專利名稱：用于檢測混凝土堿含量的裝置,系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分析儀器，具體涉及一種用于檢測混凝土堿含量的裝置、系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
混凝土原料中含有堿(鉀、鈉離子)，當混凝土處在足夠濕度的環(huán)境中一段時間后，混凝土中的堿(鉀、鈉離子)會與粗細骨料中的活性硅發(fā)生反應，即堿骨料反應。根據(jù) 《混凝土堿含量限值標準》CECS 53 93,《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評定標準》CECS 220 :2007等相關(guān)標準，混凝土堿含量是指混凝土中等當量氧化鈉的含量，以kg/m3計，混凝土原材料的堿含量是指原材料等當量氧化鈉的含量，以重量百分率(％ )計。等當量氧化鈉含量是指氧化鈉與0. 658倍的氧化鉀之和，即“等當量氧化鈉含量=Na2CHO. 658XK20”。堿骨料反應產(chǎn)物膨脹會產(chǎn)生內(nèi)應力，導致混凝土從內(nèi)部膨脹和開裂，對混凝土結(jié)構(gòu)造成有害影響，因此國內(nèi)外非常重視混凝土的堿含量限值。控制混凝土及其原材料的堿含量可以從源頭控制混凝土堿骨料反應的發(fā)生幾率。目前國內(nèi)常用的檢測混凝土及其原材料的堿含量方法通常為火焰光度法或原子吸收光譜法，這兩種方法中所采用的火焰分光光度計和原子吸收光譜儀均需要配備高壓氣瓶使用，且使用中會產(chǎn)生高溫火焰，操作危險，一旦操作失誤容易引起事故。 并且儀器占地較大，一旦固定無法挪動，不適用于混凝土攪拌現(xiàn)場的檢測。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決試驗儀器復雜，操作危險系數(shù)較大，對操作人員要求較高；所用儀器占地較大，不便于攜帶，無法實現(xiàn)現(xiàn)場檢測；試驗流程繁瑣，無法實現(xiàn)快速測量；以及抗化學干擾能力較差的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于檢測混凝土堿含量的裝置、系統(tǒng)和方法。為解決上述技術(shù)問題本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的用于檢測混凝土堿含量的裝置，包括電極檢測單元，與電極檢測單元連接的測試主機，以及與測試主機連接的上位機，所述測試主機包括外殼、設(shè)置在外殼內(nèi)的控制系統(tǒng)，內(nèi)置充電電池；設(shè)置于外殼上的操作面板、鉀電極插口、鈉電極插口 ；所述電極檢測單元包括鉀離子復合電極、鈉離子復合電極及與其配套的導線，所述鉀離子復合電極通過導線與鉀電極插口連接，所述鈉離子復合電極通過導線與鈉電極插口連接，所述鉀電極插口、鈉電極插口通過信號線與控制單元連接。更進一步地，上述操作面板上設(shè)置有顯示屏和鍵盤；所述鍵盤包括背光控制鍵，確定控制鍵，數(shù)字鍵，開關(guān)控制鍵，方向鍵，以及取消控制鍵。本發(fā)明還提供了一種用于檢測混凝土堿含量的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括單片機，用于計算出被測液相中的堿含量；信號采集單元，用于對復合電極的電壓進行采集，信號放大單元，用于對所采集的復合電極的電壓信號進行放大；
時間測量模塊，用于測定所檢測的時間；溫度檢測模塊，用于對室溫進行測量；供電單元，用于對單片機和時間測量模塊提供電源；所述信號采集單元，信號放大單元，時間測量模塊，溫度檢測模塊以及供電單元與單片機通過控制總線電連接。更進一步地，上述系統(tǒng)還包括顯示屏插口，用于與顯示屏連接；
鍵盤插口，用于與鍵盤連接；RS232接口，用于通過上位機與外置的打印機、計算機設(shè)備等連接；所述顯示屏插口，鍵盤插口以及RS232接口與單片機通過控制總線連接。更進一步地，上述單片機內(nèi)集成有中央處理器，用于檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計與運算；固態(tài)存儲器，用于存儲檢測程序；主控板卡，用于檢測數(shù)據(jù)。更進一步地，上述供電單元包括與單片機連接的電源，與電源連接的內(nèi)置電源；以及與時間測量模塊連接的電池。更進一步地，上述信號采集單元包括鉀離子采集模塊，用于對鉀離子復合電極的電壓進行采集；納離子采集模塊，用于對鈉離子復合電極的電壓進行采集。更進一步地，上述信號放大單元包括鉀離子放大模塊，用于對鉀離子采集模塊所采集的信號進行放大；納離子放大模塊，用于對納離子采集模塊所采集的信號進行放大；所述鉀離子放大模塊和納離子放大模塊將放大后的信號發(fā)送給單片機進行運算處理。本發(fā)明還提供了一種用于檢測混凝土堿含量的方法，該方法包括以下步驟將待測物質(zhì)進行預處理后，加入離子抗干擾劑；選擇氧化鈉或氧化鉀模式；將鈉離子復合電極或鉀離子復合電極用標準溶液標定，并確定鈉標準曲線；將鈉離子復合電極或鉀離子復合電極放入預處理后的待測物質(zhì)中；在單片機中輸入測試參數(shù)；通過鈉離子復合電極或鉀離子復合電極實時采集待測樣品的液相電極電位，并將數(shù)據(jù)通過導線傳送至測試主機中；通過測試主機中的信號采集單元采集復合電極檢測到的液相電極電位，再利用信號放大單元將采集的數(shù)據(jù)放大后傳送給單片機；最后通過單片機內(nèi)的中央處理器將液相電極電位與測試參數(shù)綜合統(tǒng)計以及運算后，直接計算出被測液相中的堿含量，可選擇存儲在單片機的內(nèi)存里。更進一步地，上述堿含量的數(shù)據(jù)通過RS232接口經(jīng)連接上位機傳輸至外置計算機內(nèi)，以對相關(guān)數(shù)據(jù)進行讀取或處理；所述堿含量的數(shù)據(jù)存于計算機的固態(tài)存儲器內(nèi)或單片機的內(nèi)存里。
本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點1)本發(fā)明基于離子選擇電極法，利用鉀、鈉元素復合離子選擇電極，快速檢測經(jīng)過處理的新拌混凝土、硬質(zhì)混凝土溶液和混凝土原材料溶液中的氧化鉀、氧化鈉含量，從而最終快速確定混凝土或其原材料中的堿含量。2)本發(fā)明提供的混凝土堿含量檢測裝置輕巧、簡便，操作方便、迅速，可用于現(xiàn)場操作。3)在本發(fā)明提供的混凝土堿含量檢測裝置中設(shè)置的單片機，其數(shù)據(jù)存儲容量較大，可存儲100多個測試數(shù)據(jù)。4)在本發(fā)明提供的混凝土堿含量檢測裝置中設(shè)置的上位機分析軟件，可以將主機中的數(shù)據(jù)批量導入電腦中。


圖1為本發(fā)明中混凝土堿含量檢測裝置的整體示意圖；圖2為本發(fā)明中混凝土堿含量檢測裝置的主視圖；圖3為本發(fā)明中混凝土堿含量檢測裝置的后視圖；圖4為本發(fā)明中混凝土堿含量檢測裝置主控板結(jié)構(gòu)原理框圖；圖5為本發(fā)明中單片機的原理框圖。附圖標記說明電極檢測單元1，鉀離子復合電極101，鈉離子復合電極102，導線103 ；測試主機 2，外殼201，控制系統(tǒng)202，單片機212，中央處理器2121，固態(tài)存儲器2122，主控板卡2123 ； 信號采集單元222，鉀離子采集模塊2221，納離子采集模塊2222 ；信號放大單元232，鉀離子放大模塊2321 ；納離子放大模塊2322 ；供電單元M2，電源M21，內(nèi)置電源對22 ；電池M23 ； 時間測量模塊252，顯示屏插口 262 ；鍵盤插口 272 ；RS232接口 282 ；溫度檢測模塊四2，操作面板203，顯示屏213，鍵盤223 ；背光控制鍵2231，確定控制鍵2232，數(shù)字鍵2233，開關(guān)控制鍵2234，方向鍵2235，取消控制鍵2236 ；鉀電極插口 204，鈉電極插口 205，內(nèi)置充電電池 206 ；上位機3。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明參見圖1-圖3所示，本發(fā)明提供的用于檢測混凝土堿含量的裝置，包括電極檢測單元1、與電極檢測單元1連接的測試主機2、以及與測試主機2連接的上位機3，測試主機2 包括外殼201、設(shè)置在外殼201內(nèi)的控制系統(tǒng)202，內(nèi)置充電電池206 ；設(shè)置于外殼201上的操作面板203、鉀電極插口 204、鈉電極插口 205 ；電極檢測單元1包括鉀離子復合電極101、 鈉離子復合電極102及與其配套的導線103，鉀離子復合電極101通過導線103與鉀電極插口 204連接，鈉離子復合電極102通過導線103與鈉電極插口 205連接，鉀電極插口 204、 鈉電極插口 205通過信號線與控制單元202連接。操作面板203上設(shè)置有顯示屏213和鍵盤223 ；其中，鍵盤223包括背光控制鍵2231，確定控制鍵2232，數(shù)字鍵2233，開關(guān)控制鍵 2234，方向鍵2235，以及取消控制鍵2236。測試主機內(nèi)置內(nèi)存可存儲100組數(shù)據(jù)，為滿足客戶對于存儲空間的需要，另配置專用的上位機，通過RS232接口連線與電腦連接，可直接讀取測試主機中已經(jīng)存儲的數(shù)據(jù)并在電腦上給予修改。參見圖4-5所示，本發(fā)明提供的用于檢測混凝土堿含量的控制系統(tǒng)包括用于計算出被測液相中的堿含量的單片機212，該單片機212內(nèi)集成有用于檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計與運算的中央處理器2121，用于存儲檢測程序的固態(tài)存儲器2122，用于檢測數(shù)據(jù)的主控板卡2123 ；用于對復合電極的電壓信號進行采集的采集單元222，信號采集單元222包括用于對鉀離子復合電極101的電壓進行采集的鉀離子采集模塊2221，用于對鈉離子復合電極 102的電壓進行采集的納離子采集模塊2222。用于對所采集的復合電極的電壓信號進行放大的信號放大單元232，該信號放大單元232包括用于對鉀離子采集模塊2221所采集的信號進行放大的鉀離子放大模塊2321 ；用于對納離子采集模塊2222所采集的信號進行放大的納離子放大模塊2322 ；鉀離子放大模塊2321和納離子放大模塊2322將放大后的信號發(fā)送給單片機 212進行運算處理。用于測定所要檢測時間的時間測量模塊252，用于對室溫進行測量的溫度檢測模塊沈2，用于對單片機212和時間測量模塊252提供電源的供電單元M2，信號采集單元 222，信號放大單元232，時間測量模塊252，溫度檢測模塊四2以及供電單元242與單片機 212通過控制總線電連接，其中供電單元242包括與單片機212連接的電源2421，與電源 2421連接的內(nèi)置電源M22 ；以及與時間測量模塊252連接的電池M23。該系統(tǒng)還包括用于與顯示屏213連接的顯示屏插口沈2 ；用于與鍵盤223連接的鍵盤插口 272 ；用于通過上位機3與外置的打印機、計算機設(shè)備等連接的RS232接口觀2 ；顯示屏插口沈2，鍵盤插口 272以及RS232接口 282與單片機212通過控制總線連接。本發(fā)明提供的用于檢測混凝土堿含量的方法包括以下步驟步驟a將待測物質(zhì)進行預處理；步驟b選擇氧化鈉或氧化鉀模式；步驟c將鈉離子復合電極或鉀離子復合電極用標準溶液標定，并確定鈉標準曲線.
一入 ，步驟d將鈉離子復合電極或鉀離子復合電極放入預處理后的待測物質(zhì)中；步驟e通過鈉離子復合電極或鉀離子復合電極實時采集待測樣品的液相電極電位，并將數(shù)據(jù)通過導線傳送至測試主機中；步驟f通過測試主機中的信號采集單元采集復合電極檢測到的液相電極電位，步驟g再利用信號放大單元將采集的數(shù)據(jù)放大后傳送給單片機；步驟h最后通過單片機內(nèi)的中央處理器將液相電極電位與測試參數(shù)綜合統(tǒng)計以及運算后，直接計算出被測液相中的堿含量，可選擇存儲在單片機的內(nèi)存里。步驟h中已存儲的堿含量數(shù)據(jù)可通過RS232接口經(jīng)連接上位機傳輸至外置計算機內(nèi)，以對相關(guān)數(shù)據(jù)進行讀取或處理，該數(shù)據(jù)也可以存于計算機的固態(tài)存儲器內(nèi)或單片機的內(nèi)存里。本發(fā)明的工作原理如下檢測前先將待測物質(zhì)進行預處理，再加入離子抗干擾劑，用方向鍵2235選擇菜單中的模式，當選擇氧化鈉模式時，將鈉離子復合電極102用標準溶液標定，確定鈉標準曲線，將鈉離子復合電極102放入預處理后的待測物質(zhì)中，測量鈉離子含量，測量后取出鈉電極。當選擇氧化鉀模式時，將鉀離子復合電極101用標準溶液標定，將鉀離子復合電極101 放入待測物質(zhì)，測量鉀離子含量。選擇以上順序可以顛倒。用方向鍵2235選擇菜單中的 “計算”，輸入待測物質(zhì)的氧化鈉百分比和氧化鉀百分比，通過單片機212自動算取堿含量。在實驗過程中，根據(jù)顯示屏213提示的信息，操作人員通過操作鍵盤上的背光鍵 2231，開關(guān)控制鍵2234，確定控制鍵2232，取消控制鍵2236，方向鍵2235 (包括向上、向下、 向左、向右)進行相關(guān)操作，實時采集待測樣品的液相電極電位，并將數(shù)據(jù)通過導線傳送至測試主機2。同時測試主機2通過信號采集單元222采集鉀離子復合電極101或鈉離子復合電極102檢測到的液相電極電位，再利用信號放大單元232將檢測到數(shù)據(jù)放大后傳送給單片機；也可以通過時間測量模塊252測量時間。在測試主機2內(nèi)設(shè)置的單片機212上集成有用于檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計、運算的中央處理器2121、用于存儲檢測程序和檢測數(shù)據(jù)的固態(tài)存儲器2122、主控板卡2123，單片機212通過中央處理器2121將液相電極電位與室溫數(shù)據(jù)、 電壓數(shù)據(jù)、時間數(shù)據(jù)綜合統(tǒng)計、運算，直接計算出被測液相中的堿含量，之后將得出的數(shù)據(jù)通過與計算機連接的RS232接口 282傳輸至外置計算機內(nèi)，在計算機上處理或顯示相關(guān)數(shù)據(jù)，并可以將數(shù)據(jù)保存在計算機的固態(tài)存儲器內(nèi)，同時數(shù)據(jù)也存儲在單片機的內(nèi)存里。本發(fā)明也可脫離電腦單獨使用測試主機2，由單片機212控制與其連接的信號采集單元222，鉀離子采集模塊2221，納離子采集模塊2222，信號放大單元232，供電單元對2， 時間測量模塊252，顯示屏插口沈2 ；鍵盤插口 272 ；RS232接口 282以及溫度檢測模塊四2， 將其實驗數(shù)據(jù)通過顯示屏213上實時顯示，將實驗數(shù)據(jù)存儲在單片機的內(nèi)存里，并可通過 RS232接口 282連接上位機后將數(shù)據(jù)傳輸至電腦中。本發(fā)明中所提到離子選擇電極法中的離子選擇電極是一類化學傳感器，離子選擇電極檢測到電位與溶液中離子的活度的對數(shù)呈線性關(guān)系。離子選擇電極帶有敏感膜，只能對特定的離子或分子態(tài)物質(zhì)有選擇性響應，因此，選擇了不同元素的離子電極，就可以檢測出溶液中的元素活性，最終確定該元素的濃度。本發(fā)明提供的用于檢測混凝土堿含量的裝置輕巧、簡便，操作方便、檢測迅速，可用于現(xiàn)場操作；內(nèi)設(shè)的單片機具有大容量數(shù)據(jù)存儲，可存儲100個測試數(shù)據(jù)；增加的上位機分析軟件，可以將主機中的大量數(shù)據(jù)導入電腦中。以上內(nèi)容是結(jié)合具體實施方式
對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明；對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的前提下，還可以做出若干簡單的推理或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測混凝土堿含量的裝置，包括電極檢測單元、與電極檢測單元連接的測試主機、以及與測試主機連接的上位機，其特征在于所述測試主機包括外殼、設(shè)置于外殼內(nèi)的控制系統(tǒng)，內(nèi)置充電電池；設(shè)置于外殼上的操作面板，鉀電極插口以及鈉電極插口 ；所述電極檢測單元包括鉀離子復合電極、鈉離子復合電極及與其配套的導線； 所述鉀離子復合電極通過導線與鉀電極插口連接； 所述鈉離子復合電極通過導線與鈉電極插口連接； 所述鉀電極插口和鈉電極插口通過信號線與控制單元連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所示的用于檢測混凝土堿含量的裝置，其特征在于所述操作面板上設(shè)置有顯示屏和鍵盤；所述鍵盤包括背光控制鍵，確定控制鍵，數(shù)字鍵，開關(guān)控制鍵，方向鍵，以及取消控制鍵。
3.一種用于檢測混凝土堿含量的控制系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括 單片機，用于計算出被測液相中的堿含量；信號采集單元，用于對復合電極的電壓進行采集； 信號放大單元，用于對所采集的復合電極的電壓信號進行放大； 時間測量模塊，用于測定所檢測的時間； 溫度檢測模塊，用于對室溫進行測量； 供電單元，用于對單片機和時間測量模塊提供電源；所述信號采集單元，信號放大單元，時間測量模塊，溫度檢測模塊以及供電單元與單片機通過控制總線電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于檢測混凝土堿含量的控制系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)還包括顯示屏插口，用于與顯示屏連接； 鍵盤插口，用于與鍵盤連接；RS232接口，用于通過上位機與外置的打印機、計算機設(shè)備等連接； 顯示屏插口，鍵盤插口以及RS232接口與單片機通過控制總線連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于檢測混凝土堿含量的控制系統(tǒng)，其特征在于 所述單片機內(nèi)集成有中央處理器，用于檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計與運算； 固態(tài)存儲器，用于存儲檢測程序； 主控板卡，用于檢測數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于檢測混凝土堿含量的控制系統(tǒng)，其特征在于所述供電單元包括與單片機連接的電源，與電源連接的內(nèi)置電源；以及與時間測量模塊連接的電池。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于檢測混凝土堿含量的控制系統(tǒng)，其特征在于信號采集單元包括鉀離子采集模塊，用于對鉀離子復合電極的電壓進行采集； 納離子采集模塊，用于對鈉離子復合電極的電壓進行采集。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于檢測混凝土堿含量的控制系統(tǒng)，其特征在于所述信號放大單元包括鉀離子放大模塊，用于對鉀離子采集模塊所采集的信號進行放大； 納離子放大模塊，用于對納離子采集模塊所采集的信號進行放大； 所述鉀離子放大模塊和納離子放大模塊將放大后的信號發(fā)送給單片機212進行運算處理。
9.一種用于檢測混凝土堿含量的方法，其特征在于包括 將待測物質(zhì)進行預處理后，加入離子抗干擾劑；選擇氧化鈉或氧化鉀模式；將鈉離子復合電極或鉀離子復合電極用標準溶液標定，并確定鈉標準曲線； 將鈉離子復合電極或鉀離子復合電極放入預處理后的待測物質(zhì)中； 在單片機中輸入測試參數(shù)；通過鈉離子復合電極或鉀離子復合電極實時采集待測樣品的液相電極電位，并將數(shù)據(jù)通過導線傳送至測試主機中；通過測試主機中的信號采集單元采集復合電極檢測到的液相電極電位， 再利用信號放大單元將采集的數(shù)據(jù)放大后傳送給單片機；最后通過單片機內(nèi)的中央處理器將液相電極電位與測試參數(shù)綜合統(tǒng)計以及運算后，直接計算出被測液相中的堿含量，可選擇存儲在單片機的內(nèi)存里。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于檢測混凝土堿含量的方法，其特征在于所述已存儲的堿含量數(shù)據(jù)可通過RS232接口經(jīng)連接上位機傳輸至外置計算機內(nèi)，以對相關(guān)數(shù)據(jù)進行讀取或處理，所述堿含量的數(shù)據(jù)存于計算機的固態(tài)存儲器內(nèi)或單片機的內(nèi)存里。
全文摘要
本發(fā)明提供的用于檢測混凝土堿含量的裝置，系統(tǒng)和方法，其中裝置包括電極檢測單元、與電極檢測單元連接的測試主機、以及與測試主機連接的上位機，測試主機包括外殼、設(shè)置在外殼內(nèi)的控制系統(tǒng)，內(nèi)置充電電池；設(shè)置于外殼上的操作面板，鉀電極插口，鈉電極插口；電極檢測單元包括鉀離子復合電極、鈉離子復合電極及與其匹配的導線；鉀離子復合電極通過導線與鉀電極插口連接；鈉離子復合電極通過導線與鈉電極插口連接；鉀電極插口和鈉電極插口通過信號線與控制單元連接。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)檢測混凝土堿含量試驗儀器復雜、試驗流程較長等技術(shù)問題，具有儀器輕巧便攜、檢測迅速等優(yōu)點。
文檔編號G01N27/416GK102364335SQ20111009163
公開日2012年2月29日 申請日期2011年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月13日
發(fā)明者李曉明, 陳思 申請人:北京耐久偉業(yè)科技有限公司