CZ307020B6 - Způsob měření délkových změn stavebních materiálů v modelových extrémních podmínkách a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Vynález se týká způsobu měření délkových změn stavebních materiálů, při kterém se vzorky stavebních materiálů suší minimálně sedm dní při teplotě 100 až 115 °C a po vychladnutí na 18 až 24 °C se umístí do prostoru s nulovou vlhkostí a konstantní teplotou. Zde se ponechají, dokud se teplota vzorků ustálí s teplotou v prostoru a poté se bezkontaktně opticky změří jejich délkové rozměry. Poté se opakovaně zvýší vlhkost vzduchu o 5 až 20 % a pravidelně se bezkontaktně opticky měří jejich délkové rozměry v intervalu minimálně jeden den až do ustálení jejich délky, až do dosažení vlhkosti vzduchu v klimatické komoře 95 %. Dále se týká zařízení k provádění tohoto způsobu, které obsahuje klimatickou komoru ve které je umístěna základní deska (31) se zaváděcím rastrem (29) pro vzorky stavebních materiálů, nad kterými je mostová konstrukce (1). Najejím příčníku (19) je umístěn vozík (23) k němuž je připevněna snímací hlava (24) s laserovým snímačem

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu měření délkových změn stavebních materiálů v modelových extrémních podmínkách a zařízení k provádění tohoto způsobu, umožňujícího automatické hromadné zaznamenávání délkových změn stavebních materiálů při měnící se objemové vlhkosti zkoumaných stavebních materiálů.

Dosavadní stav techniky

Zařízení pro měření délkových změn jsou obecně známy. Jejich nevýhodu je, že jde vždy o měření pouze jednoho vzorku a je nutné při velké množině měřených vzorků s každým měřeným vzorkem manipulovat, tj. znovu jej při každém měření vyndat z klimatické komory a umísťovat do měřicí linky, která je alokovaná ex-situ. Tím se výrazně zvyšuje nepřesnost měření. Současné metody měření jsou založeny na dilatometrickém měření, kdy je potřeba měřený vzorek vložit do aparatury. Jejich podstatou je tedy kontaktní měření, kdy hrot snímače se opírá přímo o zkušební vzorek nebo o odraznou plošku, kterou je potřeba předem na vzorek nalepit. Je zřejmé, že měření jsou zatížena chybou, která je způsobena nemožností vložit vzorek do aparatury a opření hrotu snímače stejným způsobem při všech měřeních. Tato chyba může u některých materiálů převyšovat délkovou změnu způsobenou podmínkami, např. změnou vlhkosti, ve kterých je vzorek uložen. Odrazná ploška je často ke vzorku přichycena lepidlem, které může být hygroskopické, reaguje na změnu vlhkosti, a tudíž znehodnocuje naměřené výsledky.

Zařízení pro hromadná měření více vzorků jsou známa jako robotické analyzátory, které dokáží obsluhovat i více vzorků automaticky. Nevýhodou robotických analyzátorů pro automatické měření velkého množství vzorků je nemožnost provádět měření přímo v extrémních podmínkách insitu, ale je nutné mít celý robotický analyzátor umístěn při pokojové teplotě a vlhkosti ex-situ. Robotické analyzátory nejsou stavěné pro extrémní podmínky zvýšené relativní vlhkosti okolního prostředí, a proto tento způsob měření není možné aplikovat při změně relativní vlhkosti okolního prostření, tj. mít robotický analyzátor umístěný přímo v extrémních podmínkách in-situ a tudíž zkoumat změnu délky stavebního materiálu bez kontaktu experimentátora se vzorkem.

Obdobná řešení jsou popsána ve spisech US 5446545 A; US 5650852 A; JP H05296726; US 5141318; CZ 21752UV PUV; CZ 305319P.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny způsobem měření délkových změn stavebních materiálů v modelových extrémních podmínkách, podle tohoto vynálezu. Jeho podstatou je to, že vzorky stavebních materiálů se suší minimálně sedm dní při teplotě 100 až 115 °C a po vychladnutí na 18 až 24 °C se umístí do prostoru s nulovou vlhkostí a konstantní teplotou, kde se ponechají, dokud se teplota vzorků ustálí s teplotou v prostoru. Poté se bezkontaktně opticky změří délkové rozměry vzorků. Načež se opakovaně zvýší vlhkost vzduchu o 5 až 20 % a pravidelně se bezkontaktně opticky měří jejich délkové rozměry v minimálně jednou za den, až do ustálení jejich délky, a to až do dosažení vlhkosti vzduchu v klimatické komoře 95 %.

Dalším předmětem vynálezu je zařízení k provádění výše uvedeného způsobu. Jeho podstatou je to, že obsahuje klimatickou komoru, ve které je umístěna základní deska se zaváděcím rastrem pro vzorky stavebních materiálů, nad kterými je mostová konstrukce, na jejímž příčníku je umístěn vozík, k němuž je připevněna snímací hlava s laserovým snímačem. Mostová konstrukce je

- 1 CZ 307020 B6 na jedné straně tvořená dvojicí rovnoběžných kluzných vedení a na druhé straně samostatným kluzným vedením. Dvojice rovnoběžných kluzných vedení je vybavena zařízením pro lineární posuv, tvořeným lineárním trapézovým vedením. Most je spojen s dvojicí rovnoběžných kluzných vedení pomocí příruby a vozíku a se samostatným kluzným vedením pomocí kluzného zámku a distančního bloku. Laserový snímač je propojen s měřicí jednotkou spojenou s vyhodnocovací jednotkou.

Most je s výhodou tvořený dvojicí kluzných vedení a zařízením pro lineární posuv v podobě trapézového šroubu, převodu s ozubeným řemenem, přírubou a krokovým motorem.

Mostová konstrukce je s výhodou opatřena trojicí odlehčených podpor a distančními vložkami, přičemž v trojici odlehčených podpor je horizontální drážka pro zasazení zaváděcího rastru. Klimatická komora je ve výhodném provedení opatřena ventilačním zařízením, teplotním a vlhkostním snímačem, stanicí demineralizované vody a chladicí kapalinou.

Základní deska pro umístění vzorků, která je umístěna pod zaváděcím rastrem mezi odlehčenými podporami podpírajícími kluzná vedení, je s výhodou izolována od mostové konstrukce, a celé zařízení je umístěno přímo v extrémních podmínkách in-situ a veškerá kabeláž je přivedena do zařízení pomocí energetických řetězů. Hromadné měření všech vzorků za extrémních podmínek probíhá automaticky bezkontaktní optickou metodou pomocí laserového snímače.

Zařízení mostového typu umožňuje automatické měření velkého množství vzorků při modelových extrémních podmínkách in-situ. Mostová konstrukce zvyšuje rovinnost obálky trajektorie laserového snímače. To umožňuje snímání povrchu s rozlišením 0,6 pm a maximální rozměrovou úchylkou vzorku 160 ± 2,5 mm. Tato úchylka je definovaná pracovní vzdáleností laserového snímače. Jednotlivé části zařízení jsou konstruovány z materiálů, které jsou odolné vůči zvýšené vlhkosti, a samotné měření probíhá bezkontaktním způsobem pomocí laserového snímače. Celé zařízení je umístěno v klimatické komoře, která předepsaným způsobem mění relativní vlhkost, čímž se mění i objemová vlhkost stavebních materiálů a následně i rozměry vzorků.

Podstatou technického řešení je i kontinuální způsob měření povrchu vzorku a umístění celého zařízení přímo v extrémních podmínkách zvýšené vlhkosti, tj. in-situ. U stávajících zařízení se jedná o měření délkové změny vjednom bodě, zatímco zařízení pro automatické hromadné měření délkových změn stavebních materiálů in-situ při zatížení vlhkostí podle tohoto vynálezu zaznamenává povrch vzorku v několika na sebe kolmých řezech a tím výrazně zvyšuje kvalitu naměřených dat a umožňuje případnou 2D rekonstrukci povrchu testovaných stavebních materiálů. Tento způsob výrazně redukuje náhodné chyby a zrychluje proces identifikace povrchu materiálů. Při kontinuálním měření vzorku v několika na sebe kolmých řezech odpadá nutnost opatřit konce vzorku odraznou ploškou.

Konstrukce zařízení vychází z prvků, které umožňují modulární sestavení testovací soustavy v klimatické testovací komoře a využití v extrémních podmínkách. Další předností je dostatečná tuhost zařízení při minimální hmotnosti. Tohoto výsledku je dosaženo využitím profilovaných hliníkových částí. Další části, které musí být odolné proti oděru, jsou sestaveny z tvrdých hliníkových slitin, např. CERTAL® a chemicko-tepelně povrchově upraveny elektrolytickou oxidací. Využité kluzné vedení je bezúdržbové s velmi nízkým koeficientem tření. Celá sestava je bez svarů z důvodů zamezení vnášení vnitřních pnutí. Jednotlivé části jsou spojeny pomocí šroubů. Všechny části jsou odolné proti vlhkosti a celé zařízení je navrženo s krytím min. IP 65. Testovací prostor základní desky, na kterém jsou umístěny stavební materiály, je fyzicky oddělen od testovacího zařízení. Toto řešení částečně zamezuje přenosu vibrací z krokových motorů, které zajišťují horizontální pohyb laserového snímače, na měřené stavební materiály. Další výhodou je možnost vyjmutí testovacího prostoru základní desky a její výměna za jinou podpůrnou konstrukci, popř. její důkladné vyčistění.

-7CZ 307020 B6

Podpůrnou konstrukci tvoří hliníkové profily, ve kterých je umístěn zaváděcí rastr pro vzorky. Tento rastr nejen vymezuje pozici vzorku, ale i zaručuje souosost kluzných vedení v y směru. Vzorky jsou umístěny na základní desku, která je od systému fyzicky izolována a má vysokou rovinnost. Konstantní počáteční pozici laserového snímače před samotným měřením zaručuje induktanční sensor pro lineární vedení x a y. Zvolená matice je skenována automaticky, bez zásahů operátora. Celý systém je odolný proti vlhkosti díky použití krokových motorů s krytím min. IP65, které jsou z rozměrových a antivibračních důvodů připojeny pomocí pružné svěmé spojky a řemenového převodu 1:1, který je zaveden mezi krokovým motorem a lineárním vedením. Všechna potřebná kabeláž je k zařízení přivedena pomocí energetických řetězů. Měření probíhá kontinuálním pohybem laserového snímače přes každý vzorek ve dvou na sebe kolmých směrech. Hodnoty jsou snímány a ukládány do měřicí jednotky a následně statisticky zpracovány. Ovládání celého snímacího procesu je autonomní a nezávislé na obsluze. Toto řešení snižuje možnost systematické chyby experimentátora.

Objasnění výkresů

Vynález bude podrobněji popsán na konkrétních příkladech provedení s pomocí přiložených výkresů, kde na obr. 1 je uvedeno schéma z pohledu na zařízení z přední strany. Na obr. 2. je uvedeno schéma z pohledu na zařízení ze zadní strany.

Příklady uskutečnění vynálezu

Příkladný způsob měření délkových změn stavebních materiálů v modelových extrémních podmínkách probíhá tak, že vzorky stavebních materiálů se suší minimálně sedm dní při teplotě 105 °C a po vychladnutí na 18 až 24 °C se umístí do prostoru s nulovou vlhkostí a konstantní teplotou, kde se ponechají, dokud se teplota vzorků ustálí s teplotou v prostoru. Poté se bezkontaktně opticky změří jejich délkové rozměry, načež se opakovaně zvýší vlhkost vzduchu o 5 až 20 % a pravidelně se bezkontaktně opticky měří jejich délkové rozměry v intervalu minimálně jeden den až do ustálení jejich délky, až do dosažení vlhkosti vzduchu v klimatické komoře 95 %.

Příkladné zařízení k provádění uvedeného způsobu obsahuje klimatickou komoru, ve které je umístěna základní deska 31 se zaváděcím rastrem 29 pro vzorky stavebních materiálů, nad kterými je mostová konstrukce 1, na jejímž příčníku 19 je umístěn vozík 23, k němuž je připevněna snímací hlava 24 s laserovým snímačem 25. Mostová konstrukce Ije tvořená dvojicí rovnoběžných kluzných vedení 8 a samostatným kluzným vedením 9, kde dvojice rovnoběžných kluzných vedení 8 je vybavena zařízením pro lineární posuv, tvořeným lineárním trapézovým vedením 10. Most je spojen s dvojicí rovnoběžných kluzných vedení 8 pomocí příruby 15. a vozíku 16 a se samostatným kluzným vedením 9 na druhé straně pomocí kluzného zámku L7 a distančního bloku 18. Laserový snímač 25 je propojen s měřicí jednotkou spojenou s vyhodnocovací jednotkou. Most je dále tvořený dvojicí kluzných vedení 19 a zařízením pro lineární posuv v podobě trapézového šroubu 20, převodu s ozubeným řemenem 21, příruby 15. a krokového motoru 22. Mostová konstrukce Ije opatřena trojicí odlehčených podpor 2, 3, 4 a distančními vložkami 5, 6, 7, přičemž v trojici odlehčených podpor 2, 3, 4 je horizontální drážka 30 pro zasazení zaváděcího rastru 29. Klimatická komora je opatřena ventilačním zařízením, teplotním a vlhkostním snímačem, stanicí demineralizované vody a chladicí kapalinou. Základní deska 31 pro umístění vzorků, která je umístěna pod zaváděcím rastrem 29 mezi odlehčenými podporami 2, 3, 4 podpírajícími kluzná vedení 8, 9, je izolována od mostové konstrukce 1, a celé zařízení je umístěno přímo v extrémních podmínkách in-situ a veškerá kabeláž je přivedena do zařízení pomocí energetických řetězů 27, 28, a že hromadné měření všech vzorků za extrémních podmínek probíhá automaticky bezkontaktní optickou metodou pomocí laserového snímače 25. Počáteční poloha mostu je zaručena pomocí induktančního čidla 26. Měřené vzorky se zavádějí do zařízení přes zaváděcí rastr 29, který je upevněn v drážce 30 odlehčených podpor 2, 3, 4. Tyto vzorky stojí na základní desce

-3 CZ 307020 B6

31, která vykazuje vysokou rovinnost a je od zbytku zařízení fyzicky oddělena, z důvodů eliminace přenosu vibrací.

Zařízení pracuje s velmi vysokou přesností měření délkové změna až 0,6 pm, které je možná pouze při umístění zařízení a vzorků přímo v klimatické komoře a kdy veškerá obsluha zařízení probíhá mimo klimatickou komoru a je takto vyloučen zásah operátora se vzorky, které jsou umístěny pod mostovou konstrukcí zařízení. Zařízení se provozuje při konstantní teplotě, která musí být neměnná po celou dobu měření a může být od 0 °C až do 40 °C.

Postup měření délkových změn stavebních vzorků pří modelových extrémních podmínek se provede tak, že se vzorky stavebních materiálů vysuší při 105 °C po dobu min. jednoho týdne a po vychladnutí na teplotu 21 °C se vloží do zařízení pro automatické hromadné měření délkových změn stavebních materiálů v modelových extrémních podmínkách, které je umístěno přímo v klimatické komoře. Klimatická komora je opatřena ventilační zařízením, teplotním a vlhkostním snímačem, stanicí demineralizované vody a chladicí kapalinou, zajišťující konstantní teplotu a požadovanou vlhkost. Vzorky jsou po vysušení a ustálení teploty uzavřeny spolu se zařízením pro automatické hromadné měření délkových změn stavebních materiálů v klimatické komoře a je zahájeno první měření. Po prvním měření je navýšena vlhkost vzduchu v klimatické komoře o 5 až 20 % a v pravidelných intervalech je měřena délková změna stavebních materiálů až do ustálení délky. Poté je krokově opět navýšena vlhkost okolního vzduchu o 5 až 20 % a opět je v pravidelných intervalech min. 1 dne měřena délková změna až do ustálení. Tento postup se opakuje až do dosažení maximální možné hranice relativní vzdušné vlhkosti, kterou je klimatická komora schopna dosáhnou, což je 95 %.

Průmyslová využitelnost

Způsob měření délkových změn stavebních materiálů v modelových extrémních podmínkách a zařízení k provádění tohoto způsobu najde uplatnění především ve sférách zkušebnictví, kdy je nutné analyzovat a kvantifikovat vliv vlhkosti na objemovou stálost stavebních materiálů a kdy je nutné stanovit koeficient vlhkostní délkové roztažnosti konkrétních stavebních materiálů.

Claims (6)

1. Způsob měření délkových změn stavebních materiálů v modelových extrémních podmínkách, vyznačující se tím, že vzorky stavebních materiálů se suší minimálně sedm dní při teplotě 100 až 115 °C a po vychladnutí na 18 až 24 °C se umístí do prostoru s nulovou vlhkostí a konstantní teplotou, kde se ponechají dokud se teplota vzorků ustálí s teplotou v prostoru a poté se bezkontaktně opticky změří jejich délkové rozměry, poté se opakovaně zvýší vlhkost vzduchu o 5 až 20 % a pravidelně se bezkontaktně opticky měří jejich délkové rozměry minimálně jeden den až do ustálení jejich délky, a to až do dosažení vlhkosti vzduchu v klimatické komory 95 %.

2. Zařízení k provádění způsobu podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje klimatickou komoru ve které je umístěna základní deska (31) se zaváděcím rastrem (29) pro vzorky stavebních materiálů, nad kterými je mostová konstrukce (1), na jejímž příčníku (19) je umístěn vozík (23), k němuž je připevněna snímací hlava (24) s laserovým snímačem (25), přičemž mostová konstrukce (1) je tvořená dvojicí rovnoběžných kluzných vedení (8) a samostatným kluzným vedením (9), kde dvojice rovnoběžných kluzných vedení (8) je vybavena zařízením pro lineární posuv, tvořeným lineárním trapézovým vedením (10), a most je spojen s dvojicí rovnoběžných kluzných vedení (8) pomocí příruby (15) a vozíku (16) a se samostatným kluzným

-4CZ 307020 B6 vedením (9) na druhé straně pomocí kluzného zámku (17) a distančního bloku (18), přičemž laserový snímač (25) je propojen s měřicí jednotkou spojenou s vyhodnocovací jednotkou.

3. Zařízení podle nároku 2, vyznačující se tím, že most je tvořený dvojicí kluzných vedení (19) a zařízením pro lineární posuv v podobě trapézového šroubu (20), převodem s ozubeným řemenem (21), přírubou (15) a krokovým motorem (22).

4. Zařízení podle nároků 2 a 3, vyznačující se tím, že mostová konstrukce (1) je opatřena trojicí odlehčených podpor (2, 3, 4) a distančními vložkami (5, 6, 7), přičemž v trojici odlehčených podpor (2, 3, 4) je horizontální drážka (30) pro zasazení zaváděcího rastru (29).

5. Zařízení podle nároků 2až4, vyznačující se tím, že klimatická komora je opatřena ventilačním zařízením, teplotním a vlhkostním snímačem, stanicí demineralizované vody a chladicí kapalinou.

6. Zařízení podle nároků 2 až 5, vyznačující se tím, že základní deska (31) pro umístění vzorků, která je umístěna pod zaváděcím rastrem (29) mezi odlehčenými podporami (2, 3, 4) podpírajícími kluzná vedení (8,9), je izolována od mostové konstrukce (1), a celé zařízení je umístěno přímo v podmínkách klimatické komory a veškerá kabeláž je přivedena do zařízení pomocí energetických řetězů (27, 28), přičemž měřicí zařízení obsahuje bezkontaktní laserový snímač (25).