CN114739852A - 一种自动水泥不溶渣含量测定仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自动水泥不溶渣含量测定仪，属于水泥测定设备技术领域。所述的测定仪包括安装在支架上的恒温搅拌机构和抽滤干燥组件；所述恒温搅拌机构设置于抽滤干燥组件上方，所述恒温搅拌机构通过输液管将样品溶液向下转移至抽滤干燥组件上，输液管上设置有开关阀。本发明的恒温搅拌机构设置在抽滤干燥组件上方，恒温搅拌机构上设置有连接到抽滤干燥组件的输液管，输液管上设置有开关阀，当开关阀打开时，搅拌恒温浴槽中的样品溶液可以在重力的作用下自动转移到抽滤干燥组件；恒温搅拌机构和抽滤干燥组件采用上下结构设计不但可以让水泥不熔渣测定仪的结构更紧凑，而且可以简化仪器复杂度，让样品溶液从烧杯中转移到砂芯坩埚更加完全。
Description
技术领域
本发明属于水泥测定设备技术领域，具体涉及一种自动水泥不溶渣含量测定仪。
背景技术
水泥的成份构成直接影响建筑的强度和耐久性，随着水泥工艺的深入发展，混合材的种类和掺量也不断增多。水泥生产中掺入混合材料不仅能够改善水泥性能，降低水泥成本，而且可以充分利用各种工业废渣，减少这些工业废渣产生的环境污染。适当的混合材料掺入水泥中，可以充分发挥其分子的活性，有利于改善水泥性能。过量掺入混合材料，会降低水泥早期强度，导致低温性能、抗冻融性变差，以及破坏水泥的分子结构，但是掺入的混合材料量过低，使得实际水泥生产中混合材料不能得到充分的利用。因此，新国标通用硅酸盐水泥中规定了水泥中所掺入的混合材的种类，并严格规定了混合材掺入量。
国家标准《GB/T12960-2019》对水泥组分的定量测定有很具体的操作规程和测试方法。依据该标准，水泥组份的测定首先需要对样品溶液进行定时恒温搅拌30分钟，然后将溶液转移到砂芯坩埚进行抽滤，抽滤完毕再进行清洗，清洗之后再将砂芯坩埚和不溶渣在105℃±5℃烘干至恒重，然后再放入干燥塔冷却后称量。
目前市场上已有的组分测定仪（专利名称：水泥中混合材组分测定仪；申请号：CN95210961.1）仅具有样品溶液恒温搅拌功能，后续过滤、清洗、干燥、冷却和称重都需要操作人员手工完成，且只能同时测量两个样品，此外通过操作人员手工完成的操作非常繁琐耗时，且可能引入人工测量误差。
申请号为CN202122126620.8的专利文件提出了一种水泥不熔渣测定仪，该水泥不熔渣测定仪中恒温搅拌机构和抽滤干燥箱组件水平布置，为了实现仪器的自动化测量，该仪器使用了多达8个步进电机，因此仪器结构非常复杂，整体尺寸非常大。另外，该水泥不熔渣测定仪使用蠕动泵将烧杯中溶液抽取转移到砂芯坩埚，移液管是伸入到烧杯中，移液管容易和烧杯中的搅拌子产生相互干涉，也存在溶液抽取不完全的问题。
发明内容
本发明通过提供一种自动水泥不溶渣含量测定仪，通过将恒温搅拌机构设置在抽滤干燥组件上方，使恒温搅拌机构中的样品溶液可以在重力的作用下自动转移到抽滤干燥组件上，样品溶液转移更完全，以解决上述技术问题。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：
一种自动水泥不溶渣含量测定仪，包括安装在支架上的恒温搅拌机构和抽滤干燥组件；所述恒温搅拌机构设置于抽滤干燥组件上方，所述恒温搅拌机构通过输液管将样品溶液向下转移至抽滤干燥组件上，所述输液管上设置有开关阀。
优选地，所述恒温搅拌机构包括恒温水浴池、样品位和设置于样品位下方的搅拌装置，所述恒温水浴池与恒温装置连接；样品位设置于恒温水浴池内；样品位内放置有带移液管的烧杯；所述搅拌装置包括电机、搅拌磁铁，所述电机带动搅拌磁铁旋转，从而带动烧杯内的搅拌子旋转搅拌。
优选地，所述抽滤干燥组件包括抽滤单元，所述抽滤单元包括砂芯坩埚、坩埚转盘、坩埚支座和真空泵，与移液管连接的输液管固定在砂芯坩埚上方，通过移液管转移过来的样品溶液流入砂芯坩埚，再流入坩埚支座，通过真空泵进行抽滤。
优选地，所述抽滤干燥组件还包括风冷单元、加热单元；所述风冷单元包括电机、风扇和风道，电机带动风扇旋转向风扇两侧的风道鼓风，风顺着风道通过出风口到达箱体内部；
所述加热单元包括发热管，所述发热管通过支架安装于风扇上，通过风扇将热风吹入箱体内。
优选地，所述抽滤干燥组件还包括水冷却单元，所述水冷却单元包括进水口、出水口和水路，恒温装置中的冷却水通过电磁阀连接到进水口，经过水路从出水口流回到恒温装置快速带走抽滤干燥组件散热壁板的热量。
优选地，还包括设置于恒温搅拌机构一侧的加液清洗机构，所述加液清洗机构包括多路加液头、药剂瓶和加液泵，所述多路加液头设置于恒温水浴池中间，由电机驱动旋转；所述加液泵通过输液管分别与药剂瓶和多路加液头连接，对样品位进行加液。
优选地，还包括设置于抽滤干燥组件下方的旋转抬升组件，所述旋转抬升组件包括升降机构、旋转平台和机械手臂，所述升降机构驱动机械手臂带动坩埚转盘上的砂芯坩埚升降，所述旋转平台驱动机械手臂带动坩埚转盘上的砂芯坩埚旋转，将砂芯坩埚放置于称重天平组件上称量。
优选地，所述升降机构包括升降电机和升降台，所述升降电机的驱动轴与升降台通过轴承连接，驱动升降台升降；所述旋转平台安装在升降台上；
所述机械手臂与旋转平台连接，机械手臂上方连接坩埚转盘，机械手臂旋转时带动坩埚转盘旋转。
优选地，所述称重天平组件包括天平、称重杆和支撑座，天平放置在抽滤干燥组件下方，天平上固定有称重杆，称重杆伸入抽滤干燥组件内部，称重杆上端固定有支撑座。
本发明的有益效果是：
1.本申请的恒温搅拌机构设置在抽滤干燥组件上方，恒温搅拌机构上设置有连接到抽滤干燥组件的输液管，输液管上设置有开关阀，当开关阀打开时，搅拌恒温水浴池中的样品溶液可以在重力的作用下自动转移到抽滤干燥组件。恒温搅拌机构和抽滤干燥组件采用上下结构设计不但可以让水泥不熔渣测定仪的结构更紧凑，而且可以简化仪器复杂度，让样品溶液从烧杯中转移到砂芯坩埚更加完全。
2.本发明提出了一种全自动化测试水泥不溶渣的结构，实现了整个水泥不溶渣测量过程的全自动化，从样品溶液的恒温定时搅拌至后续过滤、清洗、干燥、冷却和称重，一批每次可以同时测量8个样品，实现在一个封闭的设备从检测至出结果全程无人员干预，最大程度降低环境和操作人员对检测结果造成误差。
附图说明
图1是本发明的前视结构示意图。
图2是本发明的后视结构示意图。
图3是本发明的俯视结构示意图。
图4是抽滤干燥组件的结构示意图。
图5是旋转抬升组件的结构示意图。
图6是称重天平组件的结构示意图。
图7是搅拌装置的结构示意图。
图8是本发明的操作流程图。
其中：10、恒温搅拌机构；101、恒温水浴池；102、样品位；103、搅拌装置；104、输液管；20、加液清洗机构；201、多路加液头；202、药剂瓶；203、加液泵；204、旋转电机；30、抽滤干燥组件；301、坩埚转盘；302、砂芯坩埚；303、进水口；304、出水口；305、水路；306、散热壁板；307、电机；308、风扇；309、风道；310、出风口；311、发热管；312、保温层；313、坩埚支座；314、真空泵；40、旋转抬升组件；401、升降机构；402、旋转平台；403、机械手臂；404、升降台；50、称重天平组件；501、支撑座；502、称重杆；503、天平；60、电控单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
参见图1至图2，一种自动水泥不溶渣含量测定仪，包括安装在支架上的恒温搅拌机构10、加液清洗机构20、抽滤干燥组件30、旋转抬升组件40、称重天平组件50和电控单元60；通过所述电控单元60控制恒温搅拌机构10、加液清洗机构20、抽滤干燥组件30、旋转抬升组件40、称重天平组件50的运行。电控单元60可以和上位机进行通讯，按照上位机的命令执行动作，按照程序设定的流程完成仪器自动化测量过程，自动得到组分检测结果。
具体的，参见图3，所述恒温搅拌机构10包括恒温水浴池101、样品位102和设置于样品位下方的搅拌装置103，所述恒温水浴池101与恒温装置（图中未示出）连接，所述恒温装置为低温恒温循环器或半导体加热/制冷器中的一种。样品位102设置于温水浴池101内；每个样品位内放置有一个带移液管的烧杯，移液管下方连接输液管104，所述输液管104上设置有开关阀。本实施例中样品位设有8个，可以放置8个烧杯，样品位的数量可以根据实际需要进行设计，烧杯内放置与搅拌磁铁相互吸引的搅拌子。所述搅拌装置103包括电机、搅拌磁铁，所述电机带动搅拌磁铁旋转，从而带动烧杯内的搅拌子旋转搅拌。本发明的搅拌装置采用现有的搅拌装置来实现搅拌功能。
进一步的，恒温水浴池101包含一个外壳，外壳上有连接恒温装置（恒温装置没有画出来）水管的进水接头和回水接头，恒温装置中的冷却水从外壳上的进水接头进入恒温水浴池，控制恒温水浴池的水温在20℃±2℃，然后从外壳上的回水接头回流到恒温装置。恒温水浴池中有放置烧杯的多个样品位102、每个样品位下方安装有电机带动的搅拌磁铁，当搅拌磁铁由电机带动旋转时通过磁铁的相互吸引可以带动烧杯中的搅拌子跟随搅拌磁铁旋转，实现搅拌功能。
具体的，参见图7，恒温搅拌机构的一侧设有加液清洗机构，所述加液清洗机构20包括多路加液头201、药剂瓶202和加液泵203，所述多路加液头201设置于恒温水浴池中间，由旋转电机204驱动旋转；药剂瓶202内放置所需添加的药剂，本实施例中药剂瓶202设有多个，相应的加液泵203也设有多个。所述加液泵通过输液管分别与药剂瓶和多路加液头连接，对样品位的烧杯进行加液；加液泵为蠕动泵或负压泵中的一种。本实施例中多路加液头201由旋转电机带动旋转运动，各加液蠕动泵分别抽取药液瓶中的药液经过各管路输送到多路加液头为每个烧杯样品添加药液。电控单元控制多路加液头201的旋转速度、角度以及控制药液添加量。
具体的，参见图4，所述抽滤干燥组件30内设置有抽滤单元、加热单元、风冷单元和水冷却单元；所述抽滤单元包括放置在坩埚转盘301上的砂芯坩埚302，砂芯坩埚302下的坩埚支座313以及真空泵314，与移液管连接的输液管104固定在砂芯坩埚302上方，通过移液管转移过来的样品溶液流入砂芯坩埚，再经过坩埚支座313，在真空泵314的抽吸作用下，沉淀留在砂芯中，溶液被排走。本申请的坩埚下方设有坩埚支座，坩埚支座不与坩埚转盘301固定连接，而是与坩埚转盘301活动连接，坩埚转盘301上设有与坩埚支座313对应的孔位，坩埚转盘301带动砂芯坩埚旋转，使砂芯坩埚放在任一坩埚支座上；所述坩埚支座和真空泵通过管道连接，可以通过真空泵来实现抽滤。烧杯内的样品溶液在恒温浴池内处理完毕后，打开输液管上的开关阀，样品溶液流入砂芯坩埚302，砂芯坩埚302放在坩埚支座313上，坩埚支座313与真空泵通过管道连接，通过真空泵对砂芯坩埚进行抽滤。本发明的抽滤干燥组件包含加热单元、风冷单元和水冷却单元，具备快速加热，快速冷却功能，且可以对过滤后的过滤件和沉淀物进行快速干燥冷却。
所述水冷却单元包括进水口303、出水口304和水路305，抽滤干燥组件内设有散热壁板306，散热壁板306外侧设有保温层312，恒温装置中的冷却水通过电磁阀连接到进水口303，经过水路305从出水口304流回到恒温装置快速带走抽滤干燥组件散热壁板306的热量。
所述风冷单元包括电机307、风扇308和风道309，电机307带动风扇308旋转向风扇两侧的风道309鼓风，风顺着风道通过出风口310到达箱体内部；将内部热空气吹散到散热壁板306，快速冷却。使用时，水冷却单元和风冷单元开启其中一项即可。
所述加热单元包括发热管311，所述发热管311通过支架安装于风道内，发热管311通电产生热量通过风扇308将热量吹入箱体内，使干燥箱快速加热，加热温度可达105℃，对砂芯坩埚内的试样进行干燥。
具体的，参见图5，所述旋转抬升组件40设置于抽滤干燥组件下方，旋转抬升组件包括升降机构401、旋转平台402和机械手臂403，所述升降机构401包括升降电机和升降台404，所述升降电机的驱动轴与升降台404通过轴承连接，驱动升降台升降。所述旋转平台402安装在升降台404上。旋转平台402包括驱动电机，驱动电机驱动机械手臂403旋转；所述升降机构401驱动机械手臂升降，所述机械手臂403上方连接坩埚转盘301，机械手臂403旋转时带动坩埚转盘301旋转。
参见图6，所述称重天平组件50包括天平503、称重杆502和支撑座501，天平503放置在抽滤干燥组件下方，天平上固定有称重杆502，称重杆伸入抽滤干燥组件内部，称重杆502上端固定有支撑座501。在电控单元的控制下，可以完成称重前的去除毛重和称重，通过和旋转升降组件配合，可以在抽滤干燥箱内实现砂芯坩埚的称重功能。称重时，升降机构将砂芯坩埚放置于支撑座501上进行称量。具体的，使用时，由升降机构401将机械手臂403带动坩埚转盘301升起，由旋转平台带动做旋转将待称量的砂芯坩埚旋转到支撑座501上方后，升降机构下降将砂芯坩埚放置于支撑座501上称量，升降机构重复升降运动完成试样在抽滤干燥组件内部称重动作。
参见图8，本申请测定仪既可以测量水泥中粉煤灰/火山灰组份的含量，也可以测量粒化高炉矿渣组份的含量，下面以粉煤灰/火山灰组份的测量作为应用案例进行测量原理说明，测量粒化高炉矿渣组份含量的测量流程稍有区别。
1.仪器预热：
开启恒温水浴池控温功能，保持恒温水浴池中水温在20℃±2℃，在恒温水浴池的样品位分别放入8个干净烧杯，烧杯内放入搅拌子。
2.添加砂芯坩埚：
将8个砂芯坩埚放入抽滤干燥组件内，打开加热管，开启加热模式，加热完成后关闭加热管，打开风扇开启冷却称重模式，待砂芯坩埚冷却至室温，关闭风扇，由旋转抬升组件将砂芯坩埚逐个称重，并记录每个编号内砂芯坩埚的重量。
3.烧杯添加试样，自动检测：
往8个烧杯中各添加0.5g±0.02g试样，开启自动检测模式。
仪器启动--开启蠕动泵，通过多路加液头加水80ml--开启搅拌电机搅拌5min--开启加液泵通过多路加液头加硝酸50ml--继续搅拌30min--开启夹管阀--样品溶液流入到砂芯坩埚--启动真空泵抽滤20min--分别开启蠕动泵通过多路加液头加清水和酒精清洗烧杯--开启抽滤干燥组件加热烘干试样40min--抽滤干燥组件关闭加热，开启水冷和风冷模式，冷却至室温--旋转抬升组件旋转和升降与称重天平完成对砂芯坩埚称重并记录砂芯坩埚的重量--根据砂芯坩埚前后质量的变化，通过自动计算得到测定组分结果。
4.电控单元控制仪器按照程序完成加液、搅拌、清洗、抽滤、加热烘干、冷却、称重等动作，完成测定给出测定结果。
本申请具有以下优点：
1.恒温搅拌机构和抽滤干燥箱组件采用上下结构，恒温搅拌机构设置在抽滤干燥组件上方。恒温搅拌机构中设置有样品位，样品位上放置有带移液管的烧杯；烧杯的移液管和抽滤干燥箱组件之间设置有输液管，输液管上设置有开关阀，当开关阀打开时，烧杯中的样品溶液可以在重力的作用下转移至抽滤干燥组件中的砂芯坩埚。相对于现有技术，本申请的测定仪结构更紧凑，降低了仪器动作复杂性，依靠溶液重力实现溶液从恒温浴池组件到抽滤干燥箱的转移，溶液转移更彻底，且不存在搅拌子和抽吸管干涉的问题。
2.抽滤干燥组件下面设置有旋转抬升组件和称重天平组件，称重天平的称重杆伸入抽滤干燥箱内，旋转抬升组件可以带动抽滤干燥组件中的砂芯坩埚完成旋转和抬升运动，并在称重杆上端完成称重功能。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (8)
1.一种自动水泥不溶渣含量测定仪，其特征在于，包括安装在支架上的恒温搅拌机构和抽滤干燥组件；所述恒温搅拌机构设置于抽滤干燥组件上方，所述恒温搅拌机构通过输液管将样品溶液向下转移至抽滤干燥组件上，所述输液管上设置有开关阀；
所述抽滤干燥组件包括抽滤单元，所述抽滤单元包括砂芯坩埚、坩埚转盘、坩埚支座和真空泵，输液管固定在砂芯坩埚上方，通过移液管转移过来的样品溶液流入砂芯坩埚，坩埚支座和真空泵连接，坩埚转盘上设有与砂芯坩埚支座对应的孔位，所述坩埚转盘带动砂芯坩埚旋转并使砂芯坩埚放置于任一坩埚支座上。
2.根据权利要求1所述的自动水泥不溶渣含量测定仪，其特征在于，所述恒温搅拌机构包括恒温水浴池、样品位和设置于样品位下方的搅拌装置，所述恒温水浴池与恒温装置连接；样品位设置于恒温水浴池内；样品位内放置有带移液管的烧杯；所述搅拌装置包括电机、搅拌磁铁，所述电机带动搅拌磁铁旋转，从而带动烧杯内的搅拌子旋转搅拌。
3.根据权利要求1所述的自动水泥不溶渣含量测定仪，其特征在于，所述抽滤干燥组件还包括风冷单元、加热单元；所述风冷单元包括电机、风扇和风道，电机带动风扇旋转向风扇两侧的风道鼓风，风顺着风道通过出风口到达箱体内部；
所述加热单元包括发热管，所述发热管通过支架安装于风道内，通过风扇将热风吹入箱体内。
4.根据权利要求3所述的自动水泥不溶渣含量测定仪，其特征在于，所述抽滤干燥组件还包括水冷却单元，所述水冷却单元包括进水口、出水口和水路，恒温装置中的冷却水通过电磁阀连接到进水口，经过水路从出水口流回到恒温装置快速带走抽滤干燥组件散热壁板的热量。
5.根据权利要求1所述的自动水泥不溶渣含量测定仪，其特征在于，还包括设置于恒温搅拌机构一侧的加液清洗机构，所述加液清洗机构包括多路加液头、药剂瓶和加液泵，所述多路加液头设置于恒温水浴池中间，由电机驱动旋转；所述加液泵通过输液管分别与药剂瓶和多路加液头连接，对样品位进行加液。
6.根据权利要求1所述的自动水泥不溶渣含量测定仪，其特征在于，还包括设置于抽滤干燥组件下方的旋转抬升组件，所述旋转抬升组件包括升降机构、旋转平台和机械手臂，所述升降机构驱动机械手臂带动坩埚转盘上的砂芯坩埚升降，所述旋转平台驱动机械手臂带动坩埚转盘上的砂芯坩埚旋转，将砂芯坩埚放置于称重天平组件上称量。
7.根据权利要求6所述的自动水泥不溶渣含量测定仪，其特征在于，所述升降机构包括升降电机和升降台，所述升降电机的驱动轴与升降台通过轴承连接，驱动升降台升降；所述旋转平台安装在升降台上；
所述机械手臂与旋转平台连接，机械手臂上方连接坩埚转盘，机械手臂旋转时带动坩埚转盘旋转。
8.根据权利要求6所述的自动水泥不溶渣含量测定仪，其特征在于，所述称重天平组件包括天平、称重杆和支撑座，天平放置在抽滤干燥组件下方，天平上固定有称重杆，称重杆伸入抽滤干燥组件内部，称重杆上端固定有支撑座。
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