CN2742510Y - 大体积砼无线智能测温仪 - Google Patents

Abstract

大体积砼无线智能测温仪，属于无线电测温装置，主要解决大体积砼温度导致钢筋砼产生裂缝的问题。它由无线数据采集器、和微机数据接收分析仪两部分组成，其特征在于：所述的无线数据采集器由测温记录仪、无线电发射机、及与测温记录仪连接的多条并联的数据采集装置组成，每条数据采集装置由五芯铜线连接温度传感器；所述的微机数据接收分析仪由微机数据分析仪及与微机数据分析仪连接的无线电接收机组成。本实用新型结构简单，便于操作，测温范围广，稳定性好且反应灵敏。主要用于建筑业大体积砼无线测温。

Description

大体积砼无线智能测温仪

所属技术领域

本实用新型涉及一种无线电测温装置，主要用于建筑业大体积砼无线测温。

背景技术

随着建筑业的飞速发展，钢筋混凝土结构建筑得到了广泛应用，土地越来越少，占用土地较少的高层、超高层建筑得到了全面推广应用，这就要求要有稳固的地基基础，大体积钢筋砼基础成为基础工程的主要选择。

大体积钢筋砼有着极大的优越性，强度、刚度、稳定性、耐久性都较好，使其在当前的工程中得到了更为广凡的应用。但是，混凝土结构极易产生裂缝，裂缝分为微观裂缝和宏观裂缝，特别是宏观裂缝对砼结构受力极为不利，甚至影响到建筑结构的安全性能。混凝土结构宏观裂缝产生的原因有三种，一种是由外荷载引起的，即常规计算的主要应力引起；二是结构次应力引起的裂缝，这是由于结构的实际工作状态与假设计算模型的差异引起的；三是变形应力引起的裂缝，这是由温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起的结构变形，当变形受到约束便产生应力，当此应力超过混凝土抗拉强度时就产生裂缝。建筑工程中的大体积砼结构所承受的变形，主要是因温差和收缩而产生的。大体积砼结构，由于结构截面大，水泥用量多，水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用，由此形成的温度收缩应力是导致钢筋砼产生裂缝的主要原因，这种裂缝有表面裂缝和贯通裂缝两种。表面裂缝是由于混凝土表面和内部的散热条件不同，温度外低内高，形成了温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，表面的拉应力超过混凝土抗拉强度而引起的。贯通裂缝是由于大体积砼在强度发展到一定程度混凝土逐渐降温，这个降温差引起的变形加上混凝土失水引起的体积收缩变形，受到地基和其他结构边界条件的约束时引起的拉应力，超过混凝土抗拉强度时所可能产生的贯通整个截面的裂缝。这两种裂缝都属于有害裂缝。

相对大体积砼，水泥用量相对较多，水化热大，温升速度也较大，一般可达35～40℃，加上初始温度可使最高温度超过70～80℃，一般混凝土的热膨胀系数为10×10^-6/℃，当温度下降20～25℃时造成的冷缩量为2～2.5×10^-4，而混凝土的极限拉伸量只有1～1.5×10^-4，因而冷缩常引起混凝土开裂。因此，如何掌握并控制好混凝土的内外温度是解决混凝土裂缝的关键工作，显得尤为重要。要控制混凝土裂缝，一般采用以下措施：1、降低水泥水化热和变形；2、降低混凝土温度差；3、加强施工中的温度控制；4、改善约束条件，削减温度应力；5、提高混凝土的极限拉伸强度。因此，对大体积砼进行实时测温，了解掌握混凝土内外部的温度及其变化情况，及时采取措施，预防砼裂缝的产生，有着十分重要的意义。

大体积砼测温仪器设备的现状：大体积砼测温仪器从较早的温度计测试混凝土预留空的不同部位的温度，来推测确定混凝土不同位置和不同部位的温度；但缺点是有一定的时间间隔，温度值的准确性差，不能及时的、真正的反映混凝土内外部的温度值及变化情况。后来人们研究采用热敏电阻片测试混凝土温度，热敏电阻缺点是容易损坏，在温度变化较大时准确性差，还需要人工巡回观察，浪费大量人力。再后来，人们研制了大体积砼电脑测温有线系统，率先应用电脑反映测温数据，保证了数据的及时性及准确有效性，比以前测温有了质的飞跃。但是，由于有从测温现场连到电脑上的电线，线容易碰破损坏，影响了混凝土温度的测定。进而又研制了大体积砼测温红外传输系统，该系统分智能测温记录仪、红外数据采集器、微机红外数据接受分析绘图部分。但是，该系统需要人工定时使用温度采集器采集数据，并及时输入到微机测温系统，智能测温记录仪及温度采集器容量小，须及时输送温度数据，否则，数据会自动流失，而且仪器造价较高，未能推广使用。

上海市住安建设发展总公司及上海大学发明了“大体积砼无线测温及温度预测系统”，它由大体积砼块体，基坑壁，支撑，设置带铜热电阻，下位机的无线数传机，下位机的CPU卡，采样卡，高效电源，蓄电池和下位机天线所组成的下位机和远端的上位电台，上位机组成大体积砼无线测温及温度预测系统。这种测温控制系统功能比较全面，但是仪器设备比较复杂，不便于操作，况且铜热电阻敏感性和耐热稳定性不是很好。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单，便于操作，测温范围广，稳定性好且反应灵敏的大体积砼无线智能测温仪。

本实用新型的主要技术方案是：该大体积砼无线智能测温仪，它由无线数据采集器、和微机数据接收分析仪两部分组成，其特征在于：所述的无线数据采集器由测温记录仪、无线电发射机、及与测温记录仪连接的多条并联的数据采集装置组成，每条数据采集装置由五芯铜线连接温度传感器；所述的微机数据接收分析仪由微机数据分析仪及与微机数据分析仪连接的无线电接收机组成。

所述的测温记录仪包括一测温仪箱体，固定在箱体内的主线路板，液晶显示器、无线电接收模块、外接电源、备用电源、数据采集装置的五芯铜线分别与主线路板连接，无线电发射模块与发射天线连接。主线路板由单片机组成。

为防止探头进水或在砼振捣过程中损坏，在传感器外加强度较高的金属套管，管口处(包括电线出口)用环氧树脂密封。

用户根据砼的厚度可在一个温度记录仪上同时串联1～3个这种传感器，进行灵活安排。当串连3个时，可按上、中、下三个位置分别串接温度传感器。

本实用新型的有益效果是：该无线电测温系统具有多测点、自动实时测温，具有导线用量少，利用了美国达拉斯公司生产的DS18B20型传感器，精度高，抗干扰能力强，测温范围广，稳定性好且反应灵敏。用户通过上位机可以对测温纪录仪的数据进行实时采集，采用了高级C语言微机软件进行数据分析、绘图、报表打印。采集器和记录仪的各种操作，都在其各自的屏幕上进行文字显示。数据的采集和传输全部采用无线电触发方式，结构简单，操作简单。微机软件的数据接收、处理、绘图、生成报表可自动完成。造价低，经济效益较好。为了进一步说明上述效果，下面通过本系统仪器的调试结果和工程试点结果进一步说明。

本系统的调试结果：2004年5月份整个无线电测温系统完成后，对整个系统进行了调试，把测温探头放在50℃左右的水中，测温仪器箱的液晶显示器上显示了探头温度，经过单片机、无线电模块及测温软件程序，温度数据在电脑屏幕上显示，与测温仪液晶显示器上的数据一致。又用普通温度计测试水温，该数值与电脑屏幕上的数据误差在0.1℃～0.2℃，误差控制在0.25℃范围内。

本系统的工程试点结果：

为验证本系统的使用效果，在烟台碧海云天高层住宅基础工程中进行了试点应用，取得了良好的经济技术效果。工程测温过程如下：

a)、大体积砼配制情况

根据大体积砼温度变化对裂缝的影响，为了降低砼的水化热，并且节约水泥，降低工程造价，建议大体积砼配合比中增加粉煤灰用量，降低水泥用量，经与工程项目部、砼搅拌站商议，并经过反复试验后，确定砼配合比为1∶0.59∶2.92∶3.56∶2.6％∶0.11∶0.65(水泥∶粉煤灰∶砂子∶石子∶WDN-7外加剂∶膨胀剂∶水)，其中水泥为三菱牌P.O42.5R，粉煤灰为龙口电厂II级，砂为开发区粗河砂，细度模数3.2，含泥量2.4％，石子为怡和石子厂生产的5-31.5mm碎石，含泥量为0.3％，采用兴宏牌外加剂，三联牌膨胀剂，水为古现井水。砼为C30P6，坍落度为160~180mm。

b)、砼浇注及温度测量情况情况

c)、砼测温效果分析

此次碧海云天高层住宅基础大体积砼测温工作于7月6日开始筹备，进行测温布点位置的确定，探头的固定及布线工作，并把测温仪箱安装到位，对仪器进行浇筑混凝土前的试测工作，确保测温工作的顺利进行。在现场共设置十一个平面测温点，每个平面测温点包括3个传感器探头。并将无线电测温仪放置在现场处，位于十一个测温点的中心，将十一条传感线编号并全部连接在机箱上，呈星型放射状。当测温开始时，探头将温度传输到测温仪，然后测温仪再以无线电传输的方式通过天线将接收模块收到的温度数据信号发射到与电脑连接的接受模块上，电脑中的测温软件将模块接收到的信号重新翻译成温度数据，在电脑上显示并将温度数据写进测温软件数据库，温度数据及温度曲线自动储存。7月9日凌晨开始浇筑混凝土，于10日基础混凝土浇筑完毕，初始阶段混凝土温度变化不大，而后温度开始上升，于11日各探头(传感器)陆续上升至最高温度达到六十多度，此后混凝土温度便开始下降。测温的每个平面点均在竖向设有3个探头，最下方的探头距底面10cm(下探头)，距底面第一个探头上方的45cm处绑定第二个探头(中探头)，在距中探头45cm的上方(即离砼上表面10cm处)设上探头，整个基础底板厚度为1.1m。测温期间，上中探头温差及中下探头温差均在25度以内，未超过25度，偶尔超过20度的位置经采取保温措施，温差值迅速降低，避免了裂缝产生的可能性。基层混凝土温度于16日便降至33度左右，直到22日并没有温度回升现象。在以往工程基础底板大体积砼混凝土内部最高温度一般能达到80度以上，而此次混凝土温度只上升至六十多度便开始下降，主要是其混凝土配合比比较恰当，采取了测温控制措施，取得了较好的经济技术效益和社会效益，在烟台碧海云天小区工程施工中起到了模范带头作用，也是新的科学技术研究成果成功应用一个事例。为大体积砼计算机测温技术的全面推广应用奠定了良好的基础。

以上结果说明，本实用新型可以实现：

(1)测温纪录仪可以单独工作。这样，用户根据需要选用整个系统或仅选用测温记录仪。

(2)安装在现场的智能测温记录仪，直接使用10位数字传感器，DS18B20精度高达0.25℃。用户根据砼的厚度可在一个记录仪上同时串联1～3个这种传感器，进行灵活安排。

(3)记录仪能够实时测量并显示，同时进行定时测量并贮存所测数据。平时只有定时电路工作，其他所有电路都自动关电。

(4)用户通过对测温记录仪的数据进行实时采集，用微机软件进行数据分析、绘图、报表打印。数据采集器和温度记录仪的各种操作，都在其各自的屏幕上进行文字显示。

(5)、数据的采集和传输全部采用无线电触发方式，操作简单。微机软件的数据接收、处理、绘图、生成报表可自动完成。

(6)本系统用无线电传输数据，不再采用数据联线，避免了以往系统中数据线常常被挤断轧断的烦恼，也防止了传输线对电焊、电机火花等的感应引起的干扰造成的数据不准确和数据丢失等诸多问题。工艺上，记录仪采用了壳体保护，防碰、防水；传感器使用防水线和特制外壳，固定于砼中的钢筋骨架上，能确保承受振动棒和急速浇筑的混凝土的冲力。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为本实用新型实施例的整体结构框图；

图2为无线数据采集器线路连接关系图；

图3为温度传感器与单片机的典型连接图一；

图4为温度传感器与单片机的典型连接图二；

图5为测温点平面布置示意图；

图6为测温点立面布置示意图。

图中：1温度传感器，2五芯铜线，3测温记录仪，4无线电发射天线，5无线电接收天线，6微机数据分析仪，7测温点，31主线路板，32无线电发射模块，33外接电源线，34开关，35备用电源，36液晶显示器。

具体实施方式

如图1、图2所示。

该大体积砼无线智能测温仪，它由无线数据采集器、和微机数据接收分析仪两部分组成。

无线数据采集器由测温记录仪3、无线电发射机、及与测温记录仪3连接的多条并联的数据采集装置组成，每条数据采集装置由五芯铜线2按上、中、下三个位置分别并接温度传感器1，温度传感器采用DS18B20。测温记录仪3包括一测温仪箱体，固定在箱体内的主线路板31，液晶显示器36、无线电发射模块32、外接电源线33、备用电源35、数据采集装置的五芯铜线2分别与主线路板31连接，无线电发射模块32与无线电发射天线4连接。开关34用于控制备用电源35。主线路板31由单片机组成。

微机数据接收分析仪由微机数据分析仪6及与微机数据分析仪连接的无线电接收机组成。无线电接收机由无线接收模块和无线电接收天线5组成。

根据测温探头灵敏性及耐久实用性要求，本实用新型采用用美国达拉斯公司生产的DS18b20型温度传感器1作为埋设在砼内部的测温探头，为防止探头进水或在砼振捣过程中损坏，在传感器外加强度较高的金属套管，管口处(包括电线出口)用环氧树脂密封。测温探头通过电线与测温仪箱连接起来，探头测温信号传到测温记录仪3的单片机上，通过单片机程序显示温度数据，显示在测温记录仪3的液晶显示器36上。

液晶显示器36的温度数据通过单片机和无线电发射模块32把数据信号发射到无线电接收模块上，接收模块上的信号传至微机数据分析仪6，通过测温软件程序把温度数据显示在电脑屏幕上，并储存测温数据，显示测温曲线。

整个系统由硬件和软件两部分组成。硬件包括：精密温度传感器DS18B20、测温仪箱体、五芯铜线、天线、单片机、集成块、液晶显示器、电脑、打印机等，上述硬件可以采用现有技术，或者根据设计任务稍加改进。软件：采用了高级汇编语言和高级C语言，设计人员可以根据任务要求进行编制。

本实施例所采用的DS18B20是市场上可购买的DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO-92小体积封装形式；温度测量范围为-55℃～+125℃，可编程为9位～12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625℃，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。

DS18B20与单片机的典型接口设计。

图3、图4以MCS-51系列单片机为例，画出了DS18B20与微处理器的典型连接。图3中DS18B20采用寄生电源方式，其VDD和GND端均接地，图4中DS18B20采用外接电源方式，其VDD端用3V～5.5V备用电源(即寄生电源)供电。DS18B20与单片机的典型连接图：寄生电源工作方式，见图3；外接电源工作方式，见图4。

碧海云天高层住宅基础大体积砼测温总体施工方案：

(1)、施工步骤

温度测试应配合项目部砼浇筑施工进度计划，根据浇注施工段进行作业。

(2)、施工目的

本工程基础为筏板基础，底板厚度为1100mm，基础梁宽1200mm，基础梁高1800mm，基础为大体积砼，根据大体积砼结构的施工经验，为防止温度裂缝，砼表面采取保温措施，使砼内外温差控制在25℃以内。

(3)、施工方法

a、测温布点方案：本工程全面采用两侧对称布点方式，布点间距约为13m，共设十一个点，各点相互结合补充校核。测温点平面布置示意图(m)见图5，其中，整个工程基础东西长约85米，南北长约20米。测温点立面布置示意图(cm)见图6，将三个探头固定在一根足够长的辅助钢筋上，探头间距及与上下两表面间的距离。

b、固定传感器：先将测温传感器的线及探头在一根辅助支撑钢筋上，最下面的探头距地面10cm，三个探头分别相距45cm，最上面的探头距基层混凝土表面10cm.。然后将绑有探头的钢筋固定在基层钢筋骨架上，辅助钢筋一定要牢固不宜变形，固定的平面及立面位置要准确。

c、记录仪防护：测温记录仪放置在工地现场制作的铁箱中，将铁箱固定在专用钢筋保护架内，禁止非操作人员动箱体，并严格按照说明书操作。

d、测温时间间隔：设置测温记录仪的自动测温采集时间间隔开始为15分钟，当温度不再升高时，将采集时间间隔设为60分钟，让记录仪自动定时工作，确保数据的连续性。设置测温记录仪的预警值为25℃。当温差大于等于预警值时，要及时提醒施工人员及早采取有效措施。

e、测温周期：预定为11-16天，根据实际情况，到温差曲线平稳下降为止。

f、数据采集：通过无线电将现场测温记录仪所存的数据读到采集器中。

g、数据分析处理：将无线电数据采集器内的数据输入微机，通过测温软件程序对数据进行处理，打印出数据表格、实时温度曲线等。

(4)施工顺序

按照施工段的划分，根据砼的厚度不同，按分区分阶段浇筑，先埋设首先浇注砼的测温线路，依次类推。总体施工流程如下：施工准备→施工现场放线→做钢筋骨架→绑扎固定传感器及线路→安装测温记录仪→布置测温线路→试测记录仪运行情况→对测温过程进行检查→采集温度数据→根据温度数据及报警情况及时采取措施(控制温差不要超过25℃)→收集全部测温记录→输入到计算机→通过测温软件程序打印出数据表格、温度曲线及温差曲线。

注意事项：

1)测温传感器探头要密封，否则容易进水造成短路；

2)通信电线要保护好，保证通信正常。通信电线碰断要及时接通，用普通电线连接法即可，要保证内部细线不接触而造成短路；

3)测温仪要保护好，不能受到剧烈震动、重物撞击，测温仪内不能进水。机箱内部的电线不能接反造成短路并且箱内电压不能超过15V；

4)发射及接收天线要保护好，避免碰断损坏；

5)测温软件工作过程中不能更改计算机的时间；

6)非测温工作人员禁止操作电脑测温软件及测温仪。

Claims (4)

1、大体积砼无线智能测温仪，它由无线数据采集器、和微机数据接收分析仪两部分组成，其特征在于：所述的无线数据采集器由测温记录仪、无线电发射机、及与测温记录仪连接的多条并联的数据采集装置组成，每条数据采集装置由五芯铜线连接温度传感器；所述的微机数据接收分析仪由微机数据分析仪及与微机数据分析仪连接的无线电接收机组成。

2、根据权利要求1所述的大体积砼无线智能测温仪，其特征在于：所述的测温记录仪包括一测温仪器箱体，固定在箱体内的主线路板，液晶显示器、无线电接收模块、外接电源、备用电源、数据采集装置的五芯铜线分别与主线路板连接，无线电发射模块与发射天线连接；主线路板由单片机组成。

3、根据权利要求1或2所述的大体积砼无线智能测温仪，其特征在于：所述的温度传感器外加金属套管，五芯铜线出口及管口处用环氧树脂密封。

4、根据权利要求3所述的大体积砼无线智能测温仪，其特征在于：每条数据采集装置由五芯铜线按上、中、下三个位置分别串接温度传感器。

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