专利名称：一种砂石含水率自动测试仪及测量方法
技术领域：
本发明属于计量仪器技术领域，特别涉及一种砂石含水率自动测试仪及测量方法。
背景技术：
混凝土几种组成成分中，以砂子的含水率变化幅度最大，变化的周期亦短，例如经过一 段较长的晴天，砂中含水率可以低至3%~5%，经过一场雨，砂石中含水率可以达到饱和状态 13% 14%，水分在自重作用下，逐渐流出，几个小时后砂石的含水率又下降至10% 12%， 砂石在混凝土中占比很大，对混凝土质量的影响也很大，因此测定砂石含水率对控制水灰比， 提高混凝土产品的质量，准确地按配合比进行生产是必要的。而混凝土的主要质量指标强度 除了取决于水泥等材质外，很大程度上取决于水灰比。因此要保证混凝土生产的质量，首先 要在生产中准确的掌握用水量。但在实际生产中，搅拌站用的砂子一般都是露天堆放，其含 水率随堆放时间、方式、部位和气候的不同而变化很大，尤其是在夏季晴雨交替时更为明显。 按固定的含水率进行修正显然不能保证混凝土的质量，而实际生产中为保证混凝土的强度， 又往往采取多加水泥的方法，造成了水泥的浪费。为此国家下达的搅拌工艺改造任务中，"砂 石含水率在线测定和自动补偿"是其中的一个子项，其目的是要在称重系统已经准确可靠地 基础上，加上砂石含水率在线测定和自动补偿——"增砂减水"以进一步提高混凝土质量， 节约水泥。
目前，测量骨料中水分的方法可以分为以下几种
(1) 人工采样烘干求出含水率，这种方法如果操作仔细，仪器精确，结果很准。但需要 时间长，无法达到随时调整的要求，更无法实现自动化。
(2) 将骨料中的含水率转变为基本的电参数，测量这些电参数，间接地知道含水率。主 要有电阻法和电容法。由于影响电阻或电容量变化的因素比较多，因此精度很难保证。
(3) 利用放射性作用来测量含水率，主要是甩中子与氢核的作用来测定含水率，这种方 法是八十年代发展起来的技术，美国、西欧和日本都在研究。主要缺点是成本太高。
(4) 利用红外线、微波等电磁波在含水介质中传播时的衰减、吸收等特性进行测量，这 种方法尚未在工业生产中应用。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种砂石含水率自动测试仪及测量方法。本发明的技术方案是这样实现的 一种砂石含水率自动测试仪，包括称重传感器、刮板、 盛砂容器、底部气动门、汽动阀门和测量仪表，其中盛砂容器侧壁上装有称重传感器，称重 传感器与测量仪表连接，盛砂容器上表面装有刮板，盛砂容器底部装有气动门，气动门与气 动阀门相连。
测量仪表由放大电路、滤波器、A/D转换器、单片机、串口通信，显示与键盘接口等几
个部分组成，其连接关系是放大电路的输入端接传感器，放大电路的输出端接滤波器，滤波
器与A/D转换器相接，A/D转换器通过光电隔离电路与单片机相连，显示与键盘接口及串口 通信电路分别与单片机相连，单片机中嵌入了砂石含水率测试计量软件。 一种砂石含水率自动测试仪的测量方法，包括以下步骤
(1) 使用自动砂石含水率测试仪测出盛砂容器中盛满沙时的重量y;
(2) 将重量y的信号依次通过放大电路、滤波器和A/D转换器传给单片机，单片机通过 公式计算出含水率x，公式如下y=aX2+bx+C ;
(3) 重复步骤(1)，当达到设定次数n结束，n〉l， n为自然数，求出平均含水率；
(4) 退出。
所述的公式y=aX2+bx+C ,式中a， b， c通过标定来确定，具体方法如下将含水率为 2%的砂石装入盛砂容器中，用刮板刮平，保证每次采样的砂石体积一定，这时测量出盛砂容 器的重量y;再将含水率为3%的砂石装入盛砂容器中，用刮板刮平，这时测量出盛砂容器的 重量y;如此反复多次可以计算中式中的a， b， c。
本发明的有益效果是本发明的砂石含水率自动测试仪可以广泛地应用于产品的混凝土 搅拌站等工业现场，它可以起到减员增效、节支创收、减少误差、縮短作业时间、改善操作 条件、降低能源和材料的消耗的作用，还可以提高管理、提高劳动生产率、降低劳动强度， 以及加强企业管理、改善经营等多方面的作用，从而大大提高了生产的自动化程度。
图1为本发明的砂石含水率自动测试仪结构示意图2为本发明整体结构示意图3为本发明为砂石含水率测试仪系统连接图4为本发明的砂石含水率测试仪电路原理图5为本发明的砂石含水率测试仪放大转换模块、A/D变换器连接示意图； 图6为本发明的显示和键盘的电路原理图7为本发明的砂石含水率测试仪的通讯电路与单片机的连接示意8为本发明的砂石含水率测试仪A/D采样标定程序流程图； 图9为本发明的砂石含水率测试仪计算含水率程序流程图； 图10为本发明的砂石含水率测试仪软件工作流程图； 图11为本发明的砂石含水率测试仪滤波器电路原理图； 图12为本发明的AD620内部框图13为本发明实施例的砂石含水率测试仪A/D变换器的参考电压电路图； 图14为本发明的A/D变换器和单片机连接图15为本发明一种实施例实际测量中等体积条件下砂石含水率对重量的影响关系图； 图16为本发明实施例实际测量中自然堆积条件下砂石含水率对重量的影响关系图中1称重传感器，2刮板，3盛砂容器，4气动门，5气动阀门，6砂称量斗，7 料仓，8砂石含水率测试仪，9测量仪表，IO平皮带。
具体实施例方式
例l:结合附图对本发明做进一步说明
本发明的砂石含水率自动测试仪，由盛砂容器3、称重传感器l、气动门4、刮板2、气
动阀门5和测量仪表9等组成(如图l)，其中盛砂容器3设在料仓7的出口处，盛砂容器3 上装有三只称重传感器l，三只称重传感器1并联在一起，与测量仪表9连接，称重传感器l 采用YZC-328S，量程为50KG，精度为1. 9995mV/V。测量仪表9由放大电路、滤波器、A/D转 换器(如图2)、单片机、串口通信，显示与键盘接口 (如图5)等几个部分组成。本实施 例采用由Analog Devices公司开发的AD620仪用放大器构成称重传感器输出信号的前置放大 单元。称重传感器受压力后产生和所受压力成正比的差模输出信号接入放大器AD620的2、 3 脚，经过放大后从AD620的5/6脚输出，经过放大后的信号接入低通滤波器电路ui，产生出 平稳的输出信号从uo输出，滤波器电路如图10所示，A/D转换器采用ADS7816是Burr Brown 公司生产12位串行A/D转换器，其转换速度可达到200Kbps，它和单片机采用SPI接口。经 过滤波的信号接入A/D转换器的2、 3脚，A/D转换器把输入的模拟电压转换成相应的数字量 通过光电隔离后从5、 6、 7脚送给单片机。单片机采用宏晶公司80C51单片机家族的衍生品 STC89C58，其兼容标准51指令集、内部集成了 32K的Flash程序存储器、1K的RAM数据存 储器(如图5)。单片机从l、 2、 3脚串行接入信号后根据预先编制好的程序对采样进来的数 据进行处理和运算，并把处理和运算的结果送给控制系统进行控制。同时用户可以使用键盘 对整个仪表进行操作。单片机利用Rxd和Txd脚串行通讯电路和上位机进行交换数据。
使用本发明砂石含水率测试仪前，要对测量仪表、称重传感器及A/D转换器进行标定(如 图7所示)，具体标定过程如下:首先采集出空载时A/D转换器的输出码值adoutl，此时的重量为0，然后加上单位重量的砝码(例如100kg)此时A/D转换器的输出码值为adout2。根 据式1可计算出比例因子K。
K=(100kg-0kg)/(adout2-adout 1) (式1)
此时标定结束，正常称量时采集A/D转换器的输出码值为adout3，根据式2可以计算出 净砂石的重量T。
T= (adout3-adout 1) *K (式2)
标定结束后将标定结果存入计算机。
本发明的砂石含水率测试仪计算含水率过程如下
(1) 开始；
(2) 初始化各元器件；
(3) 取A/D零点adout 1;
(4) 对A/D进行采样，确定砂巳满，进入步骤(5);砂未满，重复步骤(4);
(5) 刮板将盛砂容器中的砂刮平，测出此时盛砂容器中盛满砂时的重量y，利用公式 y=ax2+bx+c，求出含水率x， a， b， c的值通过以下标定方法来确定
对同一种砂而言，将含水率为2%的砂石装入盛砂容器中，用刮板刮平，保证每次采样 的砂石体积一定，这时测量出盛砂容器的重量y1;再将含水率为3%的砂石装入盛砂容器中， 用刮板刮平，这时测量出盛砂容器的重量y2;再将含水率为5%的砂石装入盛砂容器中，用 刮板刮平，这时测量出盛砂容器的重量y3;如此反复3次可以计算中式中的a， b， c，再 把a， b， c带入上式y:a +bx+c，求出x;
(6) 重复步骤(5)，当达到设定次数n结束，n〉1， n为自然数，求出平均含水率；
(7) 退出。
最后的试验结果证实砂石的含水率和重量之间并不是成线性关系的(见图15、 16)。
权利要求
1、一种砂石含水率自动测试仪，其特征是包括称重传感器、刮板、盛砂容器、气动门、气动阀门和测量仪表，其中盛砂容器壁上装有称重传感器，称重传感器与测量仪表连接，盛砂容器上表面装有刮板，盛砂容器底部装有气动门，气动门与气动阀门相连。
2、 一种如权利要求1所述的砂石含水率自动测试仪的测量方法，其特征是包括以下步骤(1)使用自动砂石含水率测试仪测出盛砂容器中盛满砂时的重量y; (2)将重量y的信 号依次通过放大电路、滤波器和A/D转换器传给单片机，单片机通过公式计算出含水率x， 公式如下y=aX2+bx+c ，式中a， b， c通过标定来确定；(3)重复步骤(1)，当达到设 定次数n结束，n>l， n为自然数，求出平均含水率；(4)退出。
3、 根据权利要求2所述的一种砂石含水率自动测试仪测量方法，其特征在于公式 y=aX2+bx+C，式中a， b， c通过标定来确定，具体方法如下将含水率为x,的砂石装入盛 砂容器中，用刮板刮平，保证每次采样的砂石体积一定，这时测量出盛砂容器的重量yn 再将含水率为X2的砂石装入盛砂容器中，用刮板刮平，这时测量出盛砂容器的重量y2;再 将含水率为X3的砂石装入盛砂容器中，用刮板刮平，这时测量出盛砂容器的重量y3;如此 反复3次可以计算中式中的a， b， c。
全文摘要
一种砂石含水率自动测试仪及测量方法，属于计量仪器技术领域，包括称重传感器、刮板、盛砂容器、气动门、气动阀门和测量仪表，其中盛砂容器壁上装有称重传感器，称重传感器与测量仪表连接，盛砂容器上表面装有刮板，盛砂容器底部装有气动门，气动门与气动阀门相连；测量方法包括以下步骤(1)测出盛砂容器中盛满砂时的重量y；(2)将重量y的信号传给单片机，单片机通过公式计算出含水率x；(3)重复步骤(1)，当达到设定次数n结束，n＞1，n为自然数，求出平均含水率；(4)退出。本发明可以广泛地应用于工业现场，还可以提高管理、提高劳动生产率、降低劳动强度，从而大大提高了生产的自动化程度。
文档编号G01N5/00GK101603907SQ20091001156
公开日2009年12月16日 申请日期2009年5月15日 优先权日2009年5月15日
发明者许世伟 申请人:沈阳天成自动化工程有限公司