申请/专利权人：长安大学

申请日：2018-12-24

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN109459346B

主分类号：G01N11/00

分类号：G01N11/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2019.04.05#实质审查的生效;2019.03.12#公开

摘要：本发明提供一种混凝土维勃稠度仪及其使用方法，稠度仪包括容器、振动台、圆盘、计时显示器、凹坑、孔道、压电晶片、保险丝和计时模块；容器固定设置在振动台上；圆盘下表面均匀分布有若干个凹坑，凹坑底部设置连通上表面的孔道，圆盘与容器配合；圆盘上固定设置有计时显示器，计时显示器包括压电晶片、保险丝和计时模块，压电晶片与孔道一一对应设置在孔道上端，所有的压电晶片串联后与保险丝和计时模块串联形成检测回路。方法包括步骤1，圆盘下表面与待测的水泥混凝土拌合物接触；步骤2，振动台带动拌合物冲击压电晶片使其发生正压电效应；步骤3，所有压电晶片均被冲击后保险丝熔断，电路断开，计时模块停止计时，时间通过计时显示器显示。

主权项：1.一种混凝土维勃稠度仪，其特征在于，包括容器（1）、振动台（2）、圆盘（6）、计时显示器（7）、凹坑（16）、孔道（17）、压电晶片（18）、保险丝（19）和计时模块（22）；所述的容器（1）固定设置在振动台（2）上，用于盛装待测的水泥混凝土拌合物；圆盘（6）下表面上均匀分布有若干个凹坑（16），凹坑（16）底部设置有连通上表面的孔道（17），圆盘（6）与容器（1）配合；圆盘（6）上固定设置有计时显示器（7），计时显示器（7）包括压电晶片（18）、保险丝（19）和计时模块（22），压电晶片（18）与孔道（17）一一对应设置在孔道（17）上端，所有的压电晶片（18）串联后与保险丝（19）和计时模块（22）串联形成检测回路；所述的压电晶片（18）由石英晶体制成；所述的计时显示器（7）还包括与压电晶片（18）、保险丝（19）和计时模块（22）串联的负载电阻（20）与灯泡（21）；还包括坍落度筒（5）、荷重块（8）、滑杆（9）、套筒（10）、旋转架（12）和漏斗（13）；容器（1）固定设置于振动台（2）上台面的上端，容器（1）内部设置有坍落度筒（5），坍落度筒（5）高于容器（1）的上表面；旋转架（12）竖直设置在振动台（2）的一侧，套筒（10）竖直固定在旋转架（12）的一侧，滑杆（9）与套筒（10）滑动设置，荷重块（8）固定设置在滑杆（9）的下端，荷重块（8）与计时显示器（7）固定；漏斗（13）设置在旋转架（12）的另一侧，且能够与坍落度筒（5）的上端接触配合；当所有的压电晶片（18）均被待测的水泥混凝土拌合物冲击后，保险丝（19）熔断，电路断开，计时模块（22）停止计时，时间通过计时显示器（7）显示。

全文数据：一种混凝土维勃稠度仪及其使用方法技术领域本发明属于材料试验仪器领域，具体为一种混凝土维勃稠度仪及其使用方法。背景技术混凝土维勃稠度仪适用于粒径不大于40mm，坍落度值小于10mm，维勃稠度值在5-30秒之间的干硬性混凝土的测定。传统的混凝土维勃稠度仪测水泥混凝土拌合物稠度时，不仅对测量的界定很模糊，而且在实验中由于水泥浆润湿圆盘底不均匀，判断实验的终点很难，人们很难通过观察判断拌合物恰好布满圆盘的时间临界值，因此该实验通常增加了人为主观的误差。发明内容针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种混凝土维勃稠度仪及其使用方法，操作简单、快捷，能很大程度地减少了人为因素的影响，保证了检测数据的准确性。本发明是通过以下技术方案来实现：一种混凝土维勃稠度仪，包括容器、振动台、圆盘、计时显示器、凹坑、孔道、压电晶片、保险丝和计时模块；所述的容器固定设置在振动台上，用于盛装待测的水泥混凝土拌合物；圆盘下表面上均匀分布有若干个凹坑，凹坑底部设置有连通上表面的孔道，圆盘与容器配合；圆盘上固定设置有计时显示器，计时显示器包括压电晶片、保险丝和计时模块，压电晶片与孔道一一对应设置在孔道上端，所有的压电晶片串联后与保险丝和计时模块串联形成检测回路。优选的，所述的计时模块包括计时器和存储器，计时器串联在检测回路中，存储器连接计时器的输出端。优选的，所述的压电晶片由石英晶体制成。优选的，所述的计时显示器还包括与压电晶片、保险丝和计时模块串联的负载电阻。优选的，所述的计时显示器还包括与压电晶片、保险丝和计时模块串联的灯泡。优选的，所述的计时显示器的精度为0.01s。优选的，所述的凹坑为圆形且直径相同，孔道与凹坑同轴设置。优选的，还包括坍落度筒、荷重块、滑杆、套筒、旋转架和漏斗；容器固定设置于振动台上台面的上端，容器内部设置有坍落度筒，坍落度筒高于容器的上表面；旋转架竖直设置在振动台的一侧，套筒竖直固定在旋转架的一侧，滑杆与套筒滑动设置，荷重块固定设置在滑杆的下端，荷重块与计时显示器固定；漏斗设置在旋转架的另一侧，且能够与坍落度筒的上端接触配合。进一步，还包括立柱，旋转架通过螺栓与立柱固定设置；振动台和容器通过螺母固定，滑杆通过螺钉和套筒固定。一种混凝土维勃稠度仪的使用方法，基于上述任意一种所述的混凝土维勃稠度仪，包括以下步骤，步骤1，将待测的水泥混凝土拌合物倒入容器捣实刮平后，使圆盘下表面与待测的水泥混凝土拌合物接触；步骤2，开启振动台，待测的水泥混凝土拌合物通过圆盘内设置的孔道自下而上冲击压电晶片，压电晶片发生正压电效应；步骤3，当所有的压电晶片均被待测的水泥混凝土拌合物冲击后，保险丝熔断，电路断开，计时模块停止计时，时间通过计时显示器显示。与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：本发明一种混凝土维勃稠度仪，振动台的振动能将容器内待测的水泥混凝土拌合物通过圆盘的孔道飞溅到与圆盘接触的压电晶片，压电晶片就相当于受了外力的作用，根据正压电效应产生电流能使计时显示器工作，当所有的压电晶片都被激发，加之所有压电晶片串联的缘故，计时显示器内的电能会达到一个临界值，能使保险丝熔断，此时电路断开，计时器会停止计时，存储器储存当时的时间值，时间值能通过显示器显示出来，有效解决了人为计时的问题，可以达到自动化的效果，提高了实验的效率，并且利用闭合电路读取时间，很大程度地减少了人为因素的影响，进而保证了检测数据的准确性。进一步的，压电晶片采用石英晶体制作，由于石英的介电常数和压电常数的温度稳定性好，有利于测试的准确性，提高测试效率。进一步的，闭合电路中装有负载电阻，能防保险丝熔断瞬间电路中的电流过大而造成安全事故。进一步的，闭合电路中装有灯泡，当灯泡亮时表明水泥拌合物未完全铺满整个圆盘，当灯泡熄灭时可随即关闭振动装置，方便判断实验的结束。进一步的，传统的混凝土维勃稠度仪时间用秒表计时，准确度只达1s，而采用闭合电路计时，计时显示器能使精度得到大幅增加。本发明混凝土维勃稠度仪的使用方法，振动台的振动将容器内待测的水泥混凝土拌合物通过圆盘的孔道飞溅到与圆盘接触的压电晶片，由于单片压电晶片难以产生足够的表面电荷，在计时显示器中常采用若干片压电晶片串联在一起使用。当待测的水泥混凝土拌合物从孔道喷出后，计时显示器开始工作，当所有的压电晶片都被激发，加之所有压电晶片均为串联，计时显示器内的电能会达到一个临界值，此时保险丝熔断，电路断开，计时器停止计时，存储器储存当时的时间值，时间值能通过显示器显示出来。附图说明图1为本发明维勃稠度仪的结构示意图。图2为本发明维勃稠度仪的圆盘放大图。图3为本发明维勃稠度仪的计时显示器内部闭合电路示意图。图4为本发明维勃稠度仪的压电晶片受力工作示意图。图中：1-容器，2-振动台，3-振动器，4-螺母，5-坍落度筒，6-圆盘，7-计时显示器，8-荷重块，9-滑杆，10-套筒，11-螺钉，12-旋转架，13-漏斗，14-螺栓，15-立柱，16-凹坑，17-孔道，18-压电晶片，19-保险丝，20-负载电阻，21-灯泡，22-计时模块，23-计时器，24-存储器。具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。本发明一种混凝土维勃稠度仪，如图1所示，容器1固定设置于振动台2上台面的上端，用于盛装待测的水泥混凝土拌合物；振动台2之间用弹簧相连，振动器3安装在容器1的正下方，并用螺母4固定相连，优选方案中螺母4为元宝螺母。容器1内部安置有坍落度筒5，坍落度筒5高于容器1的上表面。圆盘6下表面上均匀分布有若干个凹坑16，凹坑16底部设置有连通上表面的孔道17，圆盘6与容器1配合。如图3所示，圆盘6上固定设置有计时显示器7，计时显示器7包括压电晶片18、保险丝19和计时模块22，压电晶片18与孔道17一一对应设置在孔道17上端，所有的压电晶片18串联后与保险丝19和计时模块22串联形成检测回路。计时显示器7的精度为0.01s，压电晶片18由石英晶体制成，所有的压电晶片串联构成一个外加电源。计时模块22内部包括计时器23和储存器24，计时器23串联在检测回路中，存储器24连接计时器23的输出端。在本实施例中，计时显示器7内安装有可编程计时芯片，型号为NE555P；压电晶片18的型号为18F-PZT-44，尺寸规格为Φ8×Φ8×2，单位为mm。如图2所示，圆盘6用塑料制成，在圆盘底部均匀分布有紧密、大小相同的凹坑16，凹坑16为圆形且直径相同，孔道17与凹坑16同轴设置，凹坑16的数量由圆盘6的面积决定，一般直径为230mm的塑料圆盘6可设定有35个凹坑16。旋转架12竖直设置在振动台2的一侧，套筒10竖直固定在旋转架12的一侧，滑杆9通过螺钉11与套筒10滑动设置，滑杆9不产生旷动，也不发生紧涩，带动圆盘6恰好与待测的水泥混凝土拌合物表面相接触。荷载大小不等的荷重块8固定设置在滑杆9的下端，所有的荷重块8固定后与计时显示器7固定；漏斗13设置在旋转架12的另一侧，且能够与坍落度筒5的上端接触配合。所有的荷重块8、圆盘6、滑杆9和计时显示器7的总重量达到实验标准要求的2750g，坍落度筒5在容器1中放好后，旋动旋转架12，使漏斗13底部套在坍落度筒5上，旋转架12、立柱15与振动台2通过螺栓14固定。容器1为金属圆筒，优选方案中，金属为铁或钢，由于金属不透水且有有一定刚度，因此能避免水泥浆向四周飞溅而使夹杂的污水给实验环境造成污染。圆筒1两侧安装有把手，可以方便实验人员提坍落度筒5、观察圆盘6在下降过程中与刮平后的待测水泥混凝土拌合物表面的接触情况。螺母4在容器1外部两侧部分，与振动台2相连，以防振动使容器1与振动台2相脱离。坍落度筒5为金属截头圆锥，坍落度筒5外两侧安有把手。当打开振动开关后，振动器3振动，连同弹簧，使坍落度筒5内的待测水泥混凝土拌合物充分振捣。石英晶片是一种压电材料，具有自发电性和正压电效应。自发电性是指当压电元件受力时会由机械能转换成电能，相当于电源，给所在的闭合回路提供电流，闭合回路处于通路状态。正压电效应是指当晶体受到一个固定方向外力的作用时，内部就产生电极化现象，同时在两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态，此时闭合回路处于断路状态。压电晶片是机械能-电转换关键元件，具有正压电效应，压电晶片采用石英晶体制作，其介电和压电常数的温度稳定性好。通常较多采用双片或多片石英晶体作为压电元件，直接制作力-电转换的压电传感器。如图4所示，当压电晶片18受到固定方向外力的作用时，内部就产生电极化现象，同时在两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体18又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变。本发明一种混凝土维勃稠度仪的使用方法，包括以下步骤，步骤1，将容器1用螺母4固定在振动台2上，放入湿润的坍落度筒5，将待测的水泥混凝土拌合物倒入坍落度筒5，并分三层捣实刮平后，调节螺栓14，使漏斗13旋转，用把手提高坍落度筒5，用滑杆9使圆盘6缓慢地滑动到待测的水泥混凝土拌合物的上方，使圆盘6下表面与待测的水泥混凝土拌合物完全接触，再拧紧螺栓14；步骤2，开动振动台2，水泥通过圆盘6的孔道17自下而上冲击压电晶片18，压电晶片18就相当于受了外力的作用，压电晶片18发生正压电效应，根据压电效应产生电流，当单个压电晶片18产生电流时，灯泡21发光，计时器23启动；步骤3，当所有孔道17都有待测的水泥混凝土拌合浆体时，表明压电晶片18都被激发了，又因为串联的缘故，产生的电流会达到一个临界值，使得保险丝19会熔断，此时检测回路断开，计时器23停止计时，存储器24储存当时的时间值，通过计时显示器7显示出来，加上的负载电阻20此时起到保护电路的作用。在本实施例中，单个压电晶片18受力时产生的电流为0.15A，35个全部压电晶片全部受力，产生的最大电流值5.25A；存储器24为计时类存储器，型号为CDCR83ADBQ。仪器测完后，灯泡21自动熄灭，随即关闭振动器3的开关。最后，拔出电源插头，实验结束。每测完一次，必须将容器1、坍落度筒5、圆盘6洗净擦干，滑杆9涂薄膜黄油，以备下次使用。由于计时显示器7包括有存储器24，可以做两组实验，求平均结果。本实验中测定了两组低塑性的水泥混凝土拌合物的维勃稠度，第一次的数值为8.11s，第二次的数值为8.43s，平均值为8.27s，因此可以看出用本发明的混凝土维勃稠度仪，可以精确到0.01s，并且避免了传统微勃仪计时精度达不到要求而产生四舍五入的现象，从而提高了实验的准确性。本发明利用压电晶片的自发电特性，可以在受外力的情况下，形成电源产生电流，使计时器自动计时，准确读取稠度时间，不需要现场人为计时，减少了人主观界定水泥浆布满圆盘时所造成误差，也减少人为对实验室温度场及其他环境因素的干扰，操作简单、快捷、测量精度高。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的实施范围，比如，电路内部的构想，滑动杆的精细调节，这些修改和变型属于本发明等同技术的范围之内，则本发明也包含这些改动和变型。

权利要求：1.一种混凝土维勃稠度仪，其特征在于，包括容器1、振动台2、圆盘6、计时显示器7、凹坑16、孔道17、压电晶片18、保险丝19和计时模块22；所述的容器1固定设置在振动台2上，用于盛装待测的水泥混凝土拌合物；圆盘6下表面上均匀分布有若干个凹坑16，凹坑16底部设置有连通上表面的孔道17，圆盘6与容器1配合；圆盘6上固定设置有计时显示器7，计时显示器7包括压电晶片18、保险丝19和计时模块22，压电晶片18与孔道17一一对应设置在孔道17上端，所有的压电晶片18串联后与保险丝19和计时模块22串联形成检测回路。2.根据权利要求1所述的一种混凝土维勃稠度仪，其特征在于，所述的计时模块22包括计时器23和存储器24，计时器23串联在检测回路中，存储器24连接计时器23的输出端。3.根据权利要求1所述的一种混凝土维勃稠度仪，其特征在于，所述的压电晶片18由石英晶体制成。4.根据权利要求1所述的一种混凝土维勃稠度仪，其特征在于，所述的计时显示器7还包括与压电晶片18、保险丝19和计时模块22串联的负载电阻20。5.根据权利要求1所述的一种混凝土维勃稠度仪，其特征在于，所述的计时显示器7还包括与压电晶片18、保险丝19和计时模块22串联的灯泡21。6.根据权利要求1所述的一种混凝土维勃稠度仪，其特征在于，所述的计时显示器7的精度为0.01s。7.根据权利要求1所述的一种混凝土维勃稠度仪，其特征在于，所述的凹坑16为圆形且直径相同，孔道17与凹坑16同轴设置。8.根据权利要求1所述的一种混凝土维勃稠度仪，其特征在于，还包括坍落度筒5、荷重块8、滑杆9、套筒10、旋转架12和漏斗13；容器1固定设置于振动台2上台面的上端，容器1内部设置有坍落度筒5，坍落度筒5高于容器1的上表面；旋转架12竖直设置在振动台2的一侧，套筒10竖直固定在旋转架12的一侧，滑杆9与套筒10滑动设置，荷重块8固定设置在滑杆9的下端，荷重块8与计时显示器7固定；漏斗13设置在旋转架12的另一侧，且能够与坍落度筒5的上端接触配合。9.根据权利要求8所述的一种混凝土维勃稠度仪，其特征在于，还包括立柱15，旋转架12通过螺栓14与立柱15固定设置；振动台2和容器1通过螺母4固定，滑杆9通过螺钉11和套筒10固定。10.一种混凝土维勃稠度仪的使用方法，其特征在于，基于权利要求1-9中任意一项所述的混凝土维勃稠度仪，包括以下步骤，步骤1，将待测的水泥混凝土拌合物倒入容器1捣实刮平后，使圆盘6下表面与待测的水泥混凝土拌合物接触；步骤2，开启振动台2，待测的水泥混凝土拌合物通过圆盘6内设置的孔道17自下而上冲击压电晶片18，压电晶片18发生正压电效应；步骤3，当所有的压电晶片18均被待测的水泥混凝土拌合物冲击后，保险丝19熔断，电路断开，计时模块22停止计时，时间通过计时显示器7显示。

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