KR20200038484A - 그레이 워터 측정 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 콘크리트 믹서 드럼의 내측에 부착된 센서를 사용하여 회전 콘크리트 믹서 드럼 믹서 트럭에 있는 그레이 워터 함량을 측정하고 모니터링하는 방법 및 시스템을 개시한다. 배칭 공정이 발생하기 전에 그레이 워터 함량을 측정함으로써, 배칭된 물(및 시멘트의 함량 및 혼합물의 형태 및 함량)은 강도 및 유동학적 측면에서 배칭 로드의 기대 성능을 유지하기 위해 변경될 수 있으며, 또는 더욱 간단하게, 그레이 워터의 일부 또는 전부가 배칭 공정 전에 콘크리트 믹서 드럼으로부터 배출될 수 있다.

Description

그레이 워터 측정
본 명세서에 개시된 실시 예들은 회전하는 믹서 드럼에 있어서의 그레이 워터의 측정에 관한 것으로, 보다 구체적으로 설명하면, 콘크리트 믹서 드럼 믹서 트럭에 잔류하는 그레이 워터를 자동으로 석명하고 배칭 공정을 조정하여 후속 배칭처리된 콘크리트의 로드에 대해 적절한 수분 함량을 제공하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
수분 함량, 보다 구체적으로, 물-시멘트 비(w/cm)는 콘크리트 및 기타 시멘트성 재료의 강도 개선에 중요한 요소이다[예를 들어, "아브람의 법칙(Abrahms' Law) 의 일반화 - 시멘트 특성으로부터 콘크리트의 강도 개선 예측", Popovics, S., in ACI Materials Journal, v. 78, 123-129, 1981 참조].
일반적으로, 강도는 w/cm의 제곱근에 따라 감소한다. 물의 공급원은 배칭 공정 동안 의도적으로 배칭 처리된 물과 거친 골재, 미세 골재, 시멘트 및 기타 시멘트질 재료(예를 들어, 플라이 애시, 슬래그) 및 화학적 혼합물을 포함한다. 또한, 물은 골재들의 표면과 구멍들에서 많은 비율을 차지하며 전체 수분 함량에 크게 기여할 수 있다.
더욱이, 물은 "슬럼프 랙"에서 콘크리트 믹서 트럭 운전자에 의해 첨가될 수 있으며 상기 슬럼프 랙은 믹서 트럭이 세척되고 콘크리트 믹서 트럭 운전자에 의해 슬럼프가 물로 조정될 수 있는 콘크리트 제조 공장의 영역이다.
이와 유사하게, 작업장에서, 계약자는 운전자에게 물을 첨가하도록 지시할 수 있다. 현재, 물 또는 혼합물로 슬럼프를 조정하는 것은 물론, 제조 및 배송 사이클 동안 첨가된 모든 물을 기록하는 자동화된 슬럼프 모니터링 및 관리 시스템이 존재한다(예를 들어, 미국 특허 번호 제8,118,473호 참조).
이들 시스템은 제조 공정에서 인적 요소를 최소화하고 또한 모든 물 공급원들에 대해 적절하게 문서화하도록 한다.
그러나, 실제적인 방식으로는 아직 정량화할 수 없는 다른 물 공급원은 콘크리트 믹서 드럼으로부터 콘크리트의 이전 로드를 세척하고 남은 물(물은 여전히 시멘트 페이스트를 포함하고 있는 상태의 회색임) 또는 그레이 워터를 남기는 믹서 트럭 운전자로부터 비롯되며, 자동화된 슬럼프 모니터링 및 관리 시스템을 회피하여 드럼에 남아있게 된다.
이 여분의 물은 보다 높은 슬럼프를 제공하지만(또한 계약자가 선호하는 대로 보다 쉬운 배치를 제공하지만) 물 함량이 적절히 석명되지 않을 경우 강도가 저하하게 된다.
물 또는 수분 측정기는 물의 존재 또는 주어진 물질의 실제 물 함량을 결정할 수 있는 측정 장치이다.
제1 형태와 관련하여, 예를 들어, 온수기와 같은 기구 주변에서 누수가 검출되면 주택 소유자에게 경보를 보낼 수 있는 계기가 있다(예를 들어, 미국 특허 번호 제8,922,379호 참조).
제2 형태의 경우, 예를 들어, 골재 샘플의 수분 함량을 측정할 수 있는 골재 수분 측정기가 존재한다. 어느 형태의 물 측정기는 전기 저항 측정(예를 들어, 미국 특허 번호 제4,780,665호 참조), 마이크로파 측정(예를 들어, 미국 특허 번호 제4,104,584호 참조), 핵 공명 측정(예를 들어, US 2,999,381) 및 적외선 측정(예를 들어, 미국 특허 번호 제8,727,608호 참조)와 같은 여러 다른 형태의 기술들을 채용할 수 있다(그러나, 이들에 한정되지 않는다).
베르만(Berman)(Sensocrete Inc./GCP Applied Technologies)의 미국 특허 번호 제8,858,061호 및 제9,625,891호에 있어서, 콘크리트 믹서 드럼의 내측으로 연장되는 센서에 수분 측정기가 장착될 수 있는 것을 개시한다(컬럼 3, 라인 35 참조).
상기 측정기는 드럼에 포함된 콘크리트의 수분 함량을 측정하는 데 사용되지만 배칭 공정 전에 드럼에 남아있는 물을 측정하는 것은 언급하지 않는다. 수분 함량 측정기로서는 보정 곡선(calibration curve)에 기초하여 콘크리트의 물 함량을 측정한다. 이것은 물 대 시멘트 비율에 관련될 수 있다. 만약 변경없이 사용될 경우, 수분 측정기는 드럼에 남아있는 물의 양을 결정하지 않고, 단순히 물의 수분을 측정하게 되며, 이는 100% 부근으로 판독한다.
또한, 미국 특허 번호 제8,858,061호 및 제9,625,891호는 모두 트럭 각도 및 데이터 수집 속도의 영향에 대해 개시하고 있지 않으며; 이들 특허 모두 정확하고 의미있는 그레이 워터 측정을 달성하기 위해 필요하다.
따라서, 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들의 목적은 믹서 드럼에서의 그레이 워터의 양을 측정하고 후속 배칭 공정(batching process)들을 조정하여 배칭 처리된 콘크리트 로드에 대해 적절한 물 함량을 제공하는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 믹서 드럼에 그레이 워터가 존재하는지를 측정하는 방법을 제공하는 것이며, 만약 존재한다면, 다음의 배칭이 드럼에 로딩되기 전에 그레이 워터가 제거될 수 있도록 작업자에게 경고한다.
종래 기술 접근법의 단점을 극복함에 있어서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 콘크리트 믹서 트럭에서 그레이 워터 함량을 측정 및/또는 모니터링하는 신규한 방법을 제공한다.
하나 이상의 이전 배칭 공정들로부터 남겨진 믹서 드럼에 잔류하는 그레이 워터 함량을 측정함으로써, 다음의 배칭 공정이 이루어지기 전에, 다음의 배칭 공정(및/또는 시멘트 함량 및/또는 혼합물 형태 및 함량)을 위한 배치 처리된 물은, 강도 및 유동학적(rheology) 모두의 관점에서 배칭 로드의 기대 성능을 유지하기 위해 변경될 수 있거나, 또는 보다 단순하게, 믹서 드럼에 존재하는 것으로 판단된 그레이 워터는 다음 배칭 공정이 발생하기 전에 콘크리트 믹서 드럼으로부터 배출될 수 있다.
다르게 말하면, 다음의 콘크리트 배칭의 다양한 성분 중 하나 이상의 함량은 혼합 드럼에 존재하는 결정된 양의 그레이 워터에 기초하여, 예를 들어 적은 물을 첨가하거나 시멘트를 더 첨가함으로써 변경될 수 있다.
현재, 주어진 콘크리트 로드에 대한 수분 함량은 접촉기에 대해 기록될 수 있으며, 배칭 공정 동안 첨가된 물(골재 내에 함유된 물 포함) 및 종종 배송 또는 배출 현장에서 첨가된 물을 포함한다.
전형적으로, 슬럼프 랙에서 첨가된 물은 문서화되지 않는다. 비록 미국 특허 번호 제9,466,203호는 비문서화된 물이 언제 첨가되는지를 결정하는 프로세스를 개시하지만, 콘크리트 로드를 방출한 후에 드럼에 남아 있는 물은 현재 설명되지 않은 채로 있다.
베르만(Sensocrete Inc./GCP Applied Technologies)의 미국 특허 번호 제8,858,061호 및 제9,625,891호에 있어서는, 콘크리트 믹서 드럼의 내측에 부착된 프로브는 수분 측정기를 포함할 수 있고(컬럼 3, 라인 35 참조), 또한 콘크리트의 수분 함량을 측정하기 위한 수단으로서 전기 저항률을 이용하는 것을 개시하고 있다. 따라서, 상기 수분 측정기는 콘크리트 믹서 드럼이 콘크리트를 내장할 때 사용되는 것을 개시하고 있으며; 배칭 공정 전에 드럼에 남아 있는 물이 존재하는 경우와 같은 상황에 대해서는 전혀 언급하고 있지 않다.
또한, 상기 베르만(Sensocrete Inc./GCP Applied Technologies)의 미국 특허 번호 제8,858,061호에 있어서는, 콘크리트 믹서 드럼의 내측에 부착된 프로브는, 이 프로부가 콘크리트 내에 침지되거나 또는 침지되지 않게 될 때 프로브에 대해 가해지는 변화들에 기초하여 프로브가 콘크리트에 침지된 시간을 측정함으로써 콘크리트의 부피를 추정할 수 있다고 기술하고 있습니다.
또한, 보프르(Beaupre)의 미국 특허 번호 제9,199,391호 역시 콘크리트로의 프로브 진입 및 콘크리트 밖으로 프로브를 나가는 동안 드럼 위치들에 기초하여 콘크리트 부피를 결정하기 위해 힘 프로브(force probe)를 사용하는 방법을 기술하고 있습니다(컬럼 5, 라인 53 참조).
그러나, 이와 달리, 물의 점도가 콘크리트보다 엄청나게 적고 임의의 힘 프로브에 대해 힘의 실질적인 변화를 부여하지 않기 때문에, 동일한 장치가 물의 존재(특히 소량, 예를 들어 5 갤런)를 결정하기에 충분히 민감하지 않다.
예를 들어, 콘크리트의 점도는 전형적으로 10 내지 100 Pa-s의 범위에 있는 반면, 물의 점도는 약 0.001 Pa-s이며, 이는 4-5 자릿수로 엄청나게 적다.
어떤 실시 예에 따르면, 콘크리트 믹서 드럼 내측에 위치한 물 측정기와 같은 하나 이상의 센서들을 사용하여 콘크리트 믹서 트럭에서 그레이 워터의 양을 자동으로 검출하고 측정하는 방법 및 시스템이 제공된다.
일부 실시 예에서, 콘크리트 믹서 드럼의 내측에 부착된 하나 이상의 센서가 사용된다.
물 측정기와 같은 센서 또는 센서들은, 전기 저항을 측정하고(예를 들어, 미국 특허 번호 제4,780,665호 참조), 커패시턴스를 측정하고(예를 들어 미국 특허 번호 제4,438,480호 참조), 마이크로파를 측정하고(예를 들어, 미국 특허 번호 제4,104,584호 참조), 핵 공명을 측정하고(예를 들어, 미국 특허 번호 제2,999,381 호참조), 적외선을 측정하고(예를 들어, 미국 특허 번호 제8,727,608호 참조), 음파를 측정하고(예를 들어, 미국 특허 번호 제7,033,321호 참조), 광 산란을 측정하고(예를 들어, 미국 특허 번호 제4,263,511호 참조), 또는 특히 혼탁도 측정을 위해 광 산란을 측정하는 것(예를 들어, 미국 특허 번호 제2,324,304호 참조)과 같은 하나 이상의 다른 기술을 사용할 수 있다(이들 기술에 한정되지는 않는다).
어떤 실시 예에서, 콘크리트 드럼이 회전함에 따라, 드럼 내측에 고정될 수있는 센서 또는 센서들은 그레이 워터 안팎으로(각각 진입 및 배출 이벤트로 지칭 됨) 회전한다.
센서(들)가 그레이 워터와 접촉하는 시간의 비율(fraction) 또는 용기 회전의 비율(침지 분율이라고 지칭함), 또는 센서(들)가 그레이 워터와 접촉하지 않는 시간의 비율 또는 용기 회전의 비율(역 분율이라고 지칭함), 또는 이들 모두를 추적함으로써, 용기 내의 그레이 워터의 부피(예를 들어, 드럼 부피)가 결정될 수 있다.
예를 들어, 일부 실시 예들에 있어서, 그레이 워터의 부피에 대한 침지 분율(또는 역 분율)에 관한 보정 곡선이 사용될 수있다.
이 보정 곡선(calibration curve)은 드럼의 기하학적 형상로부터 도출되거나 경험적 테스트를 기반으로 생성될 수 있다.
어떤 실시 예에서, 충분한 정확도를 달성하기 위해, 데이터 샘플링 레이트 및 트럭 각도 모두 고려될 수 있다. 이 정보를 사용하여, 믹서 드럼에 로딩될 다음 배칭 공정의 설계된 물 함량이, 원하는 유동학적 측면 및 강도 개선을 유지하기 위해 수분 함량, 시멘트 함량 및/또는 혼합물 함량의 관점에서 조정될 수 있다.
대안적으로, 그레이 워터의 존재의 검출에 응답하여, 그레이 워터는 콘크리트 믹서 드럼으로부터 배출될 수 있기 때문에 믹서 드럼에 로딩될 다음 배칭의 특성에 영향을 미치지 않거나 또는 전체 그레이 워터 미만이 배출될 수 있고 나머지는 믹서 드럼에 적재된 다음 배칭에서 사용될 수 있다.
어떤 실시 예에서, 콘크리트와 같은 물질의 정확한 물질 배칭을 허용하거나, 작업자에게 물의 존재를 경고할 수 있도록 하거나, 또는 작업자가 다음 배칭의 로딩에 앞서 용기로부터 물의 일부 또는 전부를 배출하는 것을 촉진할 수 있도록, 믹서 드럼과 같은 용기의 물 함량을 결정하기 위한 방법 및 시스템이 제공된다.
어떤 실시 예에서, 상기 방법은, 내측 및 회전의 축을 갖는 콘크리트 믹서 드럼을 제공하는 단계;
예를 들어, 믹서 믹서 드럼의 회전 동안, 드럼의 내측 벽 또는 드럼의 해치와 같은 믹서 드럼의 내측 부피의 위치에 장착된 하나 이상의 센서를 제공하는 단계로, 상기 센서 또는 센서들은 드럼 내측에서 물에 침지된 상태 및 침지되지 않은 상태 모두를 개별적으로 달성하고 각각의 상태를 나타내는 신호를 생성하는 단계;
상기 센서 또는 센서들이 상기 내측의 임의의 물에 침지된 상태 및 침지되지 않은 상태 둘 다를 달성하도록 콘크리트 믹서 드럼을 회전시키는 단계;
콘크리트 믹서 드럼의 회전 축과 수평 사이의 각도를 결정하는 단계;
상기 센서 또는 센서들이 침지된 상태(또는 침지되지 않은 상태)를 달성하고 믹서 드럼에서 물의 존재 (또는 물의 부재)를 검출하는 회전의 비율을 결정하는 단계;
상기 센서 또는 센서들이 용기 내의 물의 부피에 대해 물의 존재를 검출한 믹서 드럼에 유사하거나 동일한 구성의 용기의 완전 회전 분율을 상관시키는 데이터를 제공하는 단계;
상기 센서가 상기 데이터에 의해 결정된 물의 존재, 및 상기 콘크리트 믹서 드럼의 회전 축과 수평 사이의 각도를 검출하는 전체 회전의 비율을 비교함으로써 상기 믹서 드럼의 물 함량을 결정하는 단계;
측정된 그레이 워터 함량이 미리 규정된 한계치보다 크다는 경고를 생성하고, 결정된 수분 함량을 석명하기 위해 다음의 배칭 공정을 조정하거나, 또는 다음의 배칭 공정 전에 드럼으로부터 물을 배출하여 믹싱 드럼에서의 물이 다음 배칭을 방해하지 않도록 하는 단계를 포함한다.
어떤 실시 예에서, 믹서 드럼 내로의 새로운 콘크리트 로드의 정확한 배칭을 제공하기 위해 상기 믹서 드럼으로부터 배출된 이전의 콘크리트 로드로부터 믹서 드럼에 남아있는 그레이 워터 함량을 결정하기 위한 방법이 제공된다.
상기 방법은,
(A) 내측 부피 및 회전 축을 갖는 콘크리트 믹서 드럼을 제공하는 단계;
(B) 상기 믹서 드럼의 회전 동안, 상기 센서가 상기 내측의 임의의 물에 침지된 상태 및 침지되지 않은 상태 모두 개별적으로 달성하고 상기 상태의 각각을 나타내는 신호를 생성하도록, 상기 믹서 드럼의 상기 내측 부피의 위치에 장착된 적어도 하나의 센서를 제공하는 단계;
(C) 상기 센서가 상기 내측의 임의의 물에 침지된 상태 및 침지되지 않은 상태 모두를 개별적으로 달성하도록 콘크리트 믹서 드럼을 회전시키는 단계;
(D) 상기 콘크리트 믹서 드럼의 회전 축과 수평 사이의 각도를 결정하는 단계;
(E) 상기 단계 (C)의 회전에 기초하여 센서가 달성하는 침지 분율 또는 역 분율을 결정하는 단계;
(F) 상기 침지 분율 또는 역 분율을 상기 믹서 드럼과 실질적으로 기하학적으로 유사한 용기 내의 물의 대응하는 부피에 상관시키는 데이터를 제공하는 단계;
(G) 상기 단계 (E)에서 결정된 침지 분율을 상기 단계 (F)의 데이터와 비교하고, 콘크리트 믹서 드럼의 회전 축과 상기 단계 (D)에서 결정된 수평 사이의 각도를 비교함으로써 상기 믹서 드럼의 그레이 워터 함량을 결정하는 단계; 및
(H); 검출된 그레이 워터 함량이 미리 규정된 한계보다 큰 경우 경보를 생성하고, 상기 단계 (G)에서 결정된 그레이 워터 함량에 기초하여, 상기 새로운 콘크리트 로드에서 물의 백분율을 변경하고, 상기 단계 (G)에서 결정된 그레이 워터 함량에 기초하여 상기 믹서 드럼으로부터의 그레이 워터의 적어도 일부를 배출하는 단계 또는 이들의 조합을 포함한다.
어떤 실시 예에서, 상기 방법들 및 본 발명의 명세서에 기재된 다른 방법들에서, 그레이 워터는 바람직하게는 1.61 미만, 보다 바람직하게는 1.36 미만, 및 가장 바람직하게는 1.2 미만의 특정 중력을 갖는다. 이것은 대략 각각 2.5, 5 및 10의 물 대 시멘트질 비율에 해당한다.
이에 따라, 그레이 워터는 바람직하게는 2.5 초과, 보다 바람직하게는 5 초과, 가장 바람직하게는 10 초과의 물 대 시멘트 비율을 갖는 것으로도 언급될 수 있다.
이들 기준 중 임의의 기준을 만족하는 그레이 워터는, 0.001-1.00 Pa-s; 보다 바람직하게는 0.001-0.100 Pa-s 범위의 점도를 가진다.
어떤 실시 예에서, 상기 방법들 및 본 명세서에 개시된 다른 방법들에 있어서, 센서 또는 센서들은 광 산란 센서, 음향 센서, 적외선 센서, 마이크로파 센서 또는 이들의 혼합으로부터 선택된다.
예를 들어, 하나 이상의 센서가 사용되는 경우, 센서들은 전기 저항 센서, 전기 커패시턴스 센서, 음향 센서, 마이크로파 센서, 핵 공명 센서 또는 광 센서의 임의의 조합일 수 있다.
어떤 실시 예에서, 전술한 방법들 및 본 명세서에 개시된 다른 방법들에 있어서, 드럼의 3축 가속도계는 드럼의 그레이 워터 계산에서 드럼의 경사각을 고려하기 위해 제공된다.
어떤 실시 예에서, 침지 분율(또는 역 침지 분율)은, 가속도계와 같은 위치 결정 장치를 사용하고, 센서가 침지되는 (또는 침지되지 않는) 드럼 회전의 분율을 계산하여 결정될 수 있다.
어떤 실시 예에서, 침지 분율(또는 역 분율)은, 전체 드럼 회전에 대한 시간의 양에 관해 센서가 침지되는 (또는 침지되지 않는) 시간의 양을 결정함으로써, 클록과 같은 시간 결정 장치를 사용하여 결정될 수 있다.
예를 들어, 상기 센서가 그레이 워터에 진입할 때 제1 타임 스탬프가 기록 될 수 있고, 또한 상기 센서가 그레이 워터를 나갈 때 제2 타임 스탬프가 기록될 수 있다.
전체 드럼 회전의 시간에 대한 이들 두 개의 타임 스탬프들 사이의 차를 관련시킴으로써 침지 분율이 계산될 수 있다.
센서 및/또는 프로세서와 통신하는 클록과 같은 이들 각종 시간들을 결정하기 위해 클록 또는 다른 타이밍 메커니즘이 사용될 수 있다.
어떤 실시 예에서, 제1 시멘트 로드가 용기로부터 배출된 후 내측 부피 및 회전 축을 갖는 용기에 남아있는 그레이 워터의 부피를 결정하기 위한 시스템이 제공되며, 상기 시스템은,
수평에 대한 상기 용기의 회전 축의 각도가 결정될 수 있도록 상기 용기를 적어도 하나의 완전한 회전으로 회전시키기 위한 모터;
상기 하나의 완전한 회전의 제1 부분 동안 상기 용기의 그레이 워터에 침지되도록 하고 상기 하나의 제2 부분 동안 상기 용기의 그레이 워터에 침지되지 않도록 위치된 상기 용기의 내측 부피에 있는 적어도 하나의 센서로, 상기 적어도 하나의 센서는 침지될 때 제1 신호를 발생하고 침지되지 않을 때 제2 신호를 생성하는, 적어도 하나의 센서;
상기 센서가 침지되는 전체 회전의 일부분 또는 상기 센서가 침지되지 않는 전체 회전의 일부분인 침지 분율을 결정하기 위한 위치 결정 장치 또는 시간 결정 장치;
상기 제1 및 제2 신호들을 수신하기 위한 상기 적어도 하나의 센서와 또한 상기 위치 검출 장치 또는 상기 시간 결정 장치와 통신하고 상기 제1 부분 또는 상기 제2 부분 대 상기 하나의 완전한 회전에 대한 비를 계산하고 상기 비에 기초하여 상기 용기 내의 그레이 워터의 부피를 결정하도록 구성되는 프로세서를 포함한다.
또한, 상기 시스템은 프로세서와 통신하는 메모리를 포함할 수 있으며, 상기 메모리는, 예를 들어 그레이 워터가 침지되는 용기와 실질적으로 기하학적으로 유사한 용기 내의 물의 각각의 부피에 대해 침지 부분의 비율을 상관시키는 보정 곡선을 포함하며, 상기 프로세서는 상기 비율에 기초하여 용기 내의 그레이 워터의 부피를 결정할 때 상기 보정 곡선을 사용한다.
상기 메모리는 용기의 기하학적 표시를 추가로 또는 대안적으로 포함할 수 있으며, 상기 프로세서는 그 기하학적 표현을 사용하여 그레이 워터의 부피를 결정한다.
어떤 실시 예에서, 상기 용기는 콘크리트 믹서 드럼이다.
어떤 실시 예에서, 제1 시멘트 로드가 상기 용기로부터 배출된 후 내측 부피 및 회전 축을 갖는 용기에 잔류하는 그레이 워터의 함량을 결정하기 위한 시스템이기술되며, 상기 시스템은,
내측 부피를 갖는 회전 가능한 콘크리트 믹서 드럼;
상기 회전 가능한 콘크리트 믹서 드럼의 상기 내측 부피의 적어도 하나의 센서로서 상기 회전 가능한 콘크리트 믹서 드럼의 회전 동안, 적어도 하나의 센서가 상기 내측 부피에 있어서의 물의 침지 상태 및 침지되지 않은 상태 둘 다를 개별적으로 달성하도록 위치되고, 이러한 각 상태를 나타내는 신호를 발생하도록 하는, 적어도 하나의 센서.
상기 센서가 침지되는 전체 회전의 일부분 또는 상기 센서가 침지되지 않는 전체 회전의 일부분인 침지 분율을 결정하기 위한 위치 결정 장치 또는 시간 결정 장치; 및
상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 시스템이, 상기 센서가 상기 침지된 상태에 있는 동안 상기 회전 가능한 콘크리트 믹서 드럼의 회전의 침지 분율을 결정하거나 또는 상기 센서가 상기 침지되지 않은 상태에 있는 동안 상기 회전 가능한 콘크리트 믹서 드럼의 회전의 역 침지 분율을 결정하도록 하고; 상기 콘크리트 믹서 드럼과 실질적으로 기하학적으로 유사한 용기 내의 물의 대응 부피에 대해 상기 침지 분율 또는 역 침지 분율을 상관시키고; 상기 상관에 기초하여 상기 콘크리트 믹서 드럼에서의 그레이 워터의 부피를 결정하도록 하는 명령들을 내장하는 메모리를 갖는 프로세서를 포함한다.
본 명세서에 개시된 실시 예들의 다른 장점들 및 특징들은 이하에서 상세히 설명된다.
본 명세서에 개시된 실시 예의 이점들 및 특징들에 대한 이해는 첨부 도면들을 참조한 다음의 바람직한 실시 예의 상세한 설명이 고려될 때 보다 쉽게 이해될 수 있다.
도 1은 해치 및 모터를 포함하는 예시적인 콘크리트 드럼의 기히학적 구조를 나타내는 그래프이다.
도 2는 종래 기술에 따른 동일한 혼합 설계에 대한 초기 슬럼프 측정 대 로드들의 수의 그래프이다.
도 3은 종래 기술에 따른 가변 드럼 물 부피 변화에 따른 결과적인 수압 차의 그래프이다.
도 4는 어떤 실시 예에 따른 프로세스의 블록도이다.
도 5a 및 5b는 드럼 각도가 콘크리트 믹서 드럼 내에서 물의 분포에 어떻게 영향을 줄 수 있는지를 나타내는 그래프이다.
도 6은 어떤 실시 예에 따른 센서의 위치를 나타내는 그래프이다.
도 7은 어떤 실시 예에 따른 드럼 해치에 부착된 다수의 센서들의 평면도를 도시한 그래프이다.
도 8은 어떤 실시 예에 따른 회전 드럼에 장착된 가속도계의 출력을 도시한 시간 대 가속도의 그래프이다.
도 9는 어떤 실시 예에 따른 가속도계의 출력과 함께 회전 드럼에서 그레이 워터에 침지 및 침지되지 않을 때의 센서의 출력을 도시하는 시간 대 센서 아날로그 신호의 그래프이다.
도 10은 어떤 실시 예에 따른 시스템의 특정 구성 요소의 블록도이다.
도 11a 및 lib는 각각 콘크리트 믹서 드럼에서 프로브가 물과 접촉하는 어떤 실시 예의 예시적인 공정을 도시하는 그래프이다.
도 12a는, 어떤 실시 예에 따라 드럼의 기하학적 형상에 기초하여 프로브가 물과 접촉하는 용기 회전의 비율과 콘크리트 믹서 드럼에서 검출된 물의 부피 사이의 관계를 나타내는, 전체 회전 대 유체 부피의 침지 분율의 그래프이다.
도 12b는 어떤 실시 예에 따라 드럼의 기하학적 형상에 기초하여, 콘크리트 믹서 드럼에서 검출된 물의 부피, 트럭 각도, 및 프로브가 물과 접촉하는 용기 회전의 비율 사이의 관계를 나타내는 침지 분율 대 유체 부피의 그래프이다.
도 13은 어떤 실시 예들에 따라, 단일 드럼 각도에 대한 드럼의 기하학적 형상에 기초하여, 콘크리트 믹서 드럼에서 검출 된 물의 부피와 프로브가 물과 접촉하는 용기 회전의 비율 사이의 관계를 나타내는, 전체 회전 대 유체 부피의 침지 분율의 그래프이다.
도 14a는 어떤 실시 예에 따른 2 rpm의 드럼 속도에서 2 갤런의 정확도를 갖는 2개의 드럼 각도들에 대한 유체 부피에 기초한 데이터 수집 속도 사이의 관계를 나타내는 유체 부피 대 데이터 수집 속도의 그래프이다.
도 14b는 어떤 실시 예에 따른 6 rpm의 드럼 속도에서 2 갤런의 정확도를 갖는 2개의 드럼 각도에 대한 유체 부피에 기초한 데이터 수집 속도 사이의 관계를 나타내는 유체 부피 대 데이터 수집 속도의 그래프이다.
도 14c는 어떤 실시 예에 따라 20 rpm의 드럼 속도에서 2 갤런의 정확도를 갖는 2개의 드럼 각도에 대한 유체 부피에 기초한 데이터 수집 속도 사이의 관계를 나타내는 유체 부피 대 데이터 수집 속도의 그래프이다.
도 15는 어떤 실시 예에 따라 검출된 트럭 각도 대 최소 부피의 그래프이다.
도 16은 어떤 실시 예에 따라 드럼의 기하학적 형상에 기초하여 프로브가 물과 접촉하는 것을 사용하여 물 함량이 결정되는, 실제 물 부피 대 예측된 물 부피의 그래프이다.
도 17은 어떤 실시 예에 따라 물 함량과 물 측정기 판독 값 사이의 경험적 관계가 콘크리트 믹서 드럼에 남아있는 물 함량을 결정하기 위해 사용되는, 실제 물 부피 대 예측된 물 부피의 그래프이다.
용어 "콘크리트"는 시멘트(종종 석회석, 플라이 애시, 과립화 고로 슬래그와 같은 포졸란 물질을 포함하는 시멘트 및 골재(예를 들어, 모래, 자갈) 및 선택적으로 하나 이상의 화학적 혼합물(예를 들어, 가공성을 높이기위한 가소제, 경화 촉진제, 경화 지연제, 공기 연화제, 공기 디트레이너, 플라스틱 수축 감소 혼합물, (철근용) 부식 방지제 또는 콘크리트의 특성을 변경하기 위한 기타 혼합물, 이들 모두 플라스틱 또는 경화 상태에 있는)을 지칭한다..
본 명세서에 사용된 용어 "시멘트"는 수성 칼슘 실리케이트, 알루미네이트 및 알루미노페라이트로 이루어진 클링커, 및 하나 이상의 형태의 황산 칼슘(예를 들어, 석고)을 중간 첨가제로서 분쇄함으로써 제조되는 포틀랜드 시멘트와 같은 수 화성 시멘트를 포함한다.
전형적으로, 포틀랜드 시멘트는 플라이 애시, 과립화 고로 슬래그, 석회석, 천연 포졸란 또는 이들의 혼합물과 같은 하나 이상의 보충 시멘트질 재료와 결합되어 블렌드로서 제공된다.
따라서, "시멘트" 및 "시멘트 바인더"는 또한 제조 동안 포틀랜드 시멘트와 분쇄된 보충 시멘트질 재료를 포함할 수 있다.
용어 "시멘트질(cementitious)"은 포틀랜드 시멘트를 포함하거나 또는 달리 콘크리트를 구성하기 위해 사용되는 미세 골재(예를 들어, 모래) 및 거친 골재(예를 들어, 쇄석, 석재)를 함께 유지하기 위한 바인더(결합제)로서 기능하는 재료(물질)를 지칭하도록 본 명세서에서 사용될 수 있다.
본 명세서에 사용된 용어 "수화성"(hydratable)은 물과의 화학적 상호작용에 의해 경화되는 시멘트 또는 시멘트질 물질을 의미한다. 포틀랜드 시멘트 클링커는 주로 수화성 규산 칼슘으로 구성된 부분적으로 융합된 덩어리이다.
규산 칼슘은 본질적으로 삼칼슘 규산염(시멘트 화학적 표기법에서 3CaO·SiO2 또는 "C3S")과 구연산 규산칼슘 (2CaO·Si02, "C2S")의 혼합물이며, 전자가 지배적인 형태이고, 더 적은 양의 트리 칼슘 알루미네이트(3CaO·Al203, "C3A") 및 테트라칼슘 알루미노페라이트(4CaO·Al203-Fe203, "C4AF")를 갖는다. 예를 들어, 도드슨, 반스 에이치.(Dodson, Vance H.)의 콘크리트 혼합물(Van Nostrand Reinhold, New York, NY 1990), 1 페이지를 참조하기 바란다.
본 명세서에 사용된 용어 "골재(aggregate)"는 콘크리트, 모르타르 및 아스팔트와 같은 건축 재료에 사용되는 모래 또는 석재 입자를 의미하며, 이는 전형적으로 0 내지 50 mm의 평균 크기의 과립 입자를 수반한다. 골재들은 석회질, 규산질 또는 규산질 석회석 광물을 포함할 수 있다. 이러한 골재들은 천연 모래(예를 들어, 입자가 평활한 표면을 갖도록 풍화되는 빙하, 충적 또는 해양 침착물로부터 유래 되는)일 수 있거나 또는 기계식 분쇄기 또는 분쇄 장치를 사용하여 형성된 "제조 된" 형태일 수 있다.
용어 "물 측정기" 및 "수분계"는 물의 존재 또는 추가로 주어진 물질의 실제 수분 함량을 결정할 수 있는 측정 장치를 지칭한다.
제1 형태와 관련하여, 예를 들어, 온수기와 같은 기구 주위에서 누수가 검출되면 주택 소유자에게 경보를 보낼 수 있는 계측기들이 있다(예를 들어, 미국 특허 번호 제8,922,379호 참조).
예를 들어, 제2 형태의 경우, 골재 샘플의 수분 함량을 측정할 수 있는 골재 수분 측정기가 존재한다.
어떤 형태의 물 측정기들은 전기 저항을 측정하고(예를 들어, 미국 특허 번호 제4,780,665호 참조), 전기적 유전율을 측정하고(예를 들어, 미국 특허 번호 제4,438,480호 참조), 마이크로파를 측정하고(예를 들어, 미국 특허 번호 제4,104,584호 참조), 핵 공명을 측정하고(예를 들어, 미국 특허 번호 제2,999,381호 참조), 적외선을 측정하고(예를 들어, 미국 특허 번호 제8,727,608호 참조), 음파를 측정하고(예를 들어, 미국 특허 번호 제7,033,321호 참조), 광 산란을 측정하고 (예를 들어, 미국 특허 번호 제4,263,511호 참조), 특히 탁도에 대한 광 산란을 측정하는(예를 들어, 미국 특허 번호 제2,324,304호 참조)것과 같은 여러 가지 형태의 기술(이들 기술에 한정되지 않음)을 사용할 수 있다.
전술한 각각의 기술 내용은 본 명세서에 참고로 채용된다.
어느 형태이든, 적어도 센서가 물이나 그레이 워터와 직접 접촉하는 시기를 감지할 수 있다.
슬럼프 또는 기타 유동학적 특성을 관리하기 위한 자동화된 콘크리트 슬럼프 관리(모니터링) 시스템은, 예를 들어, 미국 매사추세츠, 캠브리지, 휘트모어 아베뉴 62, 베리파이 엘엘시로부터 상업적으로 입수 가능하며, 이는 특허 문헌들에 있어서 각종 자동화된 콘크리트 모니터링 방법 및 시스템을 개시하고 있으며, 상기 특허 문헌들은, 예를 들어 미국 특허 번호 제8,020,431호; 제8,118,473호; 제8,311,678호; 제8,491,717호; 제8,727,604호; 제8,746,954호; 제8,764,273호; 제8,818,561호, 제8,989,905호, 제9,466,803호, 제9,550,312호; PCT/US2015/025054호 (공개 번호 WO 2015/160610 A1); 및 PCT/US2014/065709호(공개 번호 WO2015073825 A1)이 있다.
전술한 특허 문헌들의 각각의 기재 내용은 본 명세서에 참고로 채용된다.
대안적으로, 슬럼프 모니터링 시스템은 예를 들어 베르만(Sensocrete Inc./GCP Applied Technologies)의 미국 특허 번호 제8,848,061호와 제9,625,891호, 데니스 보프리 등에 허여된 미국 특허 번호 제9,199,391호, 또는 베네가스의 미국 공개 번호 제2009/0171595호 및 WO 2007/060272에 개시된 바와 같이 드럼 내에 장착된 힘 센서의 사용에 기초할 수 있다.
전술한 특허 문헌들의 각각의 기재 내용은 본 명세서에 참고로 채용된다.
용어 "배칭 공정(batch process)"은 믹서 드럼에 시멘트, 미세 골재 및 거친 골재, 물, 섬유 및 화학적 혼합물과 같은 콘크리트 재료 성분을 로딩하는 공정을 지칭하는 것이다.
일반적으로 레디-믹스 콘크리트 플랜트에서는 콘크리트 트럭을 적재하거나 배칭하는 데 필요한 재료의 양을 측정하기 위해 미세하고 거친 골재가 계량 호퍼로 이송된다.
계량 후, 미세하고 굵은 골재는 컨베이어 벨트에 올려지고 콘크리트 트럭의 믹서 드럼에 적재된다. 시멘트 및 플라이 애시와 같은 미세 분말은 일반적으로 콘크리트 트럭 바로 위의 사일로에서 믹서 드럼으로 공급된다. 물 및 화학적 혼합물은 액체 디스펜서를 통해 배출된다.
첨가의 순서는 플랜트에 따라 크게 다를 수 있다. 일반적으로 거친 골재는 컨베이어 벨트에 로딩되고 미세 골재는 상단에 로딩된다. 이것이 믹서 드럼에 로딩되는 동안, 대부분의 물이 첨가된다.
대부분의 골재가 로딩되면, 미세 분말이 동시에 첨가되기 시작한다. 모든 건조 물질이 배치처리된 후, 임의의 화학적 혼합물과 함께 남은 물이 전형적으로 마지막에 첨가된다.
이 공정 동안, 콘크리트 믹서 트럭은 일반적으로 배칭 성분들의 혼합을 용이하게 하기 위해 드럼을 10 내지 20 rpm으로 고속 회전시킨다.
용어 "그레이 워터(grey water)"는 콘크리트의 로드를 배송 및 배출한 후 믹서 드럼 또는 다른 유사한 용기에 남은 물질을 지칭하며, 보다 빈번히는 콘크리트로드를 배송 및 배출한 후 드럼을 세척한 후 남겨진 물질을 지칭한다. 이에 따라, 물질은 대부분 물, 시멘트 및 혼합물을 포함하지만, 소량의 골재는 모래 및 돌과 같이 드럼에 남아있을 수 있다.
세척 공정으로 인해 그레이 워터의 점도와 비중은 콘크리트의 점도와 비중이 크게 다르게 된다. 특히, 콘크리트는 전형적으로 10 내지 100 Pa-s 정도의 점도를 가지므로, 그레이 워터는 전형적으로 0.001 내지 1 Pa-s 정도의 점도를 가질 것이다. 또한, 콘크리트의 비중은 일반적으로 2.3을 초과하는 반면, 그레이 워터의 비중은 일반적으로 1.8보다 낮다. 이는 1.68을 초과하는 물 대 시멘트 비율에 해당하며, 이는 임의의 실제 콘크리트의 물 대 시멘트 비율보다 훨씬 높다.
용어 "침지 분율(submersion fraction)"은 그레이 워터의 존재를 검출하도록 설계된 센서가 그레이 워터 내에 침지되는 전체 용기 회전의 비율을 지칭한다.
용어 "역 분율(inverse fraction)"은 센서가 침지되지 않은 전체 용기 회전의 비율을 의미한다.
문구 "실질적으로 유사한" 믹서 드럼 또는 용기 또는 "실질적으로 기하학적으로 유사한" 믹서 드럼 또는 용기는, 동일한 그레이 워터 대 침지 분율 관계가 적어도 10 갤런, 보다 바람직하게는 5 갤런의 정확도 내에서 다른 믹서 드럼의 그레이 워터 부피를 결정하기 위해 사용될 수 있는 믹서 드럼 또는 용기를 의미한다. 믹서 드럼들은, McNeilus, Beck, Kimble, Contech, Continential, Schwing 등을 비롯한 여러 다른 회사들에 의해 제조된다.
종종 내용물들의 혼합을 지원하기 위해 드럼 내측에 있는 핀(fin)들을 포함하여, 믹서 드럼을 손으로 함께 용접한다. 이에 따라, 두 개의 동일한 드럼을 찾는 것은 희박하다.
그러나, 동일한 제조업자의 믹서 드럼 모델 내에서의 차이는 본 명세서의 목적상 일반적으로 무시할 수 있고, 이러한 드럼들 사이에서 동일한 그레이 워터 부피 대 침지 분율 관계가 사용될 수 있다.
따라서, 하나의 드럼에 대해 그레이 워터 부피 대 침지 분율에 대한 데이터가 획득되면, 이들 데이터는 실질적으로 기하학적으로 유사한 다른 드럼에서 그레이 워터 부피를 결정하기 위한 기준으로서 사용될 수 있다. 그러나 상이한 제조자들로부터의 두 개의 드럼들은 별도의 보정을 필요로 하거나, 또는 드럼 구성의 차이를 설명하기 위해 적용되는 요소가 포함될 수 있다.
용어 "드럼 길이(drum length)"는, 회전 축을 따른 드럼의 길이[2]를 나타낸다. 드럼[2]의 "헤드"[4]는 공기에 개구되는 회전 축을 따른 드럼의 측면을 의미한다. 이 개구는 그를 통해 콘크리트 성분이 배칭 처리되는 곳이다.
드럼[2]의 "테일"[6]은, 상기 헤드[4]와 반대되는 회전 축을 따른 측면을 의미한다.
도 1에 도시된 실시 예에서, 회전의 축은 x축으로 도시되고, 드럼의 헤드 [4]는 최우측에 있고 드럼의 테일[6]은 모터[10] 다음의 최좌측에 있다.
드럼[2]을 회전시키는 모터[10]는 0의 x 위치에 위치된다. X가 두 개(더블 X)인 직사각형은 콘크리트 드럼 해치(hatch)[8]를 나타낸다. 상기 해치[8]는 드럼 [2]의 제거 가능한 부분으로 유지 보수 목적으로 드럼에 접근할 수 있다.
도 2에서, 자동화된 슬럼프 모니터링 시스템에 의해 측정된 목표 초기 슬럼프로부터의 편차가 동일한 혼합 설계에 대한 시간 경과를 도시했다.
이 특정한 플랜트에서, 슬럼프 랙이 제거되고 총 수분 측정기들은 작업 순서에 따라 고려된다.
이에 따라, 도시된 높은 변동성은 콘크리트 로드가 배송 및 배출된 후, 또는 콘크리트로드가 배송 및 배출된 후 드럼을 세척한 후에도 드럼이 완전히 비워지지 않는 결과를 초래하며, 그에 따라 다음의 로드 또는 배칭으로 드럼을 로드하기 전에 드럼에 그레이 워터가 존재하게 된다.
남아있는 드럼 물로 인한 슬럼프의 변동은 또한 결과적인 강도가 매우 가변적이라는 것을 의미한다.
현재의 자동 슬럼프 모니터링 시스템을 사용하여, 남은 물이 슬럼프 측정에 현재 사용되는 센서 신호에 영향을 줄 수 있는지를 확인하도록 시도했다.
도 3에서, 예를 들어 미국 특허 번호 제8,020,431호 및 미국 특허 번호 제8,746,954호에 의해 개시된 바와 같이 슬럼프를 계산하기 위해 사용되는 수압은 수분 함량에 대해 플로트된다. 이는 5, 11 및 19 rpm의 3가지 드럼 속도에서 수행되었다.
최저 속도의 경우, 물의 부피와 수압 사이의 관계가 단조롭지 않다는 것을 알 수 있다. 따라서 약 36psi의 수압에서 물의 부피는 37 갤런 또는 90 갤런으로 될 수 있다; 결과적으로 이것은 물 부피의 추정치로 사용될 수 없다. 보다 빠른 속도에 대해서는 상기 관계가 단조로워진다.
그럼에도 불구하고, 압력의 변화는 거의 없다. 11 rpm의 드럼 속도에 대해, 1.1%의 압력 변화(125 내지 126 psi)는 102%의 부피 변화를 가져온다.
이와 유사하게, 드럼 속도가 19 rpm인 경우, 2.0%의 압력 변화(289 내지 294 psi)는 102%의 부피 변화를 가져온다. 이에 따라, 이 방법의 감도는 심각하게 제한된다.
도 4에서, 예시적인 실시 예의 프로세스가 제시된다.
블록 12에서, 회전 가능한 용기에 부착된 센서가 그레이 워터 내외부로 회전함에 따라 모니터링된다. 용기는 적어도 한 번 센서에 대해 침지 상태 및 침지되지 않은 상태를 모두를 달성하기 위해 회전해야 한다(블록 14).
어떤 실시 예에서, 회전 용기는, 레디-믹스 콘크리트 트럭과 같은 트럭에 부착된 믹서 드럼과 같은 콘크리트 믹서 드럼이다.
대안적으로, 습식 배치 플랜트 또는 중앙 혼합 플랜트로 알려진 것의 일부일 수 있으며, 여기에서 대형 드럼은 성분을 혼합한 다음 재료를 레디-믹스 트럭 또는 단순한 덤프 트럭으로 덤프하여 작업 현장으로 배송한다.
추가적인 회전으로, 블록 14에서 센서 신호들로부터의 측정의 정확성 및 반복성이 개선될 수 있다. 용기의 회전 축과 수평 사이의 드럼 각도 역시 이 단계 동안 기록된다. 예를 들어, 회전에 대한 평균 각도로서 기록될 수 있다.
대안적으로, (일반적으로 약 13도와 같이) 용기와 트럭 사이의 각도가 고정되고 알려져 있거나 측정 가능하기 때문에 수평에 대한 트럭 각도가 기록될 수 있다. 용기의 회전 축과 수평 사이의 절대 각도를 얻기 위해 용기와 트럭 사이의 각도를 빼려면 간단한 계산이 필요하다. 따라서, 수평에 대하여 각도를 측정할 수 있는 장치가 가속도계와 같이 믹서 드럼 또는 트럭 프레임에 부착될 수 있다.
블록 14에서, 믹서 드럼의 내측 벽 또는 해치와 같은 콘크리트 믹서 드럼의 내측에 장착된 물 검출 센서로부터의 신호의 변화가 시간 또는 회전에 따라 모니터링된다.
어떤 실시 예에서, 센서는 원하는 최소 부피의 그레이 워터(예를 들어, 5 갤런)의 검출을 허용하도록 드럼의 길이를 따른 위치에 위치될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 2개의 상이한 드럼 각도를 갖는 드럼을 도시한다.
해치들은 부호 [8]로 표시되고, 핀(fin)들의 단면은 [32]로 표시되고, 그레이 워터는 [34]로 표시된다.
휠베이스가 평평하고 수평에 대한 드럼 각도가 13°인 (전형적인 드럼 각도를 나타냄)인 트럭의 경우, 이는 도 5a에서 50 부근의 x 위치에 있게 된다.
어떤 콘크리트 제조 공장에서, (일반적으로 4°경사로) 콘크리트 트럭을 로딩하는 배칭 호퍼 아래에 램프(ramp)를 찾는 것이 일반적이다.
상기 램프는 배칭 처리되는 재료를 수용하도록 콘크리트 드럼의 개구를 각도지도록 하는데 도움을 준다.
이에 따라, 리어-로딩 콘크리트 트럭(이때 드럼의 헤드 또는 드럼의 개구부는 후방에 면함)인 경우, 센서의 위치는, 도 5b에 23 부근의 x 위치에 도시된 바와 같이, 드럼(여기서 드럼은 드럼을 회전시키는 모터에 부착된다)의 후미(테일)에 더 가깝다.
어느 경우에도, 예를 들어, 다른 요인들도, 센서 위치, 센서 설치의 용이성, 드럼 핀에 대한 상대적 위치 및 콘크리트 빌드업(빈번히 드럼 유지 보수 불량으로 인해 콘크리트 드럼 내에서 강화된 콘크리트)에 대한 잠재성에 기여한다.
가장 바람직하게는, 센서는, 후미(예를 들어, 도 1에 부호 [4]로 표시된 드럼의 하부 좌측)에 가장 가까운, (도 1의 x 축을 따른) 드럼 길이의 하부 3분의 1에 위치해야 한다.
도 1에 도시된 예시적인 콘크리트 드럼 구조의 경우, 센서의 바람직한 위치는 대략 55 미만의 x 위치에서 드럼 표면에 부착된다.
가장 바람직하게는, 센서 위치는 설치 및 유지 보수를 용이하게 하기 위해 해치(도 1에 [6], 도 4a에 [8] 및 도 4b에 [8], 이중 X가 있는 사각형으로 표시)상에 있다.
드럼의 길이를 따른 위치 이외에도 센서 높이도 중요하다.
도 6은 센서[40]의 예시적인 위치를 나타내며, 여기서 높이는 드럼의 내측 표면으로부터 측정되고, 이는 두 개의 화살표들[42] 사이의 거리이다.
이상적으로, 센서는 가장 낮은 수위를 검출하기 위해 드럼의 내측 표면에 가까워야 한다(즉, 내측 드럼 표면과 같은 높이, 높이 0).
그러나, 센서가 드럼의 내측 부피로 연장될 수 있도록, 전자적 장치를 위한 공간과 같은 기계적 제한이 존재한다. 결과적으로, 센서 높이는 드럼 표면으로부터 방사상으로 측정된 8 인치 미만, 보다 바람직하게는 2 인치 미만, 가장 바람직하게는 0.5 인치 미만인 것이 바람직하다.
콘크리트의 빌드업이 센서를 덮을 수도 있는 것으로 유추 가능하다. 그러나이 경우 센서의 출력이 변경되지 않을 것이므로, 이는 센서를 세척할 필요가 있는 것을 나타낸다.
적절한 센서들은, 센서가 침지된 때와 센서가 침지되지 않은 때를 구별할 능력을 필요로 한다. 다시 말해, 센서가 그레이 워터와 접촉할 때, 결과적인 출력은 센서가 그레이 워터와 접촉하지 않을 때의 출력과 구별될 필요가 있다.
이에 따라, 이진 신호가 물과의 접촉을 결정하는데 적합하다. 예를 들어, 침지될 때, 전기적 저항률에 기초한 센서는 그레이 워터가 전도성 매체이기 때문에 저항률이 현저하게 감소할 것이다. 절대 측정은 중요하지 않고, 오히려 두 개의 상태의 차가 중요하다.
전기적 유전율에 기초한 센서는, 센서가 그레이 워터와 접촉할 때 유전체의 증가를 나타낸다. 또한, 탁도를 측정하도록 설계된 센서는 센서가 그레이 워터와 접촉함에 따라 탁도의 현저한 증가를 측정한다.
따라서, 적절한 센서는, 전기적 저항(예를 들어, 미국 특허 번호 제4,780,665호 참조), 전기적 유전율(예를 들어 미국 특허 번호 제4,438,480호 참조), 마이크로파(예를 들어, 미국 특허 번호 제4,104,584호 참조), 핵 공명(예를 들어, 미국 특허 번호 제2,999,381호 참조), 적외선(예를 들어, 미국 특허 번호 제8,727,608호 참조), 음파(예를 들어, 미국 특허 번호 제7,033,321호 참조), 광 산란 (예를 들어, 미국 특허 번호 제2,324,304호 및 제4,263,511호 참조)의 이점을 취할 수 있다.
신호들로부터, 침지 분율 또는 역 침지 분율은 여러 방식으로 계산될 수 있다. 상기 특허들의 개시 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
단일 센서가 오작동하는 경우 측정의 정확도를 높이거나 중복성을 제공하기 위해 다수의 센서들이 사용될 수 있는 것을 고려할 수 있다. 여분의 센서에 장애가 발생하면 시스템이 오작동을 감지하고 대체 센서로 전환하고 오작동을 경고할 수도 있다. 도 7에 도시된 예에서의 센서들[46 및 48]은 동일한 형태의 센서 또는 다른 형태의 센서로 될 수 있다.
상이한 형태의 센서들이 사용되는 경우, 센서들은 이 센서들이 다른 센서의 측정에 미치는 영향을 최소화하기 위해 이격되어 배치될 수 있다.
예를 들어, 간섭이 없는 경우, 센서들은 다른 물리적 현상을 측정하기 때문에 이들은 보다 가깝게 이격될 수 있다. 또한, 이러한 센서들은 배터리(충전식일 수 있음) 또는 태양 전지판, 또는 이 둘의 조합과 같은 다른 수단에 의해 전력을 공급받을 수 있다.
예를 들어, 어떤 실시 예에서, 센서로부터 결정된 그레이 워터 접촉 정보는, 믹서 드럼의 표면에 부착된 디코더 또는 가속도계와 같은 위치 결정 검출 장치와 쌍을 이룰 수 있으며, 이에 의해 센서가 그레이 워터와 접촉하고 있는 전체 회전의 분율 대 센서가 그레이 워터와 접촉하지 않는 전체 회전의 분율을 식별하도록 한다.
드럼이 회전함에 따라 (중력의 영향을 고려한) 수직 가속은 실질적으로 정현파이다.
도 8에서, 수직 방향으로 믹서 드럼의 표면 상에 고정된 가속도계의 가속도는 1회 회전에 대한 시간당으로 플로트된다. 회전하는 동안 최대 및 최소 지점에서 가속도계가 상하로 움직이는 것을 명확하게 볼 수 있다. 이 도면에서, 뷰어가 드럼을 볼 때 드럼은 시계 방향으로 움직인다.
0의 수직 가속도 (시간 = 0초)에서, 가속도계는 오른쪽(하향 방향은 아님)을 향해서만 가속하는 드럼의 상단에 있다. 시간 = 0.05 초에서, 가속도계는 드럼의 가장 오른쪽 지점에 있으며 1g보다 약간 더, 순전히 하향 방향으로 가속된다. 약 0.078 초와 같은 시간에, 가속도계는 다시 위 또는 아래 방향으로 이동하지 않고 순전히 왼쪽으로 이동한다.
약 0.115 초와 동일한 시간에 가속도계는 순전히 위로 올라가고 (중력의 반대), 마지막으로 약 0.15와 같은 시간에 가속도계는 회전이 완료되었음을 나타낸다.
콘크리트 드럼이 회전하는 동안, 가속도계는 드럼의 위치를 모니터링한다. 드럼상의 가속도계 위치는 고정되어 있기 때문에, 물리적 센서의 회전시 주행(이동) 거리도 고정된다. 드럼 회전 중에, 가속도계는 그레이 워터 검출 센서가 그레이 워터로의 진입 및 나감을 신호할 때 드럼 위치들을 기록할 수 있다. 한번의 전체 회전에 가속도계가 주행하는 전체 길이를 알고 드럼 위치의 두 상태들을 비교함으로써, 그레이 워터 센서가 그레이 워터와 접촉하는 (또는 접촉하지 않는) 전체 회전의 비율이 직접적으로 결정될 수 있다. 상기 가속도계는 반드시 그레이 워터 감지 센서와 동일한 위치에 있을 필요는 없으며, 그 이유는 중요한 요소가 그레이 워터로 또는 그로부터 센서의 진입 및 나가는 이벤트에 대응하는 드럼 상태들 간에 상대적인 차이가 발생하기 때문이다.
또한, 상기 프로세스 동안 드럼 속도가 일정하지 않아도 된다. 침지 분율 또는 역 분율은 평균값이 사용될 수 있도록 다수의 회전들에 걸쳐 측정되는 것이 바람직하다.
어떤 실시 예들에서, 센서가 그레이 워터와 접촉하는 시간 대 센서가 그레이 워터와 접촉하지 않는 시간이 측정될 수 있다. 예를 들어, 센서가 침지된 시간을 계산하고 이를 드럼 회전의 전체 시간과 비교함으로써, 침지 인자가 계산될 수 있다(도 4, 블록 16으로 복귀).
도 9에 있어서, 50 갤런의 그레이 워터를 가진 레디-믹스 콘크리트 트럭에 물이 들어오고 나가는 시간 경과에 따른 센서 판독이 도시된다.
시간 0에서 시작하는 첫 번째 회전의 경우, 센서는 물 밖에서 시작한다. 약 22초 후에, 센서는 물에 진입하며, 센서(이 경우에는 탁도 센서)상의 출력 판독이 변경된다. 상기 센서는 약 28초 후에 물을 빠져나오고, 드럼 회전을 완료하게 된다.
따라서, 안팎으로 시간을 사용하여, 물과의 접촉 백분율은 (28-22)/(28-0) = 21.4%이다.
이 예에 있어서는, 회전의 전체 시간을 알아야 한다. 이는 하나의 진입 이벤트(센서가 그레이 워터 내로 들어갈 때)로부터 다음 진입 이벤트까지 (또는 유사하게, 하나의 출구 이벤트(센서가 그레이 워터에서 나올 때)로부터 다음 출구 이벤트까지의 시간을 결정하여 정할 수 있다.
대안적으로, 드럼이 일정한 속도로 움직이는 것이 알려져 있고, 회전 속도가 알려진 경우, 각 회전에 대한 전체 시간은 일정하다(드럼 속도에 대해 1로서 계산될 수 있음).
도 9에 있어서, 센서가 물에 들어간 후 판독에는 상당한 변동성이 존재한다. 이는 유체를 통해 센서에 의해 생성된 파(wave)들로 인한 것이다. 여러 번의 회전에 대한 결과의 평균을 구하면, 더욱 정확한 물 추정값을 얻을 수 있다.
또한, 센서가 유체를 통과할 때 웨이브를 최소화하도록 설계된 센서는 신호의 변동성을 줄일 수 있다.
대안적으로, 신호에서의 변화는 이점으로서 사용될 수 있는데, 이 실시 예에서의 변동은 공기와 비교하여 그레이 워터에 있을 때 현저하게 증가한다는 점에 주목해야 한다.
이에 따라, 표준 편차와 같은 변동성의 측정을 사용하여, 주어진 센서가 언제 침지되고 침지되지 않는지를 결정하기 위한 지시를 제공할 수 있음을 고려할 수 있다. 이 실시 예에서, 드럼이 일정한 속도로 움직이는 것이 가장 바람직하다는 것을 유의해야 한다.
어떤 실시 예에서, 일단 침지 분율 (또는 역 분율)이 알려지면, 침지 분율 (또는 역 분율) 및 물 부피와 관련된 보정 곡선을 사용하여 믹서 드럼의 물 부피를 결정할 수 있다(도 4, 블록 18로 되돌아감). 이 교정 곡선은 여러 가지 방법으로 도출될 수 있다.
하나는 콘크리트 믹서 드럼의 기하학적 형상과 (드럼의 표면과 비교하여 센서의 높이를 포함하여) 드럼 내의 프로브 위치를 사용하여, 수평에 대한 드럼 각도와 콘크리트 믹서 드럼상의 주어진 지점에서 센서가 그레이 워터와 접촉하는 회전의 분율에 직접적으로 기초하여 드럼의 그레이 워터를 도출하는 것이다.
예를 들어, 콘크리트 믹서 드럼의 크기와 형상을 반영하여 3차원 CAD (Computer-Aided Design) 모델이 생성될 수 있다. 혼합을 돕기 위해 드럼에 존재할 수 있는 핀(fin)들도 포함될 수 있다.
이는 실제 드럼 설계(제조업체로부터 입수할 수 있는)의 청사진을 사용하여 행해질 수 있으며, 드럼의 물리적 측정을 행하거나 드럼의 측정을 행하기 위해 레이저 스캐너를 사용한다.
3차원 모델 내에서, 센서의 모델은 지정된 위치 및 높이로 삽입될 수 있다. 다른 드럼 각도들(회전 축과 수평 사이의 각도)를 나타내도록 전체 모델(드럼 및 센서)이 기울어질 수 있다.
상기 기울어짐에 기초하여, 그레이 워터의 표면을 나타내는 평평한 표면이 모델에 삽입될 수 있다. 드럼의 모델 내에서 특정 표면 높이에 대한 그레이 워터의 부피는 CAD 소프트웨어에 의해 빈번히 제공되는 표준 부피 방법들을 사용하여 계산될 수 있다.
소정 부피의 물에 대해, 상기 모델은 드럼의 회전 축을 중심으로 회전될 수 있다(예를 들어, 모델은 1°회전마다 다시 그려질 수 있다).
센서 위치는 회전하는 전반에 걸쳐 추적될 수 있으며 드럼 회전 위치는 센서가 그레이 워터면과 접촉할 때 식별될 수 있다. 이 정보를 사용하여, 센서가 그레이 워터면 아래에 침지된 전체 회전의 분율이 결정될 수 있다.
이는 종래의 곡선 맞춤(curve-fitting) 방법을 사용하여 전체 회전 보정 곡선의 분율 대 부피를 생성하기 위한 복수의 그레이 워터 부피들에 대해 반복될 수있다. 대안적으로는, 룩업테이블도 생성될 수 있다.
그레이 워터의 부피를 결정하기 위해 보정 곡선을 구성하는 다른 방법은, 침지 분율(또는 역 분율) 및 대응하는 공지된 물 부피의 데이터베이스를 생성하는 것으로, 이 데이터베이스로부터, 센서가 그레이 워터와 접촉하는 (또는 접촉하지 않는) 회전의 백분율에 기초하여 물 부피를 예측하기 위한 경험적 관계가 생성될 수있다.
예를 들어, 콘크리트 믹서 드럼은 일련의 알려진 다른 부피의 물로 채워질 수 있다(물은 콘크리트 생산 시설에서 쉽게 공급할 수 있음). 물의 각 부피에 대해, 믹서 드럼은 센서 출력을 기록하는 동안 바람직하게는 1회 이상 회전될 수 있다. 그 후, 데이터는 각각의 알려진 부피들에 대응하는 전체 회전의 분율을 결정하기 위해 분석될 수 있다.
상기 정보에 따라, 임의의 종래 곡선 맞춤 방법들을 사용하여 보정 곡선이 생성될 수 있다. 대안적으로, 룩업테이블도 생성될 수 있다.
센서 측정을 물의 부피와 상관시키는 이들 방법 중 어느 하나에는, 드럼의 표면적에 대한 정보가 보충될 수 있다. 즉, 제1 배칭 후에 드럼이 습윤되면, 드럼의 내측 표면에 물이 잔류할 수 있다. 이는 레디 믹스 트럭의 표면적이 클 수 있기 때문에 무시할 수 없다.
실제로, 단순한 습식 또는 건식 상태는, 습윤 전후의 트럭 또는 드럼의 무게를 측정하는 것을 통하거나 또는 (예를 들어, 평방 미터당 200g과 같은) 단순히 금속의 단위 표면적에 부착된 물의 양을 가정하는 것을 통해 측정된 습식 상태의 물과 함께 사용될 수 있다. 표면에 부착된 이 물은 표면에 남아 있고 배출되지 않는다. 따라서, 이는 "그레이 워터"의 일부가 아니며, 오히려 건식 드럼에 배칭처리된 제1 로드에 대한 팩터이다. 이를 보상하기 위해서는 여분의 물이 추가될 필요가 있다.
이는 소정 트럭에 대한 하루의 제1 로드가 빈번히 낮은 슬럼프를 갖는 이유이다. 예를 들어, 도 1에 도시된 콘크리트 믹서 드럼의 표면적은 대략 302 제곱 피트의 표면적을 갖는다. 내측 표면이 평방 피트 당 0.05 파운드의 물 부착성을 갖는것으로 가정하면, 드럼의 내측 표면은 대략 2 갤런의 물을 포함할 것이다. 이에 따라, 첫 번째 콘크리트 배칭의 경우, 내측 드럼 표면이 건조할 경우 추가적인 2 갤런의 물을 추가해야 한다.
다른 고려 사항은 드럼 내에 강화 콘크리트의 빌드업(buildup)이다. 이는, 열악한 유지 보수, 더운 날씨(콘크리트를 더 빨리 경화시킴) 또는 수화 촉진제를 포함하는 혼합 설계로 인해 빈번히 발생한다.
드럼 내에서 경화된 콘크리트의 빌드업이 특정 드럼에 대해 중요하다고 결정되면 (예를 들어, 드럼의 육안 검사로 상당한 빌드업이 드러날 수 있음), 그레이 워터 센서의 정보가 변경되거나 무시될 수 있다. 그레이 워터 센서가 경화 콘크리트로 덮여 있으면, 드럼이 의도적으로 물이나 콘크리트로 채워져 있더라도, 전체 회전에 걸친 출력은 현저하게 변하지 않는다. 이 신호는 콘크리트 빌드업이 발생되고 그레이 워터 센서가 세척될 필요가 있음을 경고하기 위해 사용될 수 있다.
대안적으로, 빌드업이 미리 규정된 한계를 초과할 경우, 빌드업 측정은 그레이 워터 측정을 오프(turn off)시킬 수 있다.
실제 그레이 워터 함량이 공지된 상태에서, 측정된 그레이 워터 함량이 미리 규정된 한계, 예컨대 20 갤런, 보다 바람직하게는 10 갤런 또는 가장 바람직하게는 5 갤런을 초과할 경우 경고가 전송될 수 있다. 상기 경보 대신 또는 경보에 추가하여, 동일한 현재 콘크리트 믹서 드럼 믹서 트럭에 대한 다음의 즉각적 로드에 대해 배칭 처리될 물 함량이 적절하게 조정될 수 있다(블록 20).
그 후, 배칭 담당자, 품질 관리 매니저 또는 기타 코디네이터에게 변경 사항을 알릴 수 있다.
대안적으로 또는 이에 더하여, 현재 콘크리트 믹서 드럼으로의 다음 콘크리트 로드에 대한 배칭 물질은 그레이 워터 함량에 기초하여 조정될 수 있다. 예를 들어, 배칭 처리될 물은 측정된 양만큼 감소 될 수 있다.
대안적으로, 예를 들어 물과 시멘트 사이에 설계된 비율을 유지하기 위해 시멘트의 양을 증가시킬 수있다. 또한, 그레이 워터 센서에 의해 검출된 추가적인 물을 보상하기 위해 혼합물이 첨가될 수 있는 있음을 고려할 수 있다. 대안적으로, 그레이 워터는 콘크리트 믹서 드럼으로부터 배출될 수 있다.
어떤 실시 예들에 있어서, 처리 장치가 제공될 수 있으며, 이 처리 장치는 저장 요소를 갖는다. 상기 처리 장치는 마이크로 프로세서와 같은 범용 연산 장치 일 수 있다.
대안적으로, 그는 PLC(programmable logic controller)와 같은 특수 처리 장치일 수 있다. 저장 요소는 RAM, DRAM, ROM, 플래시 ROM, EEROM, NVRAM, 자기 매체, 또는 컴퓨터 판독 가능 데이터 및 명령을 보유하기에 적합한 임의의 다른 매체와 같은 임의의 메모리 기술을 이용할 수 있다.
처리 장치는, 침지되었을 때를 나타내는 신호 및 침지되지 않았을 때를 나타내는 다른 신호를 생성할 수있는 센서와 전기적으로 통신(예를 들어, 유선, 무선) 할 수 있다. 상기 처리 장치는 또한, 콘크리트 믹서 드럼과 같은 용기의 위치를 나타내는 신호를 발생할 수 있는 가속도계와 같은 위치 결정 장치와 전기적으로 통신 (예를 들어, 유선, 무선) 할 수 있다.
상기 프로세서는 또한, 인간 기계 인터페이스 또는 HMI와 연관될 수 있으며, 이는 용기에 있어서 결정된 양의 그레이 워터를 작업자에게 표시하거나 달리 지시한다.
상기 저장 요소는 명령들을 포함할 수 있으며, 이는 처리 장치에 의해 실행되었을 때, 시스템이 본 명세서에 기술된 기능들을 수행할 수 있도록 한다.
어떤 실시 예들에서, 보정 곡선이 메모리 데이터 내에 저장될 수 있다. 예를 들어 테이블, 방정식 또는 일련의 방정식들로서 저장할 수 있다.
어떤 실시 예에서, 믹서 드럼의 기하학적 형상가 메모리 데이터에 저장될 수있다.
어떤 실시 예에서, 예를 들어, 수중에 잠겼을 때를 나타내는 신호 및 수중에 잠기지 않았을 때를 나타내는 다른 신호를 생성할 수 있는 센서와 통신하는 프로세서와 같은 하나 이상의 프로세서가 사용될 수 있으며, 및 위치 결정 장치와 통신하는 별도의 프로세서가 사용될수 있다.
또한, 허용 가능한 정확도를 달성하기 위해 데이터가 수집되는 레이트도 고려될 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시 예에 따라 구성된 회전의 침지 분율 대 유체 부피 의 기울기는 회전의 침지 분율이 증가함에 따라 증가한다. 다시 말해서, 낮은 분율에서, 침지 분율의 비교적 큰 변화에 대해, 유체 부피의 비교적 작은 변화가 발생한다.
다른 한편으로, 높은 분율에 있어서, 침지 분율의 비교적 작은 변화에 대해서, 부피의 큰 변화가 경험된다(유체 부피 - 침지 분율 곡선의 기울기가 보다 가파르다).
실제로, 센서 출력은 주어진 간격으로 기록된다. 실제 측정들 간에는 센서의 침지 상태에 있어서의 변화가 발생했는지 여부를 알 수 없다.
한 가지 해결 방법은, 보다 작은 시간 간격으로 측정하는 것이다. 센서에 기초하여, 이는 전력 필요량을 크게 증대시킬 수 있다. 따라서, 소정 정확도에 대해 가장 낮은 데이터 수집 속도를 갖는 것이 바람직하다.
믹서 드럼 속도를 사용하여, 소정의 시간 간격 동안 드럼이 회전하는 각도를 계산할 수 있다. 예를 들어, 2 rpm의 드럼 속도에서, 드럼은 초당 12도로 회전한다.
데이터가 매 초마다 수집될 경우, 센서가 물속에 있는지 밖에 있는지에 대해 12도의 불확실성이 있다. 이는 전체 회전의 3.33%이다.
드럼 속도가 20rpm인 경우, 드럼은 초당 120도 회전한다. 데이터가 매초 마다 수집되면, 전체 회전의 1/3로 되어 센서가 그레이 워터에 있는지 밖에 있는지 여부가 불확실하게 된다.
따라서, 드럼 회전 속도가 분당 2회전 이하인 것이 바람직하고, 센서는 초당 적어도 5회 측정, 보다 바람직하게는 초당 10회 측정, 가장 바람직하게는 초당 20 회 측정을 수행한다.
분당 6회전 이하 또는 분당 2회전 초과의 드럼 회전 속도에 대해, 센서는 초당 적어도 15회 측정, 보다 바람직하게는 초당 30회 측정, 가장 바람직하게는 초당 60회 측정을 수행한다.
또한, 분당 6회전 초과이지만 분당 6회전 이상인 드럼 회전 속도의 경우, 센서는 초당 적어도 50회 측정, 보다 바람직하게는 초당 100회 측정, 가장 바람직하게는 초당 200회 측정을 수행한다.
도 10에서, 예시적인 실시 예의 시스템이 도시된다.
블록 52에서, 그레이 워터 센서로부터의 측정치는 블록 54에서 프로세서/리시버로 전송된다. 이 프로세서/리시버는 블록 56의 데이터베이스로부터 보정 곡선을 검색한다.
측정 판독 및 보정 곡선을 사용하여, 그레이 워터 부피가 계산된다. 다음, 이 값은 블록 58에 도시된 바와 같이 디스플레이 또는 다른 경보 메커니즘으로 전송될 수 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 그레이 워터 부피는 배칭 시스템으로 전송된다. 여기에서, 물의 양, 시멘트의 양, 혼합물의 양 또는 이들의 조합은 다음 배칭에 대해 현재 콘크리트 믹서 드럼으로 조정될 수 있다.
실시 예들이 제한된 수의 실시 예들을 사용하여 본 명세서에서 설명되지만, 이러한 어떤 실시 예들은 본 명세서에서 달리 설명되고 청구된 바와 같이 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
기술된 실시 예들로부터의 변경 및 변형이 존재한다. 보다 구체적으로, 하기 실시 예는 청구된 발명의 구체 예의 특정 예시로서 제공된다. 본 발명은 실시 예에 제시된 특정 세부 사항으로 제한되지 않음을 이해해야 한다.
실시 예 1
실제 콘크리트 드럼의 측정을 사용하여 3차원 믹서 드럼 모델을 생성했다. 믹서 드럼 해치의 중앙에 위치한 믹서 드럼 모델에 모델 센서가 구현된다. 전체 모델(드럼 및 센서)은 처음에 수평에서 13°로 기울어져 현장에서 일반적으로 보이는 것을 나타낸다.
이 경사(기울기)에 기초하여, 드럼 내에 함유된 그레이 워터의 표면을 나타내는 면이 믹서 드럼의 최저 지점에 대해 다양한 높이로 구현되었다. 다양한 높이들의 각각에 대해, 레벨 표면과 콘크리트의 표면 사이의 부피는 3차원 리만 합법(Rieman sum method)을 사용하여 계산될 수 있다.
각각의 표면 높이에서, 믹서 드럼을 계산적으로 회전시켜 표면 높이에 대한 센서의 위치를 추적했다. 이러한 방식으로, 센서가 표면 아래에 잠겼을 때의 드럼 위치가 결정될 수 있다. 결과적으로, 센서가 표면 아래에 있는 전체 회전의 분율이 각 표면 높이에 대해 결정되었으며, 이는 다시 말해 부피과 관련된다.
따라서, 센서가 그레이 워터와 접촉된 전체 회전의 부피와 분율 사이의 관계가 생성될 수 있다. 이 과정은 다른 드럼 각도들에 대해 반복된다.
도 11a 및 도 11b에서, 예시적인 센서의 위치는 알려진 부피의 물(15 갤런의 그레이 워터)과 접촉하는 콘크리트 믹서 드럼 내에 도시되어 있다. 콘크리트 드럼의 프로파일은 도 11a에 도시되어 있고, 반면에 3차원 모델은 도 1b에 도시되어 있다. 이 실시예에서, 센서는 콘크리트 믹서 드럼 해치의 중심에 6인치 높이로 부착도어 있다. 비록 센서는 드럼 해치상에 위치될 필요는 없지만, 이 위치는 유지 보수 목적을 위해 센서에 쉽게 접근할 수 있다.
또한, 해치가 작은 부피의 그레이 워터에 대해 센서가 물의 안팎으로 회전하는 것을 보장하기 위해 해치는 종종 적절한 위치에 있는 경우가 있다(예를 들어, 센서가 드럼의 개구 근처에 있는 경우, 센서가 적은 부피의 그레이 워터 내로 (또한 밖으로) 회전하지 않을 수 있다). 콘크리트 믹서 드럼의 회전 축이 기울어지면, 그레이 워터의 프로파일이 변경된다.
도 12a에 있어서, 센서가 도 12a 및 도 12b에 도시된 위치에 장착된 전체 회전의 분율과 드럼에서 그레이 워터의 부피 사이의 관계를 결정하도록 하기 위해 드럼의 기하학적 형상은 콘크리트 믹서 드럼의 회전 축과 수평 사이의 각도와 함께 사용된다.
상기 관계는 하나의 선이 아니라, 트럭 각도의 영향으로 인한 영역이며, 이는 도 lib에 도시된다. 이 각도를 알고 있다면, 전체 회전의 분율과 부피 사이의 관계는 도 13에 도시된 바와 같이 단일 선에 접근한다.
실시 예 2
도 14a, 도 14b 및 도 14c에 도시된 바와 같이, 데이터 수집 속도은 도 13에 도시된 유체 부피 - 침지 분율 관계를 사용하여 계산된다.
도 13에서, 예를 들어, 실제 침지 분율이 0.15인 경우, 측정은 초당 1회 수행되며, 측정된 침지 분율은 0.12 내지 0.18일 수 있다.
도 13을 사용하면, 0.12 내지 0.18 범위의 침지 분율은 24.5 갤런 내지 69 갤런의 유체 부피로 해석된다. 상이한 전체 유체 부피들의 경우, 침지 분율 분해능은 예를 들어 2 갤런의 정확도를 달성하도록 도출된다.
다음, 상기 데이터를 드럼 속도와 결합하여, 침지 분수 분해능을 달성하는 데 필요한 판독 수를 계산한다.
도 14a에 도시된 바와 같이, 2 갤런 분해능을 달성하기 위해, 2 rpm의 드럼 속도에 대해 초당 거의 25개의 판독들이 캡쳐될 필요가 있다.
도 14b에 도시된 바와 같이, 2 갤런 분해능을 달성하기 위해, 6rpm의 드럼 속도에 대해 초당 거의 75개의 판독들이 캡쳐될 필요가 있다.
드럼 속도가 20rpm인 경우 초당 판독 수는 도 14c에 도시된 바와 같이 거의 250이다. 이들 경우의 어느 것에 있어서도 드럼 각도는 큰 영향을 미치지 않는다. 실제적인 관점에서, 예를 들어 2 갤런과 같은 소정의 원하는 정확도는 데이터 수집 속도를 하나의 값(예를 들어, 초당 250회 판독 )으로 설정하기 위해 충분하다.
실시 예 3
트럭 각도와 함께 믹서 드럼 내 프로브의 부착 위치는 센서에 의해 검출가능한 최소 부피를 결정한다. 센서가 드럼의 내측 표면 위에 위치되는 높이 역시 최소 부피를 나타낸다 (센서가 높을수록 최소 부피가 커진다).
도 15는, 상기 드럼의 기하학적 형상에 대해 믹서 드럼 해치의 중간에 부착된 프로브 및 드럼의 내측으로부터 6인치 높이의 센서에 대해 검출된 최소 부피에 대한 트럭 각도의 영향을 나타낸다. 이 정보를 아는 것에 의해 그레이 워터 측정에 포함될 수 있으며; 예를 들어, 센서에 의해 물이 검출되지 않더라도, 최소 부피는 배치처리될 다음의 콘크리트 로드를 조정하도록 보수적인 추정값으로 사용될 수 있다. 그러나 콘크리트 빌드업에 문제가 없이 가능한 한 낮게 센서 높이를 설정하는 것이 보다 바람직하다.
실시 예 4
(ISO 7027 : 1999에 기초한) 탁도 센서로 구성되는 물 측정기를 드럼의 내측 표면으로부터 1 인치의 높이의 콘크리트 믹서 드럼 내측에 부착했다. 드럼 속력을 아는 것에 의해 물의 안팎에 있어서의 시간도 계산된다.
도 11a에 도시된 드럼의 기하학적 형상 및 수평에 대한 콘크리트 믹서 드럼의 회전 축의의 13°의 기울기에 기초하여, 도 13에 도시된 것과 유사하게, 물의 부피는 상기 물 측정기 및 시간 분율의 결과에 기초하여 계산될 수 있다.
사용된 실제 방정식은 V = -8.76-166 x F + 0.11.1 x exp(10.774 x F)이며, 여기에서 V는 그레이 워터의 부피, F는 시간 침지 분율이고 exp는 지수 함수이다. 물의 부피는 몇배로 증가한 반면, 분율은 적어도 평균 3회 회전의 평균으로부터 계산되고 도 16에 도시되었다.
단일 회전으로부터 결과와 여러번 회전의 평균으로부터의 결과는 그레이 워터 부피의 예측에 따른 개선을 보여주기 위해 그려진다. 도시된 바와 같이, 시 분율 방법으로부터 예측된 물 부피는 실제 물 부피와 일치한다.
실시 예 5
실시 예 5에서, 콘크리트 믹서 드럼의 기하학적 형상은 알려지지 않은 것으로 가정되었고, 실시 예 4의 결과는 두 개의 그룹으로 분할되었다: 경험적 보정을 생성하기 위한 6개의 데이터 포인트 및 보정을 테스트하기 위한 5개의 데이터 포인트.
차수 2의 다항식을 사용한 회귀 분석을 사용하여 센서가 물에 있는 시간의 분율과 실제 물 부피 사이의 교정 곡선을 작성했다. 이 방정식은 V = 35.5-620 x F + 3530 x F2인 것으로 발견되었다. 여기에서 V는 그레이 워터의 부피가고, F는 시간 침지 분율이다.
다음, 최적 맞춤을 나머지 5개 포인트에 적용하였으며, 이는 도 17과 같이 되고 보정에 기초하여 예측된 물 부피 대 실제의 물 부피를 나타낸다. 또한, 예측은 실제 물 부피와 일치할 수 있다.
이 실시 예에서는 다항 함수(2차)가 사용되었지만, 실시 예 4에서는 지수 함수가 사용되었다는 점에 유의해야 한다. 이것은 둘 다 적절한 함수 계수로 부피와 침지 분율 사이의 관계를 구성하는 데이터의 형태에 맞출 수 있음을 보여준다. 다른 함수들도 물론 데이터의 형태에 맞출 수 있다.
본 실시 예는 본 명세서에서 달리 기술되고 청구된 바와 같이 범위를 제한하도록 의도되지 않은 제한된 수의 예시적인 실시 예를 사용하여 본 명세서에서 설명된 것이다.

Claims (30)

  1. 믹서 드럼 내로의 새로운 콘크리트 로드의 정확한 배칭을 제공하기 위해 상기 믹서 드럼으로부터 배출된 이전의 콘크리트 로드로부터 믹서 드럼에 남아있는 그레이 워터 함량을 결정하기 위한 방법으로, 상기 방법은,
    (A) 내측 부피 및 회전 축을 갖는 콘크리트 믹서 드럼을 제공하는 단계;
    (B) 상기 믹서 드럼의 회전 동안, 상기 센서가 상기 내측의 임의의 물에 침지된 상태 및 침지되지 않은 상태 모두 개별적으로 달성하고 상기 상태의 각각을 나타내는 신호를 생성하도록, 상기 믹서 드럼의 상기 내측 부피의 위치에 장착된 적어도 하나의 센서를 제공하는 단계;
    (C) 상기 센서가 상기 내측의 임의의 물에 침지된 상태 및 침지되지 않은 상태 모두를 개별적으로 달성하도록 콘크리트 믹서 드럼을 회전시키는 단계;
    (D) 상기 콘크리트 믹서 드럼의 회전 축과 수평 사이의 각도를 결정하는 단계;
    (E) 상기 단계 (C)의 회전에 기초하여 센서가 달성하는 침지 분율 또는 역 분율을 결정하는 단계;
    (F) 상기 침지 분율 또는 역 분율을 상기 믹서 드럼과 실질적으로 기하학적으로 유사한 용기에 있는 물의 대응하는 부피에 상관시키는 데이터를 제공하는 단계;
    (G) 상기 단계 (E)에서 결정된 침지 분율을 상기 단계 (F)의 데이터와 비교하고, 콘크리트 믹서 드럼의 회전 축과 상기 단계 (D)에서 결정된 수평 사이의 각도를 비교함으로써 상기 믹서 드럼의 그레이 워터 함량을 결정하는 단계; 및
    (H); 검출된 그레이 워터 함량이 미리 규정된 한계보다 큰 경우 경보를 생성하고, 상기 단계 (G)에서 결정된 그레이 워터 함량에 기초하여, 상기 새로운 콘크리트 로드에서 물의 백분율을 변경하고, 상기 단계 (G)에서 결정된 그레이 워터 함량에 기초하여 상기 믹서 드럼으로부터의 그레이 워터의 적어도 일부를 배출하는 단계 또는 이들의 조합을 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 콘크리트 믹서 드럼은 트럭에 장착되는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서는, 전기적 저항 센서, 전기적 커패시턴스 센서, 음향 센서, 마이크로파 센서, 핵 공명 센서 또는 광 센서인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 믹서 드럼은 길이 및 상기 믹서 드럼을 회전시키는 모터를 갖고, 상기 적어도 하나의 센서는 상기 모터에 가장 가까운, 상기 믹서 드럼의 길이를 따라 저부 3분의 1에 위치하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서는 믹서 드럼의 내측 표면으로부터 8 인치 미만에 위치되는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서는 믹서 드럼의 내측 표면으로부터 2 인치 미만에 위치되는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서는, 믹서 드럼의 내측 표면으로부터 1/2 인치 미만에 위치되는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서는, 분당 2 이하의 드럼 회전 속도에 대해 초당 적어도 5회 측정을 행하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서는, 분당 6회전 이하 또는 분당 2회전 초과의 드럼 회전 속도에 대해 초당 적어도 15회 측정을 행하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서는, 분당 6회전 초과의 드럼 회전 속도에 대해 초당 적어도 50회 측정을 행하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 단계 (D)에서 결정된 각도는 드럼에 장착된 가속도계에 의해 제공되는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 단계 (E)에서 결정된 침지 분율 또는 역 분율은 센서 출력의 가변성에 기초하는 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 단계 (E)에서 결정된 침지 분율 또는 역 분율은, 센서가 드럼 회전을 완료하기 위한 전체 시간에 비교되는 그레이 워터를 검출하는 시간에 기초하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 회전을 완료하기 위한 전체 시간은 믹서 드럼 회전 속도에 기초하는 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 단계 (E)에서 결정된 침지 분율은, 드럼 회전을 완료하기 위해 이동된 전체 거리에 비교되는 그레이 워터를 검출하는 동안 상기 적어도 하나의 센서가 이동되는 거리에 기초하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서의 위치는 믹서 드럼에 장착된 가속도계에 의해 결정되는 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 단계 (F)에서 생성된 데이터는, 믹서 드럼의 기하학적 형상 및 상기 적어도 하나의 센서의 위치를 3차원으로 나타내는 데이터의 수집에 기초하는 방법.
  18. 제1항에 있어서, 상기 단계 (F)에서 생성된 데이터는, 실질적으로 기하학적으로 유사한 용기에 있는 물의 적어도 2개의 측정된 부피들에 대응하는 센서 출력들에 기초하는 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 그레이 워터 함량은 믹서 드럼의 적어도 3회의 연속적 회전에 기초하여 결정되는 방법.
  20. 제1항에 있어서, 상기 믹서 드럼은 내측 표면을 갖고, 상기 방법은, 상기 믹서 드럼의 상기 내측 표면에 부착된 물의 양을 결정하는 단계, 및 상기 결정에 기초하여 상기 단계 (G)에서 결정된 그레이 워터 함량의 양을 변경하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  21. 제1항에 있어서, 상기 믹서 드럼 내에 쌓인 경화된 콘크리트의 양을 결정하는 단계, 및 상기 결정에 기초하여 단계 (G)에서 결정된 그레이 워터 함량의 양을 변경하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  22. 제1항에 있어서, 상기 새로운 콘크리트 로드는 물 및 시멘트를 포함하고, 상기 새로운 콘크리트 로드에서 상기 물의 백분율은 수분 함량, 시멘트 함량 또는 이들 둘 모두를 조정함으로써 변경되는 방법.
  23. 제1 시멘트 로드가 용기로부터 배출된 후 내측 부피 및 회전의 축을 갖는 용기에 남아있는 그레이 워터의 부피를 결정하는 방법으로서, 상기 방법은,
    상기 용기를 적어도 하나의 완전한 회전으로 회전시키고 수평에 대하여 상기 용기의 회전 축의 각도를 결정하는 단계;
    상기 내측 부피의 적어도 하나의 센서를 상기 하나의 제1 부분 동안 상기 용기의 그레이 워터에 침지되도록 위치시키는 단계;
    상기 하나의 완전한 회전의 제1 부분 동안 상기 용기 내의 그레이 워터에 침지되도록 하고 상기 하나의 완전한 회전의 제2 부분 동안 상기 용기 내의 그레이 워터에 침지되지 않도록 위치된 상기 내측 부피에 적어도 하나의 센서를 제공하는 단계로, 상기 적어도 하나의 센서는 침지될 때 제1 신호를 발생하고 침지되지 않을 때 제2 신호를 발생하는, 단계;
    상기 하나의 완전한 회전에 대한 상기 제1 부분 또는 상기 제2 부분의 비율을 결정하는 단계;
    상기 용기에서 그레이 워터의 부피를 나타내는 미리 결정된 비율과 상기 비율을 비교하는 단계;
    상기 비교에 기초하여 상기 용기 내에 로딩될 제2 시멘트 로드에 있어서 물의 백분율을 변경하는 단계를 포함하는 방법.
  24. 제1 시멘트 로드가 용기로부터 배출된 후 내측 부피 및 회전 축을 갖는 용기에 남아있는 그레이 워터의 부피를 결정하는 방법으로서,
    상기 용기를 적어도 하나의 완전한 회전으로 회전시키고 수평에 대하여 상기 용기의 회전 축의 각도를 결정하는 단계;
    상기 하나의 완전한 회전의 제1 부분 동안 상기 용기의 그레이 워터에 침지되고 상기 하나의 완전한 회전의 제2 부분 동안 상기 용기의 그레이 워터에 침지되지 않도록 위치된 상기 내측 부피의 적어도 하나의 센서를 제공하는 단계로, 상기 적어도 하나의 센서는 침지될 때 제1 신호를 발생하고 침지되지 않을 때 제2 신호를 생성하는 단계;
    상기 하나의 완전한 회전에 대한 상기 제1 부분 또는 상기 제2 부분의 비를결정하는 단계;
    상기 용기에서 그레이 워터의 부피를 나타내는 미리 결정된 비율과 상기 비율을 비교하는 단계; 및
    상기 용기로부터 상기 그레이 워터의 적어도 일부를 배출하는 단계를 포함하는 방법.
  25. 제1 시멘트 로드가 용기로부터 배출된 후 내측 부피 및 회전 축을 갖는 용기에 남아있는 그레이 워터의 부피를 결정하기 위한 시스템으로서,
    수평에 대한 상기 용기의 회전 축의 각도가 결정될 수 있도록 상기 용기를 적어도 하나의 완전한 회전으로 회전시키기 위한 모터;
    상기 하나의 완전한 회전의 제1 부분 동안 상기 용기의 그레이 워터에 침지되도록 하고 상기 하나의 제2 부분 동안 상기 용기의 그레이 워터에 침지되지 않도록 위치된 상기 용기의 내측 부피에 있는 적어도 하나의 센서로, 상기 적어도 하나의 센서는 침지될 때 제1 신호를 발생하고 침지되지 않을 때 제2 신호를 생성하는, 적어도 하나의 센서;
    상기 센서가 침지되는 전체 회전의 일부분 또는 상기 센서가 침지되지 않는 전체 회전의 일부분인 침지 분율을 결정하기 위한 위치 결정 장치 또는 시간 결정 장치;
    상기 제1 및 제2 신호들을 수신하기 위한 상기 적어도 하나의 센서와 또한 상기 위치 검출 장치 또는 상기 시간 결정 장치와 통신하고 상기 제1 부분 또는 상기 제2 부분 대 상기 하나의 완전한 회전에 대한 비를 계산하고 상기 비에 기초하여 상기 용기 내의 그레이 워터의 부피를 결정하도록 구성되는 프로세서를 포함하는 시스템.
  26. 제25항에 있어서, 상기 프로세서와 통신하는 메모리를 추가로 포함하고,
    상기 메모리는 각각의 물의 부피에 대해 침지 분율의 비율을 상관시키는 보정 커브를 포함하며, 상기 프로세서는 상기 보정 커브를 사용하여 상기 상기 비에 기초하여 상기 용기에서의 그레이 워터의 부피를 결정하도록 하는 시스템.
  27. 제25항에 있어서, 상기 프로세서와 통신하는 메모리를 추가로 포함하고,
    상기 메모리는 상기 용기의 기하학적 표현을 포함하고, 상기 프로세서는 상기 기하학적 표현을 사용하여 상기 그레이 워터의 부피를 결정하는 시스템.
  28. 제25항에 있어서, 상기 용기는 콘크리트 믹서 드럼인 시스템.
  29. 제1 시멘트 로드가 상기 용기로부터 배출된 후 내측 부피 및 회전 축을 갖는 용기에 잔류하는 그레이 워터의 함량을 결정하기 위한 시스템으로서, 상기 시스템은,
    내측 부피를 갖는 회전 가능한 콘크리트 믹서 드럼;
    상기 회전 가능한 콘크리트 믹서 드럼의 상기 내측 부피의 적어도 하나의 센서로서 상기 회전 가능한 콘크리트 믹서 드럼의 회전 동안, 적어도 하나의 센서가 상기 내측 부피에 있어서의 물의 침지 상태 및 침지되지 않은 상태 둘 다를 개별적으로 달성하도록 위치되고, 이러한 각 상태를 나타내는 신호를 발생하도록 하는, 적어도 하나의 센서.
    상기 센서가 침지되는 전체 회전의 일부분 또는 상기 센서가 침지되지 않는 전체 회전의 일부분인 침지 분율을 결정하기 위한 위치 결정 장치 또는 시간 결정 장치; 및
    상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 시스템이, 상기 센서가 상기 침지된 상태에 있는 동안 상기 회전 가능한 콘크리트 믹서 드럼의 회전의 침지 분율을 결정하거나 또는 상기 센서가 상기 침지되지 않은 상태에 있는 동안 상기 회전 가능한 콘크리트 믹서 드럼의 회전의 역 침지 분율을 결정하도록 하고; 상기 콘크리트 믹서 드럼과 실질적으로 기하학적으로 유사한 용기 내의 물의 대응 부피에 대해 상기 침지 분율 또는 역 침지 분율을 상관시키고; 상기 상관에 기초하여 상기 콘크리트 믹서 드럼에서의 그레이 워터의 부피를 결정하도록 하는 명령들을 내장하는 메모리를 갖는 프로세서를 포함하는 시스템.
  30. 제29항에 있어서, 상기 메모리는 명령들을 추가로 포함하고, 상기 명령들은, 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 회전 가능한 콘크리트 믹서 드럼의 회전 축과 수평 사이의 각도를 사용하여 상기 상관에 기초하여 상기 콘크리트 믹서 드럼 내의 그레이 워터의 부피를 결정하도록 하는 시스템.
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