CN201378152Y - 混凝土绝热温升测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种混凝土绝热温升测量装置，包括支架、试件桶和底座、绝热温升装置，绝热温升装置包括外桶、内桶，它们之间填充有保温材料，内桶由热传导良好的金属板制成，内桶外壁缠绕加热膜，内桶顶部、内桶壁和和底座上部形成绝热温升空间，内桶顶部中央和底座中央各设置有经发黑处理的金属板，在内桶外壁与其上部、中部以及下部所缠绕的加热膜之间分别放置多个温度传感器，混凝土试件中心内置温度传感器；所有温度传感器分别通过温度/电压转换器、放大器、数据采集卡和计算机连接，由计算机与数据采集卡控制的恒流源电路控制加热膜的输出功率，使得内桶的温度动态跟踪混凝土的温度变化，内桶温度与试件中心温度保持一致。与现有技术相比，本实用新型充分将混凝土绝热温升的测定实现高度自动化与智能化。
Description
混凝土绝热温升测量装置
技术领域
本实用新型涉及绝热装置以及一种建筑材料的特性测定，特别是涉及一种混 凝土的水泥水化热特性的测定装置。
背景技术
建筑质量是桥梁、建筑、水坝、铁路和公路等领域的最重要的指标。其中， 由沙料、石料、水泥和钢筋构成的结构混凝土质量在此又起决定性作用。水泥水 化热特性与混凝土质量密切相关。由于水泥水化热的影响，混凝土使得建筑结构 在自然环境下温度升高。新建混凝土结构建筑的温度升高，将在建筑中形成空洞， 结构松散，质量下降。良好的水泥的水化热很小，与砂石料搅拌成混凝土后，温 升很低，建筑质量显然高。保温良好的混凝土在建筑领域可以大大减少能源消耗， 有极大的实际意义。所以必须对水泥水化热进行准确测量，对于混凝土进行准确 测量，才能确保建筑质量。混凝土绝热温升的原理是，混凝土试件有发热特性， 温度随时间缓慢上升，需要通过外围装置构建一个保温环境来防止混凝土试件的 发热慢慢散失，直接目的是减少测量过程中由于热量散失而导致测量结果不准 确，进而影响混凝土质量的判断。目前的混凝土绝热温升在国内仅有少量几家生 产，其方法基本大都仿制国外技术来生产的混凝土绝热温升设备，大多釆用加热 循环液体（水）跟踪技术。由于液体的热容量很大，因此该技术跟踪速度慢，精 度低，影响跟踪的准确性。我公司根据DL/T5150-2001国家标准，新设计的混凝 土绝热温升测定仪，用绝热材料将绝热桶与周围环境隔离，再采用特定缠绕加热 器与热能反射的方法，用空气进行内部循环，达到绝热桶内温度均衡的目的。试 验证明，该绝热系统温度均衡、稳定性好、跟踪精度高、使用和维护方便。在实 际测量混凝土的水泥水化热特性时，现有的测定装置存在以下两方面的缺陷：
1、 现有技术的混凝土检定装置往往不能很好地保证测定装置与外界的良好 隔热，导致在测量过程中存在热交换，影响测量结果的正确性；
2、 现有技术的混凝土测定装置不能保证测量装置的内部环境保持热均匀 化，如此一来，在测量装置的不同位置进行测量，测量结果差异会较大，因而无法获得正确的测量结果；
3、虽然有些厂家使用计算机，但实际上仍然采用仪表控制，计算机仅仅用 以处理、存储、计算和打印，没有达到用计算机技术控制的先进水平。
上述三方面的缺陷导致混凝土绝热温升装置的跟踪速度慢、精度低，测量结 果不够准确。
实用新型内容
鉴于上述技术问题，本实用新型提出了一种混凝土绝热温升测量装置，在混 凝土水泥水化热特性的测量装置中，采用绝热温升装置，使该绝热温升装置能够 自动跟踪待测混凝土试件的温度变化，从而达到自动测试混凝土的水泥水化热特 性。
本实用新型提出了一种混凝土绝热温升测量装置，包括支架、试件桶和底座， 所述支架上设置有绝热温升装置，试件桶放置于底座上，待测混凝土试件置于试 件桶中，其特征在于，绝热温升装置还包括外桶、内桶，它们之间填充有保温材 料，内桶由热传导良好的金属板制成，内桶壁的外表面缠绕加热膜,内桶顶部和 内桶壁和底座上部形成绝热温升空间，内桶顶部中央和底座中央各设置有经发黑 处理的金属板，在内桶壁与其所缠绕的上部、中部以及下部的加热膜与内桶壁之 间分别放置多个温度传感器，混凝土试件中心内置温度传感器；上述所有温度传 感器通过温度/电压转换器、放大器、数据采集卡和计算机连接，由计算机与数 据采集卡控制的恒流源电路控制加热膜的输出功率，使得内桶的温度动态跟踪混 凝土的温度变化，内桶温度与试件中心温度保持一致。
所述在内桶壁所缠绕的上部、中部以及下部的加热膜与内桶壁之间分别放置 3-12个温度传感器。
所述内桶由紫铜板或合金铝板制成。
所述绝热温升空间上部设置搅拌器。
所述恒流源由计算机、数据采集卡、5个电阻、放大器K、电压跟随器G、 三极管Q、加热膜Z和电源E组成，计算机通过数据采集卡的DA端口连接到电 阻R1的一端，电阻R1另一端连接到放大器K的同向输入端（+ )，同时连接到电 阻R2的一端，R2的另一端连接到地Gnd，放大器的输出端Out连接到电阻R3
5的一端，R3的另一端连接到三极管Q的基极b，三极管的集电极c与加热膜Z 的一端连接，加热膜Z的另一端连接到电源E，三极管Q的发射极e与电阻R4 的一端连接，同时连接到放大器K的反向输入端（-)和电阻R5的一端，R4的 另一端接地Gnd， R4是基准电阻，R5的另一端连接到电压跟随器G的同向输入 端（+)，电压跟随器G的输出端Outa连接到G的反向输入端(-)，同时连接到数 据采集卡的相应的AD 口，恒流源电流由DA输出控制电压Vda/R4决定，恒流源 的电流根据测量需要可以从lmA—30A范围进行调整。
所述试件中心内置的温度传感器将感测到的温度信号传送给温度/电压转换 器，再由温度/电压转换器传送给放大器，将电信号放大，放大器将信号传送给 数据采集卡的A/D口，数据采集卡通过数据总线传送给计算机，经过信号拾取、 判断、数据处理，将试件温度与内桶温度进行比较，根据温度差值进行反馈，通 过数据采集卡DA传送给电阻L1，与恒流源共同完成温度动态跟踪控制过程。
所述计算机用于执行以下步骤：
采集多路温度传感器信号；
采集恒流源基准信号；
判断热跟踪桶温度与试件中心温度差异，用PID调解方法对加热膜传输信 号，增加或降低小量功率，控制热内桶温度与试件温度实时一致；。
根据公式Qn = enCk/W，计算水泥水化热，式中：Qn是n天龄期水泥水化 热，kJ/kg,W是混凝土试件含水泥的质量，单位kg;以及
显示、打印。
与现有技术相比，本实用新型具备以下效果：由于采用了用良好保温材料填 充在外桶与内桶之间，两者仅仅有微量的热交换，保温性能良好；加热膜电阻根 据平均分布规律制作，将加热膜沿内桶的垂直母线缠绕在桶的外壁，使内桶壁加 热均匀，桶的顶部与底座的上面分别放置强热辐射的黑体，桶的顶部放置搅拌器， 使桶内温度均匀分布，不均匀性<=(;用数据采集卡采集数据，用计算机处理 数据，测量与监控全部过程。因而本实用新型的混凝土绝热温升测定仪的绝热桶 内温度均匀，速度快、动态跟踪精度高、数据准确。具有操作简单、数据处理快、 存储、数字与曲线同时显示和打印输出等优点，充分将混凝土绝热温升的测定实 现高度自动化与智能化。附图说明
图1为本实用新型的用于水泥水化热特性测量的混凝土绝热温升装置的总 体架构剖面示意图；
图2为本实用新型的用于水泥水化热特性测量的混凝土绝热温升装置的绝 热温升装置结构示意图；
图3为加热膜电阻在内桶外壁的缠绕方式示意图；
图4为本实用新型的混凝土绝热温升测量装置的电路和控制示意图。
具体实施方式
如图1所示，为本实用新型的混凝土绝热温升测量装置总体架构的剖面示意 图。：混凝土绝热温升测量装置包括：龙门架l、升降机2、横梁3、试件桶8、
底座9和绝热温升装置10。
如图2所示，本实用新型的绝热温升装置10包括外桶4、内桶6，在外桶4 与内桶6之间填充良好的保温材料14，使两桶保持隔热状态，仅仅能有微量的 热交换，确保内桶动态跟踪试件中心温度的精度与稳定性。内桶由具有良好导热 系数的金属（例如紫铜，合金铝）制作，内桶6外壁缠绕加热膜13，温度传感 器置于内桶外壁与加热膜之间，在上中下分别放置3—12个，分别即上端温度传 感器、中间温度传感器、下端温度传感器。上中下多个温度传感器分别通过温度 /电压转换器、放大器传输给数据采集卡的DA 口，再通过数据总线传输给计算 机进行数据处理。温度传感器采用PtlOO、 Cu49、热电偶、温敏电阻、PN结温 敏元件；内桶顶部安装强热辐射的黑体金属板12;底座9上面装有相同的强热 辐射的黑体金属板l，使桶内距离桶壁温度均匀，在离桶内壁20mm内的温度均 匀性《0.rC。试件桶8内装满沙料、石料等骨料和水泥搅拌的混凝土（约150kg)， 混凝土中心放置温度传感器，称为试件温度传感器。配备了由计算机控制的恒流 源电路、多路温度/电压转换器、放大器、16位数据采集卡。内桶外壁多路温度 传感器信号通过多路T/V温度/电压转换器、多路放大器传输给与数据采集卡相 对应的AD接口，再通过数据总线传输给加算机；试件中心温度传感器信号通过 温度/电压转换器传输给数据采集卡与其对应的AD接口，再通过数据总线传输给与计算机；计算机通过模糊控制方法对加热膜控制，使得内桶温度实时动态跟 踪试件中心温度。
为了达到更好的热均匀效果，在上述实施例的绝热内桶上部安装搅拌器5， 可以完成绝热温升空间的空气搅拌，进一步达到热均匀化。
如图3所示，内桶外壁缠绕的加热膜，加热电阻值按距离圆桶上端向下端平 均分布缠绕，或距离下端向上平均分布缠绕，使内桶的加热均匀。本实用新型中 所提及的加热膜可以是加热膜或加热丝。
所述计算机为执行下列步骤的计算机：分别读取温度传感器温度信息；采集 多路温度传感器信号；采集恒流源基准信号；控制恒流源Dad的输出；判断内 桶温度与试件中心温度差异，用PID调解方法对加热膜传输信号，增加或降低 小量功率，控制内桶与试件中心温度实时一致；根据公式Qn = enCk/W计算水 泥水化热，式中：Qn是n天龄期水泥水化热，单位为kJ/kg， W是混凝土试件含 水泥的质量，单位为kg;存储数据与实验过程图；显示、打印。其中，所述温 度传感器应包括电阻式/半导体式和热电偶等。
如图4所示，为本实用新型的电路和控制示意图，恒流源由计算机、数据采 集卡、5个电阻、放大器K、电压跟随器G、三极管Q、加热膜Z和电源E组成， 计算机通过数据采集卡的DA端口连接到电阻Rl的一端，电阻Rl另一端连接到 放大器K的同向输入端（+ )，同时连接到电阻R2的一端，R2的另一端连接到地 Gnd，放大器的输出端Out连接到电阻R3的一端，R3的另一端连接到三极管Q 的基极b，三极管的集电极c与加热膜Z的一端连接，加热膜Z的另一端连接到 电源E，三极管Q的发射极e与电阻R4的一端连接，同时连接到放大器K的反 向输入端（-）和电阻R5的一端，R4的另一端接地Gnd， R4是基准电阻，R5的 另一端连接到电压跟随器G的同向输入端(+)，电压跟随器G的输出端0uta连接 到G的反向输入端(-)，同时连接到数据采集卡的相应的AD 口，恒流源电流由 DA输出控制电压Vda/R4决定，恒流源的电流根据测量需要可以从lmA—30A范 围进行调整。由于水泥的化学反应产生水化热，使混凝土试件温度升高，内桶的 温度必须动态跟踪混凝土的温度变化。试件温度变化通过试件温度传感器PtlOO 传送给温度/电压转换器，再由温度/电压转换器传送给放大器，将电信号放大， 放大器将信号传送给数据采集卡的A/D 口，数据采集卡通过数据总线传送给计算机，经过信号拾取、判断、数据处理，将试件温度与内桶温度与试件温度进行 比较，根据温度差值进行反馈，通过数据采集卡DA传送给电阻R1的一端。与 恒流源共同完成动态跟踪控制过程。
Claims (9)
1.一种混凝土绝热温升测量装置，包括支架、试件桶和底座，所述支架上设置有绝热温升装置，试件桶放置于底座上，待测混凝土试件置于试件桶中，其特征在于，绝热温升装置还包括外桶、内桶，它们之间填充有保温材料，内桶由热传导良好的金属板制成，内桶外壁缠绕加热膜，由内桶顶部、内桶壁和底座上部形成绝热温升空间，内桶顶部中央和底座上部中央各设置有经发黑处理的金属板，在内桶外壁与其上部、中部以及下部所缠绕的加热膜之间分别放置多个温度传感器，混凝土试件中心内置温度传感器；上述所有温度传感器通过温度/电压转换器、放大器、数据采集卡和计算机连接，由计算机与数据采集卡控制的恒流源电路控制加热膜的输出功率，使得内桶的温度动态跟踪混凝土的温度变化，内桶温度与试件中心温度保持一致。
2. 如权利要求1所述的混凝土绝热温升测量装置，其特征在于，所述在内桶壁所 缠绕的上部、中部以及下部的加热膜与内桶壁之间分别放置3-12个温度传感器。
3. 如权利要求1所述的混凝土绝热温升测量装置，其特征在于，所述内桶由紫铜 板或合金铝板制成。
4. 如权利要求1所述的混凝土绝热温升测量装置，其特征在于，所述绝热温升空 间上部设置搅拌器。
5. 如权利要求1所述的混凝土绝热温升测量装置，其特征在于，所述恒流源由计 算机、数据采集卡、5个电阻、放大器K、电压跟随器G、三极管Q、加热膜Z和电源E 组成，计算机通过数据采集卡的DA端口连接到电阻Rl的一端，电阻Rl另一端连接到 放大器K的同向输入端（+ )，同时连接到电阻R2的一端，R2的另一端连接到地Gnd， 放大器的输出端0ut连接到电阻R3的一端，R3的另一端连接到三极管Q的基极b，三 极管的集电极c与加热膜Z的一端连接，加热膜Z的另一端连接到电源E，三极管Q的 发射极e与电阻R4的一端连接，同时连接到放大器K的反向输入端（-)和电阻R5的 一端，R4的另一端接地Gnd， R4是基准电阻，R5的另一端连接到电压跟随器G的同向 输入端(+)，电压跟随器G的输出端Outa连接到G的反向输入端(-)，同时连接到数据 采集卡的相应的AD 口，恒流源电流由DA输出控制电压Vda/R4决定，恒流源的电流根 据测量需要从lmA—30A范围进行调整。
6. 如权利要求5所述的混凝土绝热温升测量装置，其特征在于，所述试件中心内置的温度传感器将感测到的温度信号传送给温度/电压转换器，再由温度/电压转换器传送给放大器，将电信号放大，放大器将信号传送给数据采集卡的A/D 口，数据采集卡通. 过数据总线传送给计算机，经过信号拾取、判断、数据处理，将试件温度与内桶温度进行比较，根据温度差值进行反馈，通过数据采集卡DA传送给电阻R1，与恒流源共同完成温度动态跟踪控制过程。
7.如权利要求1所述的混凝土绝热温升测量装置，其特征在于，所述计算机用于执 行以下任务：采集多路温度传感器信号； 采集恒流源基准信号；判断内桶温度与试件中心温度差异，用PID调节方法对加热膜传输信号，增加或降 低小量功率，控制内桶温度与试件温度实时一致； 根据公式Qn = 9nCk/W计算水泥水化热，式中：Qn是n天龄期水泥水化热，单位kj/kg， W是混凝土试件含水 泥的质量，单位kg;以及显示、打印。
8. 如权利要求l所述的混凝土绝热温升测量装置，其特征在于，所述温度传感器 包括电阻式、半导体式和热电偶。
9. 如权利要求1所述的混凝土绝热温升测量装置，其特征在于，所述加热膜包括 电加热膜、加热丝。
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