專利名稱：一種砂石含水率自動(dòng)測(cè)試儀及測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)量儀器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種砂石含水率自動(dòng)測(cè)試儀及測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
混凝土幾種組成成分中，以砂子的含水率變化幅度最大，變化的周期亦短，例如經(jīng)過一 段較長的晴天，砂中含水率可以低至3%~5%，經(jīng)過一場(chǎng)雨，砂石中含水率可以達(dá)到飽和狀態(tài) 13% 14%，水分在自重作用下，逐漸流出，幾個(gè)小時(shí)后砂石的含水率又下降至10% 12%， 砂石在混凝土中占比很大，對(duì)混凝土質(zhì)量的影響也很大，因此測(cè)定砂石含水率對(duì)控制水灰比， 提高混凝土產(chǎn)品的質(zhì)量，準(zhǔn)確地按配合比進(jìn)行生產(chǎn)是必要的。而混凝土的主要質(zhì)量指標(biāo)強(qiáng)度 除了取決于水泥等材質(zhì)外，很大程度上取決于水灰比。因此要保證混凝土生產(chǎn)的質(zhì)量，首先 要在生產(chǎn)中準(zhǔn)確的掌握用水量。但在實(shí)際生產(chǎn)中，攪拌站用的砂子一般都是露天堆放，其含 水率隨堆放時(shí)間、方式、部位和氣候的不同而變化很大，尤其是在夏季晴雨交替時(shí)更為明顯。 按固定的含水率進(jìn)行修正顯然不能保證混凝土的質(zhì)量，而實(shí)際生產(chǎn)中為保證混凝土的強(qiáng)度， 又往往采取多加水泥的方法，造成了水泥的浪費(fèi)。為此國家下達(dá)的攪拌工藝改造任務(wù)中，"砂 石含水率在線測(cè)定和自動(dòng)補(bǔ)償"是其中的一個(gè)子項(xiàng)，其目的是要在稱重系統(tǒng)已經(jīng)準(zhǔn)確可靠地 基礎(chǔ)上，加上砂石含水率在線測(cè)定和自動(dòng)補(bǔ)償——"增砂減水"以進(jìn)一步提高混凝土質(zhì)量， 節(jié)約水泥。
目前，測(cè)量骨料中水分的方法可以分為以下幾種
(1) 人工采樣烘干求出含水率，這種方法如果操作仔細(xì)，儀器精確，結(jié)果很準(zhǔn)。但需要 時(shí)間長，無法達(dá)到隨時(shí)調(diào)整的要求，更無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
(2) 將骨料中的含水率轉(zhuǎn)變?yōu)榛镜碾妳?shù)，測(cè)量這些電參數(shù)，間接地知道含水率。主 要有電阻法和電容法。由于影響電阻或電容量變化的因素比較多，因此精度很難保證。
(3) 利用放射性作用來測(cè)量含水率，主要是甩中子與氫核的作用來測(cè)定含水率，這種方 法是八十年代發(fā)展起來的技術(shù)，美國、西歐和日本都在研究。主要缺點(diǎn)是成本太高。
(4) 利用紅外線、微波等電磁波在含水介質(zhì)中傳播時(shí)的衰減、吸收等特性進(jìn)行測(cè)量，這 種方法尚未在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供一種砂石含水率自動(dòng)測(cè)試儀及測(cè)量方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種砂石含水率自動(dòng)測(cè)試儀，包括稱重傳感器、刮板、 盛砂容器、底部氣動(dòng)門、汽動(dòng)閥門和測(cè)量儀表，其中盛砂容器側(cè)壁上裝有稱重傳感器，稱重 傳感器與測(cè)量儀表連接，盛砂容器上表面裝有刮板，盛砂容器底部裝有氣動(dòng)門，氣動(dòng)門與氣 動(dòng)閥門相連。
測(cè)量儀表由放大電路、濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、串口通信，顯示與鍵盤接口等幾
個(gè)部分組成，其連接關(guān)系是放大電路的輸入端接傳感器，放大電路的輸出端接濾波器，濾波
器與A/D轉(zhuǎn)換器相接，A/D轉(zhuǎn)換器通過光電隔離電路與單片機(jī)相連，顯示與鍵盤接口及串口 通信電路分別與單片機(jī)相連，單片機(jī)中嵌入了砂石含水率測(cè)試計(jì)量軟件。 一種砂石含水率自動(dòng)測(cè)試儀的測(cè)量方法，包括以下步驟
(1) 使用自動(dòng)砂石含水率測(cè)試儀測(cè)出盛砂容器中盛滿沙時(shí)的重量y;
(2) 將重量y的信號(hào)依次通過放大電路、濾波器和A/D轉(zhuǎn)換器傳給單片機(jī)，單片機(jī)通過 公式計(jì)算出含水率x，公式如下y=aX2+bx+C ;
(3) 重復(fù)步驟(1)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定次數(shù)n結(jié)束，n〉l， n為自然數(shù)，求出平均含水率；
(4) 退出。
所述的公式y(tǒng)=aX2+bx+C ,式中a， b， c通過標(biāo)定來確定，具體方法如下將含水率為 2%的砂石裝入盛砂容器中，用刮板刮平，保證每次采樣的砂石體積一定，這時(shí)測(cè)量出盛砂容 器的重量y;再將含水率為3%的砂石裝入盛砂容器中，用刮板刮平，這時(shí)測(cè)量出盛砂容器的 重量y;如此反復(fù)多次可以計(jì)算中式中的a， b， c。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的砂石含水率自動(dòng)測(cè)試儀可以廣泛地應(yīng)用于產(chǎn)品的混凝土 攪拌站等工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，它可以起到減員增效、節(jié)支創(chuàng)收、減少誤差、縮短作業(yè)時(shí)間、改善操作 條件、降低能源和材料的消耗的作用，還可以提高管理、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度， 以及加強(qiáng)企業(yè)管理、改善經(jīng)營等多方面的作用，從而大大提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。


圖1為本發(fā)明的砂石含水率自動(dòng)測(cè)試儀結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明為砂石含水率測(cè)試儀系統(tǒng)連接圖4為本發(fā)明的砂石含水率測(cè)試儀電路原理圖5為本發(fā)明的砂石含水率測(cè)試儀放大轉(zhuǎn)換模塊、A/D變換器連接示意圖； 圖6為本發(fā)明的顯示和鍵盤的電路原理圖7為本發(fā)明的砂石含水率測(cè)試儀的通訊電路與單片機(jī)的連接示意8為本發(fā)明的砂石含水率測(cè)試儀A/D采樣標(biāo)定程序流程圖； 圖9為本發(fā)明的砂石含水率測(cè)試儀計(jì)算含水率程序流程圖； 圖10為本發(fā)明的砂石含水率測(cè)試儀軟件工作流程圖； 圖11為本發(fā)明的砂石含水率測(cè)試儀濾波器電路原理圖； 圖12為本發(fā)明的AD620內(nèi)部框圖13為本發(fā)明實(shí)施例的砂石含水率測(cè)試儀A/D變換器的參考電壓電路圖； 圖14為本發(fā)明的A/D變換器和單片機(jī)連接圖15為本發(fā)明一種實(shí)施例實(shí)際測(cè)量中等體積條件下砂石含水率對(duì)重量的影響關(guān)系圖； 圖16為本發(fā)明實(shí)施例實(shí)際測(cè)量中自然堆積條件下砂石含水率對(duì)重量的影響關(guān)系圖中1稱重傳感器，2刮板，3盛砂容器，4氣動(dòng)門，5氣動(dòng)閥門，6砂稱量斗，7 料倉，8砂石含水率測(cè)試儀，9測(cè)量儀表，IO平皮帶。
具體實(shí)施例方式
例l:結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明
本發(fā)明的砂石含水率自動(dòng)測(cè)試儀，由盛砂容器3、稱重傳感器l、氣動(dòng)門4、刮板2、氣
動(dòng)閥門5和測(cè)量儀表9等組成(如圖l)，其中盛砂容器3設(shè)在料倉7的出口處，盛砂容器3 上裝有三只稱重傳感器l，三只稱重傳感器1并聯(lián)在一起，與測(cè)量儀表9連接，稱重傳感器l 采用YZC-328S，量程為50KG，精度為1. 9995mV/V。測(cè)量儀表9由放大電路、濾波器、A/D轉(zhuǎn) 換器(如圖2)、單片機(jī)、串口通信，顯示與鍵盤接口 (如圖5)等幾個(gè)部分組成。本實(shí)施 例采用由Analog Devices公司開發(fā)的AD620儀用放大器構(gòu)成稱重傳感器輸出信號(hào)的前置放大 單元。稱重傳感器受壓力后產(chǎn)生和所受壓力成正比的差模輸出信號(hào)接入放大器AD620的2、 3 腳，經(jīng)過放大后從AD620的5/6腳輸出，經(jīng)過放大后的信號(hào)接入低通濾波器電路ui，產(chǎn)生出 平穩(wěn)的輸出信號(hào)從uo輸出，濾波器電路如圖10所示，A/D轉(zhuǎn)換器采用ADS7816是Burr Brown 公司生產(chǎn)12位串行A/D轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換速度可達(dá)到200Kbps，它和單片機(jī)采用SPI接口。經(jīng) 過濾波的信號(hào)接入A/D轉(zhuǎn)換器的2、 3腳，A/D轉(zhuǎn)換器把輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量 通過光電隔離后從5、 6、 7腳送給單片機(jī)。單片機(jī)采用宏晶公司80C51單片機(jī)家族的衍生品 STC89C58，其兼容標(biāo)準(zhǔn)51指令集、內(nèi)部集成了 32K的Flash程序存儲(chǔ)器、1K的RAM數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器(如圖5)。單片機(jī)從l、 2、 3腳串行接入信號(hào)后根據(jù)預(yù)先編制好的程序?qū)Σ蓸舆M(jìn)來的數(shù) 據(jù)進(jìn)行處理和運(yùn)算，并把處理和運(yùn)算的結(jié)果送給控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。同時(shí)用戶可以使用鍵盤 對(duì)整個(gè)儀表進(jìn)行操作。單片機(jī)利用Rxd和Txd腳串行通訊電路和上位機(jī)進(jìn)行交換數(shù)據(jù)。
使用本發(fā)明砂石含水率測(cè)試儀前，要對(duì)測(cè)量儀表、稱重傳感器及A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行標(biāo)定(如 圖7所示)，具體標(biāo)定過程如下:首先采集出空載時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器的輸出碼值adoutl，此時(shí)的重量為0，然后加上單位重量的砝碼(例如100kg)此時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器的輸出碼值為adout2。根 據(jù)式1可計(jì)算出比例因子K。
K=(100kg-0kg)/(adout2-adout 1) (式1)
此時(shí)標(biāo)定結(jié)束，正常稱量時(shí)采集A/D轉(zhuǎn)換器的輸出碼值為adout3，根據(jù)式2可以計(jì)算出 凈砂石的重量T。
T= (adout3-adout 1) *K (式2)
標(biāo)定結(jié)束后將標(biāo)定結(jié)果存入計(jì)算機(jī)。
本發(fā)明的砂石含水率測(cè)試儀計(jì)算含水率過程如下
(1) 開始；
(2) 初始化各元器件；
(3) 取A/D零點(diǎn)adout 1;
(4) 對(duì)A/D進(jìn)行采樣，確定砂巳滿，進(jìn)入步驟(5);砂未滿，重復(fù)步驟(4);
(5) 刮板將盛砂容器中的砂刮平，測(cè)出此時(shí)盛砂容器中盛滿砂時(shí)的重量y，利用公式 y=ax2+bx+c，求出含水率x， a， b， c的值通過以下標(biāo)定方法來確定
對(duì)同一種砂而言，將含水率為2%的砂石裝入盛砂容器中，用刮板刮平，保證每次采樣 的砂石體積一定，這時(shí)測(cè)量出盛砂容器的重量y1;再將含水率為3%的砂石裝入盛砂容器中， 用刮板刮平，這時(shí)測(cè)量出盛砂容器的重量y2;再將含水率為5%的砂石裝入盛砂容器中，用 刮板刮平，這時(shí)測(cè)量出盛砂容器的重量y3;如此反復(fù)3次可以計(jì)算中式中的a， b， c，再 把a(bǔ)， b， c帶入上式y(tǒng):a +bx+c，求出x;
(6) 重復(fù)步驟(5)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定次數(shù)n結(jié)束，n〉1， n為自然數(shù)，求出平均含水率；
(7) 退出。
最后的試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)砂石的含水率和重量之間并不是成線性關(guān)系的(見圖15、 16)。
權(quán)利要求
1、一種砂石含水率自動(dòng)測(cè)試儀，其特征是包括稱重傳感器、刮板、盛砂容器、氣動(dòng)門、氣動(dòng)閥門和測(cè)量儀表，其中盛砂容器壁上裝有稱重傳感器，稱重傳感器與測(cè)量儀表連接，盛砂容器上表面裝有刮板，盛砂容器底部裝有氣動(dòng)門，氣動(dòng)門與氣動(dòng)閥門相連。
2、 一種如權(quán)利要求1所述的砂石含水率自動(dòng)測(cè)試儀的測(cè)量方法，其特征是包括以下步驟(1)使用自動(dòng)砂石含水率測(cè)試儀測(cè)出盛砂容器中盛滿砂時(shí)的重量y; (2)將重量y的信 號(hào)依次通過放大電路、濾波器和A/D轉(zhuǎn)換器傳給單片機(jī)，單片機(jī)通過公式計(jì)算出含水率x， 公式如下y=aX2+bx+c ，式中a， b， c通過標(biāo)定來確定；(3)重復(fù)步驟(1)，當(dāng)達(dá)到設(shè) 定次數(shù)n結(jié)束，n>l， n為自然數(shù)，求出平均含水率；(4)退出。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種砂石含水率自動(dòng)測(cè)試儀測(cè)量方法，其特征在于公式 y=aX2+bx+C，式中a， b， c通過標(biāo)定來確定，具體方法如下將含水率為x,的砂石裝入盛 砂容器中，用刮板刮平，保證每次采樣的砂石體積一定，這時(shí)測(cè)量出盛砂容器的重量yn 再將含水率為X2的砂石裝入盛砂容器中，用刮板刮平，這時(shí)測(cè)量出盛砂容器的重量y2;再 將含水率為X3的砂石裝入盛砂容器中，用刮板刮平，這時(shí)測(cè)量出盛砂容器的重量y3;如此 反復(fù)3次可以計(jì)算中式中的a， b， c。
全文摘要
一種砂石含水率自動(dòng)測(cè)試儀及測(cè)量方法，屬于計(jì)量儀器技術(shù)領(lǐng)域，包括稱重傳感器、刮板、盛砂容器、氣動(dòng)門、氣動(dòng)閥門和測(cè)量儀表，其中盛砂容器壁上裝有稱重傳感器，稱重傳感器與測(cè)量儀表連接，盛砂容器上表面裝有刮板，盛砂容器底部裝有氣動(dòng)門，氣動(dòng)門與氣動(dòng)閥門相連；測(cè)量方法包括以下步驟(1)測(cè)出盛砂容器中盛滿砂時(shí)的重量y；(2)將重量y的信號(hào)傳給單片機(jī)，單片機(jī)通過公式計(jì)算出含水率x；(3)重復(fù)步驟(1)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定次數(shù)n結(jié)束，n＞1，n為自然數(shù)，求出平均含水率；(4)退出。本發(fā)明可以廣泛地應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，還可以提高管理、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度，從而大大提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。
文檔編號(hào)G01N5/00GK101603907SQ20091001156
公開日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者許世偉 申請(qǐng)人:沈陽天成自動(dòng)化工程有限公司