屏用于水渗系数检测结果的展示。
根据本发明的另一方面，提供一种水渗系数检测方法，利于上述水渗系数检测装置进行检测，方法包括：将水渗系数检测装置的触头与待检测材料的表面进行密封接触，并当压力传感器检测到触头与待检测材料之间的挤压应力大于预设阈值时，启动可充电电源开始测试；在预设测试时间内通过微型水泵持续向主体腔内注水，并基于控制器确保主体腔内的水压恒定，并通过触头向待检测材料的表面进行注水；通过控制器实时记录注入待检测材料的每秒水流速以及温度信息；基于每秒水流速以及温度信息，通过控制器确定待检测材料的表观水渗系数。
此外，可选的技术方案是，预设阈值不小于1.00MPa。
此外，可选的技术方案是，预设测试时间范围为8～10s；待检测材料的水渗系数每秒钟获取一次。
利用上述水渗系数检测装置及方法，在主腔体内设置与便携式水箱连接的微型水泵、与微型水泵连接的控制器、与控制器连接的流量温度计，以及与流量温度计和触头同时连接的出水口，通过控制器驱动微型水泵向主腔体内进水，并通过与待检测材料表面相贴合的触头向待检测材料表面注水，经触头流出的水通过出水口侵入待测材料表面，进而可通过流量温度计采集触头处的水流量以及温度信息，最终根据瞬时水流量以及温度信息确定待检测材料的水渗系数，装置结构简单、便于携带及操作，可适用于异形曲面或粗糙面的水渗检测。
为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例的水渗系数检测装置的逻辑框图；
图2为根据本发明实施例的水渗系数检测方法的流程图。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
其中，本发明测得的水渗系数为材料的表观水渗系数，可应用于工程或材料表面质量检测，并不是材料的本征水渗系数，为方便描述，下文中所述的水渗系数均是指材料的表观水渗系数。
为详细描述本发明的水渗系数检测装置及方法，以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
图1示出了根据本发明实施例的水渗系数检测装置的示意结构。
如图1所示，本发明实施例的水渗系数检测装置，包括：便携式水箱、与便携式水箱连接的主腔体，以及设置在主腔体上的触头；其中，在主腔体内设置有与便携式水箱连接的微型水泵、与微型水泵连接的控制器、与控制器连接的流量温度计，以及与流量温度计和触头同时连接的出水口；控制器用于驱动微型水泵向主腔体内进水，并通过与待检测材料表面相贴合的触头向待检测材料表面注水，经触头流出的水通过出水口注入待测材料；以及，控制器还用于根据流量温度计采集触头处的每秒水流量(或称为瞬时水流量、瞬时水流速、瞬时流量、瞬时流速等，下同)以及温度信息，并根据每秒水流量以及温度信息确定待检测材料的水渗系数，整体结构简单、体积小，方便携带及安装测试。
具体地，控制器可进一步包括与微型水泵连接的水压恒压控制器、与水压恒压控制器连接的PLC控制器以及与PLC控制器连接的压力传感器(触头压力传感器)；其中，PLC控制器以及水压恒压控制器配合用于控制微型水泵的转速，以使主腔体内的水压保持恒定；PLC控制器与压力传感器配合配合用于检测触头与待检测材料之间的挤压应力，确保触头与待检测材料之间的有效密封接触，以提高检测精度。
在本发明的水渗系数检测装置中，流量温度计可包括电磁流量计以及温度计，由于通过触头的水注入待检测材料内部；此时，可通过电磁流量计检测触头向待检测材料的表面注水的瞬时流速或瞬时浸入流速，温度计用于采集注入水的温度，以便根据水的瞬时流速以及温度信息获取最终的水渗系数。
其中，水渗系数的表达公式如下所示：
其中，Q表示水的瞬时浸入流速，可通过电磁流量计获取，单位为m3/s；η表示水的粘度，该值可通过温度进行获取，单位Pa*s，A表示待检测材料的水浸入面的截面面积，即触头中心的出水孔与待检测材料之间的截面面积，Δp表示主体腔内的水压与渗入待检测材料的水体压强的差值，由于主体腔内的水压保持恒定，而渗入待检测材料内部的水压可理解为所处环境的外界压强，即大气压，该差值可也可直接采用主体腔内的水压值，通常可设定为800mbar(0.08MPa)。
具体地，由于水的粘度和温度息息相关，因此上述水的粘度可通过预设在PLC控制器中的取值表进行调取，如下表1示出了根据本发明实施例的水渗系数检测装置的水的粘度取值表。
| 温度(℃) | 粘度(×10-3Pa·s) |
| 2 | 1.6735 |
| 5 | 1.5182 |
| 10 | 1.3059 |
| 20 | 1.0016 |
| 30 | 0.7972 |
| 40 | 0.6527 |
| 50 | 0.5465 |
| 60 | 0.4660 |
| 70 | 0.4035 |
| 80 | 0.3540 |
表1
可知，当通过温度计确定当前水的温度后，即可通过上述取值表，确定对应的水的粘度值，然后计算获取最终的材料的表观水渗系数。此外，上述Δp和A的值也可根据具体的应用场景或检测要求进行灵活设置，并不限于具体的数值。
为提高水渗系数检测装置的通用性，以便对异形面或粗糙面进行检测，在本发明的一个具体实施方式中，触头的形状可设置为与待检测材料的表面相适配；此外，也可设置多种形状的触头，在对不同形状的材料进行水渗系数检测时，可更换对应的触头，以提高装置的通用性。
此外，在触头的表面可设置有密封垫圈，例如橡胶垫圈等，在触头与待检测材料进行接触时，可通过密封垫圈实现二者之间的密封吸合或接触，同时也可避免触头对材料表面造成损坏，具体的触头与待检测材料的表面之间的挤压应力，可通过压力传感器进行获取。
为方便装置的灵活测试，本发明提供的水渗系数检测装置，还可以包括与PLC控制器连接的可充电电源以及USB接口；其中，可充电电源用于预充电以提供水渗系数检测过程中各组件所需电能，而USB接口可用于检测数据的导入及导出，方便测试人员对数据的获取。
此外，本发明提供的水渗系数检测装置，还可以包括与PLC控制器以及流量温度计连接的计算处理存储器，以及与计算处理存储器连接的显示屏，例如，LED数显屏；其中，计算处理存储器用于对检测数据进行运算以及存储，该检测数据可包括流量温度计采集到的触头处的水流量以及温度信息，显示屏用于对最终的水渗系数检测结果的展示，可方便对水渗系数的直接读取，简化检测过程。
需要说明的是，除便携式水箱、连接便携式水箱和微型水泵之间的进水管、可充电电源、触头、出水口和USB接口之外的其他结构，可理解为控制单元，通过控制单元、便携式水箱和触头即可实现对待检测材料的水渗系数的检测，检测方便快捷且速度快、准确度高，能够适用于多种类型及多种形状的材料的水渗检测。
作为具体示例，在本发明的水渗系数检测装置中，首先，可采用水压恒压控制器配合PLC控制器，通过监测主体腔内水压，控制微型水泵转速进水，将主体腔内的水压控制为恒定值，保证装置以恒压状态向待检测材料的表面注水；然后，采用压力传感器配合PLC控制器，通过监测触头与待检测材料表面接触面的压力(触头接触面可采用橡胶垫圈，用以保证接触面的密封性，防止接触面漏水)，待压力符合预设要求时，控制可充电电源的开启和测试的启动，并通过电磁流量计监测触头与材料接触面在恒压状态下向待检测材料表面注入水的实时流量，通过温度计测量注入水的温度，并通过计算存储器存储实时数据；然后，通过PLC控制器和计算处理存储器对数据进行计算，并将计算结果通过LED数显屏进行实时显示；此外，也可通过USB接口读取计算处理存储器中所记录的数据以及计算结果，导出为EXCEL格式。
可知，本发明的水渗系数检测装置，具有结构轻巧、便于携带、接触面积小、适用于异形曲面或粗糙表面、操作简便、测试精度高以及可重复性使用等优点。
与上述水渗系数检测装置相对应，本发明还提供一种水渗系数检测方法。
具体地，如2示出了根据本发明实施例的水渗系数检测方法的流程。
如图2所示，本发明实施例的水渗系数检测方法，主要包括：
S110：将水渗系数检测装置的触头与待检测材料的表面进行密封接触，并当压力传感器检测到触头与待检测材料之间的挤压应力大于预设阈值时，启动可充电电源开始测试；
S120：在预设测试时间内通过微型水泵持续向主体腔内注水，并基于控制器确保主体腔内的水压恒定，并通过触头向待检测材料的表面进行注水；
S130：通过控制器实时记录注入待检测材料的每秒水流量以及温度信息；
S140：基于所述每秒水流量以及温度信息，通过控制器确定待检测材料的水渗系数。
其中，上述预设阈值可不小于1.00MPa，该预设阈值过小容易导致触头与待检测材料之间发生水泄露，该预设阈值过大则需要测试人员施加的压力也大，因此可根据具体的材料以及检测要求进行灵活设定。
此外，预设测试时间范围可设置为8～10s，待检测材料的水渗系数每秒钟获取一次，最终的检测结果可取预设测试时间最后3s的水渗系数的平均值，可知，该测试时间应该是越长越好，但是，通过本发明提供的水渗系数检测装置，在8～10s内即可实现对材料的高精度检测，相比现有技术的20多分钟，能够明显缩短检测时间，提高检测效率。
具体地，本发明实施例的水渗系数检测方法可包括：
1、将可充电电源预先充好电，确认触头橡胶垫圈的完整性，完成测试前期准备工作；
2、手持水渗系数测试装置，将触头压于被测材料表面，使得触头与被测材料表面紧密接触，并当触头与被测材料表面的挤压应力≧1.00MPa时，通过压力传感器传递信号至PLC控制器，装置打开可充电电源开始测试；
3、微型水泵开始转动，通过进水管将便携式水箱中的水吸进仪主体腔内，主体腔内的水压恒压控制器开始测定主体腔内的水体压力，同时，通过微型水泵的加压作用，通过触头与所测材料接触面向材料测试表面注水，出水口处通过电磁流量计实时记录注入所测材料的瞬时水流速度，温度计测量水体温度，并将所有数据存储于计算处理存储器中；
4、计算处理存储器根据所测水体温度进行水粘度取值，然后根据计算公式进行计算，将所得的K’值连同所测Q值以及水温度值一起在LED数显屏上实时显示。
其中，需要说明的是，电磁流量计和温度计在测试开始后每秒钟自动记录一次数据，同时计算存储器进行计算存储一次；LED数显屏上显示的最终K’值可为最后3次(后3秒)计算结果的平均值，最终的Q值以及水温度值亦为最后3次记录结果的平均值等。此外，每次测试可持续8-10秒，完成后开始下次测试，所有测量完成后，可以通过电脑连接此装置的USB接口，导出对应的EXCEL数据，以便测试人员使用。
上述水渗系数检测装置以及方法的实施例可相互参考借鉴，此处不再一一赘述。
可知，根据上述本发明提供的水渗系数检测装置及方法，具有以下优点：
1、现场免安装，满足接触面在测试期间的密封要求即可，只需要手持仪器并保持仪器触头与所测材料表面按压，即可完成一次测试；
2、操作简单、自动化程度高，触头与材料表面压力达到密封要求后，测试自动开启，并将目标结果实时呈现在LED数显屏上，大大降低了测试对人工的依赖性。
如上参照附图以示例的方式描述根据本发明的水渗系数检测装置及方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的水渗系数检测装置及方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。
Claims (8)
1.一种水渗系数检测装置，其特征在于，包括：便携式水箱、与所述便携式水箱连接的主腔体，以及设置在所述主腔体上的触头；其中，
在所述主腔体内设置有与所述便携式水箱连接的微型水泵、与所述微型水泵连接的控制器、与所述控制器连接的流量温度计，以及与所述流量温度计和所述触头同时连接的出水口；
所述控制器用于驱动所述微型水泵向所述主腔体内进水，并通过与待检测材料表面相贴合的所述触头向所述待检测材料表面注水，经所述触头流出的水通过所述出水口排出；以及，
所述控制器还用于根据所述流量温度计采集所述触头处的每秒水流量以及温度信息，并根据所述每秒水流量以及温度信息确定所述待检测材料的表观水渗系数；其中，
所述待检测材料的表面包括异形曲面，所述触头的形状与所述待检测材料的表面相适配，在所述触头上设置有密封垫圈，所述密封垫圈与所述待检测材料之间密封吸合；
所述控制器还包括与所述微型水泵连接的水压恒压控制器、与所述水压恒压控制器连接的PLC控制器，以及与所述PLC控制器连接的压力传感器，所述PLC控制器与所述压力传感器配合用于检测所述触头与所述待检测材料之间的挤压应力；当所述压力传感器检测到所述触头与所述待检测材料之间的挤压应力大于预设阈值时，进行注水检测；
所述待检测材料的表观水渗系数的表达公式为：
其中，Q表示水的瞬时浸入流速，单位m3/s；/>表示水的粘度，单位Pa*s，A表示所述待检测材料的水浸入面的截面面积，/>表示所述主腔体内的水压与流出所述待检测材料的水体压强的差值。
2.如权利要求1所述的水渗系数检测装置，其特征在于，
所述PLC控制器以及所述水压恒压控制器配合用于控制所述微型水泵的转速，以使所述主腔体内的水压恒定。
3.如权利要求1所述的水渗系数检测装置，其特征在于，
所述流量温度计包括电磁流量计以及温度计；
所述电磁流量计用于检测所述触头向所述待检测材料的表面注入水的实时流速，所述温度计用于采集所述注入水的温度。
4.如权利要求2所述的水渗系数检测装置，其特征在于，还包括与所述PLC控制器连接的可充电电源以及USB接口；其中，
所述可充电电源用于提供检测所需电能，所述USB接口用于检测数据的导入及导出。
5.如权利要求2所述的水渗系数检测装置，其特征在于，还包括与所述PLC控制器以及所述流量温度计连接的计算处理存储器，以及与所述计算处理存储器连接的显示屏；其中，
所述计算处理存储器用于检测数据的运算以及存储；
所述显示屏用于水渗系数检测结果的展示。
6.一种水渗系数检测方法，其特征在于，利于如权利要求1至5任一项所述的水渗系数检测装置进行检测，所述方法包括：
将水渗系数检测装置的触头与待检测材料的表面进行密封接触，并当压力传感器检测到所述触头与所述待检测材料之间的挤压应力大于预设阈值时，启动可充电电源开始测试；
在预设测试时间内通过微型水泵持续向主腔体内注水，并基于控制器确保所述主腔体内的水压恒定，并通过所述触头向所述待检测材料的表面进行注水；
通过所述控制器实时记录注入所述待检测材料的每秒水流量以及温度信息；
基于所述每秒水流量以及温度信息，通过所述控制器确定所述待检测材料的表观水渗系数。
7.如权利要求6所述的水渗系数检测方法，其特征在于，
所述预设阈值不小于1.00MPa。
8.如权利要求6所述的水渗系数检测方法，其特征在于，
所述预设测试时间范围为8~10s；
所述待检测材料的水渗系数每秒钟获取一次。
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