一种高精度沥青针入度试验仪的制作方法

本发明涉及沥青针入度性能检测设备，特别涉及一种采用空气轴承结构和气动夹持结构减小接触摩擦、采用测力传感器实现自动对针、采用激光位移传感器实现无接触式测量、采用电子制冷片实现精准恒温、使得沥青针入度指标性能检测精度高的沥青针入度试验仪。

背景技术：

沥青针入度是沥青的主要质量指标之一，是表示沥青软硬程度和稠度、抵抗剪切破坏的能力，反映在一定条件下沥青的相对黏度的指标。

目前，在世界范围内具有代表性的道路沥青的评价体系有三种，即针入度分级体系、粘度分级体系和pg分级体系。

道路沥青的针入度分级体系是根据沥青针入度的大小确定沥青所适应的气候条件和载荷条件。针入度分级体系的主体是人们所熟悉的拉(延度)、扎(针入度)、落(软化点)，辅以沥青的安全性指标闪点、沥青的纯度指标溶解度、沥青的抗老化性能指标薄膜烘箱试验和对生产沥青所用原油的约束指标蜡含量等，构成了沥青的针入度分级体系。

在针入度分级体系中，沥青针入度试验是测定沥青稠度的标准方法。25℃的针入度给出了接近年平均使用温度下的沥青的稠度，研究结果表明，沥青在25℃的针入度下降至20以下时，会出现严重的路面开裂，当沥青的针入度大于30时，会具有高抗开裂性能。沥青的延度与其路用性能有关联关系，有研究表明当13℃时的延度小于5cm时，道路温缩裂缝大量增加。另有研究证实当沥青的针入度为30-50时，针入度相同的沥青，延度小的比延度大的使用性能差。还有人发现越来越多证据表明通过路面使用过程中回收沥青延度试验是判断沥青性能的重要方法。美国53条高速公路的路面回收沥青的性质发现，16℃时的延度下降至3cm或更低时，寒冷天气里将会发生严重的松散现象。由此可见沥青的延度，特别是沥青的低温延度，可以反映沥青的抗开裂性能。在针入度分级体系中，沥青的高温性能是通过沥青的软化点表征的，在同样的针入度下，软化点越高，沥青的高温性能就越好。

即使针入度分级体系中许多指标是经验性的和条件性的，但由于方法和所使用的仪器相对简单，易于普及，在一定程度上可以满足对沥青质量控制的要求，目前美国、欧盟、澳大利亚、日本等国家的现行标准仍保留针入度分级体系，我国的道路沥青分级体系，是在以上针入度分级体系的基础上根据我国的具体情况制定的，基本能够满足对沥青质量的控制，特别是15℃的延度大于100和蜡含量小于3％的技术指标，有效的实现了对生产沥青的原油的限制，保证了沥青的潜在品质，但现有沥青针入度检测装置仍存在不足：

1、传统设备对针调零方式采用手动方式，慢慢放下测针连杆，用适当位置的反光镜或灯光放射观察，使针尖恰好与沥青试样表面接触，然后将位移指示器复位清零，这个中全凭人眼观察的方法测量精度低，人为操作误差大，且人工判读不准确；

2、传统设备加载连杆和位移传感器均为接触式机械连接，在测试时加载过程中是靠加载连杆和砝码自重压下去的，加载连杆是通过导向套支撑，连杆和导向套之间有摩擦力，直接影响到加载的荷载精度，同时无荷载监测读数装置，无法保证加载的荷载是否符合要求；

3、加载连杆在测试之前，是采用机械弹簧锁块压住的，测试时通过连接在锁块上的电磁铁拖动锁块移动，释放加载连杆和其配重砝码给测针施加荷载，由于是采用机械锁紧装置，同样也会影响到荷载和位移的精度；

4、沥青在对温度非常敏感，传统设备对样品的恒温一般是采用人工调节水温或外部恒温水浴将水恒定后通过水泵循环到样品水槽中，由于沥青针入度试验通常采用5℃、15℃、25℃、30℃的温度进行试验，实验室环境温度基本在22℃左右，采用简单温度调节无法保证样品水槽温度控制在±0.1℃的范围。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种高精度沥青针入度试验仪，该试验仪采用空气轴承结构和气动夹持结构减小接触摩擦，采用测力传感器实现自动对针，采用激光位移传感器实现无接触式测量，采用电子制冷片实现精准恒温，使得沥青针入度指标性能检测精度高，同时操作方便，自动化程度高。

本发明的技术方案是:

一种高精度沥青针入度试验仪，它包括机架、测杆测针模块、上下行走模块、样品放置模块、控制模块，所述机架包括水平设置的第一台板和第二台板、及垂直设置于第一台板后端的后支撑板；所述上下行走模块包括固定于后支撑板上的第一轴承座和第二轴承座、及通过轴承套可转动设置于第一轴承座和第二轴承座中间的丝杆、及固定于第一轴承座下方的上下移动伺服电机，所述上下移动伺服电机包括输出轴，所述丝杆穿过第一轴承座且丝杆下端与输出轴连接，所述测杆测针模块包括通过内螺纹结构套设于丝杆上的连接座、及固定于连接座前方的测杆测针支架、及测杆、及测针，所述连接座上下活动、左右限位设置于丝杆上，通过丝杆转动带动连接座和测杆测针支架上下移动，所述测杆测针支架设置有中间台板，所述测针连接于测杆的下端，所述样品放置模块包括设置于第二台板上的恒温水槽、及设置于恒温水槽内的三角支架、及设置于三角支架上用于放置沥青样品的试样杯，所述控制模块包括设置于第一台板前端的主控电路板、及固定设置于机架一侧的触摸式工业控制电脑、及电源按钮、及向上调节开关、及向下调节开关，所述主控电路板与上下移动伺服电机电连接，所述主控电路板与触摸式工业控制电脑相连接，所述触摸式工业控制电脑至少安装有沥青针入度控制程序，所述沥青针入度控制程序至少包括自检程序；

作为改进，所述测杆为柱状结构，由上至下包括配重部、主体部、夹持部，所述主体部的直径大于配重部、夹持部的直径；

作为改进，所述测杆测针支架的中间台板的前下方固定设置有空气轴承套结构，所述空气轴承套结构的中心成型有直径略大于测杆主体部直径的测杆孔，且所述轴承套结构的中下位置设置有气缸腔体，所述中间台板对应测杆位置成型有大于测杆直径的通孔，所述测杆穿过中间台板、测杆孔、气缸腔体设置，所述测杆夹持部处于气缸腔体中心位置，由于测杆夹持部直径小于测杆主体部直径，通过气缸腔体充气能向上顶起测杆，所述空气轴承套结构的中间位置还设置有开口端贴近测杆的导气槽，压缩空气通过导气槽进入空气轴承套结构内，通过气体压力将测杆悬浮支撑在测杆孔的正中间；

作为改进，所述测杆配重部上端设置有测点调节螺杆，所述测点调节螺杆的上端面为激光测点面，通过旋转测点调节螺杆，能调节激光测点面的上下位置，所述测杆测针支架向上远离测点调节螺杆一定距离还设置有激光位移传感器；

作为改进，所述测杆夹持部向下穿过气缸腔体且夹持部下端设置有荷载传感器，所述测针连接于荷载传感器的下端；

作为改进，所述样品放置模块的恒温水槽的内壁设置有通过电脑软件控制温度的电子制冷片，使恒温水槽中的温度保持恒定；

作为改进，所述导气槽、气缸腔体分别通过导气管与空气压缩机相连接，所述气缸腔体与空气压缩机连接的导气管上还设置有电磁阀；

作为改进，所述主控电路板还分别与电磁阀、空气压缩机、激光位移传感器、荷载传感器、电子制冷片电连接，通过主控电路板进行电磁阀、空气压缩机、激光位移传感器、荷载传感器、电子制冷片的控制。

进一步，所述机架底部设置有调平地脚；

进一步，所述第一轴承座、第二轴承座还分别设置有下限位按钮、上限位按钮。

如上所述的一种高精度沥青针入度试验仪，其操作流程如下：

(1)、将加热的沥青样品灌入试样杯中，放置室温中冷却；

(2)、在恒温水槽中加适量的水，通过电源按钮打开试验仪电源，试验仪自动进入自检程序，同时由主控电路板控制，上下行走伺服电机驱动丝杆转动，通过丝杆带动连接座、测杆测针支架移动到丝杆最上端，通过触摸式工业控制电脑设置所需要试验温度，启动恒温控制；

(3)、待恒温水槽的温度达到设定值后，将冷却好的沥青样品试样杯放置在恒温水槽中的三角架上，让沥青样品在恒温水槽中恒温1.5-2.5小时；

(4)、通过空气压缩机接入约0.4mpa的压缩空气，压缩空气进入到空气轴承套结构的测杆孔中，将测杆悬浮支撑在测杆孔的正中间，使测杆与测杆孔无接触摩擦，另一路压缩空气则通过电磁阀后进入到空气轴承套结构的下端气缸腔体中，将测杆和荷载传感器托起上升至最顶部，安装好所需要试验荷载对应的配重砝码，然后将测针安装在荷载传感器的下端；

(5)、对荷载传感器和激光位移传感器进行初始位调零；

(6)、试验开始，主控电路板将驱动上下行走伺服电机带动丝杠转动，通过丝杆带动连接座、测杆测针支架向下快速移动，当测杆测针支架上的测针快要接近沥青样品时，上下行走伺服电机自动减速到低速运行，当测针与沥青样品表面接触时，测针上的荷载传感器将会反馈出力值变化信号，当力值信号达到0.05g的阈值时，仪器将自动判断为测针与沥青样品表面已接触，上下行走伺服电机自动停止并保持位置不动，然后进入试验状态，沥青针入度控制程序自动通过主控电路板启动电磁阀，迅速释放气缸腔体中的气体，让测杆自由落下，通过测杆和配重砝码的自重将测针扎入到沥青样品中，同时启动计时，同步记录位移、荷载、时间的对应数据并获得关系曲线，达到设定时间后停止记录数据，该设定时间为5s，试验结束，并自动计算结果和自动保存数据；

(7)、单次试验结束后，沥青针入度控制程序自动开启电磁阀，让压缩空气进入到气缸腔体中，托起测针及测杆，同时启动上下行走伺服电机驱动丝杆，带动连接座、测杆测针支架上升到试验仪顶端。

(8)、同一沥青样品平行试验至少3次，各测点之间及与试样杯边缘距离大于10mm，每次试验换一根干净测针或将测针取下用蘸有三氯乙烯或煤油溶剂的棉花或布搽拭干净，再用干棉花或布擦干；

(9)、平行试验重复5-7项。

本发明一种高精度沥青针入度试验仪,其有益效果有：

1、该试验仪采用空气支撑轴承和气动支撑减少接触摩擦，采用测力传感器实现自动对针，采用激光位移传感器实现无接触式测量，采用电子制冷片实现精准恒温，使得沥青性能检测精度高的沥青针入度试验仪。

2、通过空气轴承套结构实现测杆的无接触式支撑，能消除测杆支撑时的接触摩擦，从而提高试验精度；

3、通过上下行走模块与测力传感器配合，通过软件程序自动控制方式，实现自动、高精度对针操作，消除人工操作误差；

4、采用激光位移传感器测量，非接触式测量无摩擦，测量精度更高；

5、采用电子制冷片，控温精度高，体积小,节能环保；

6、采用气缸腔体实现气动加载或卸载，并通过电磁阀切换，能减小接触摩擦，进一步提高试验精度；

7、采用触摸式工业控制电脑全自动控制，软件程序自动记录数据并绘制相关曲线，自动计算出针入度指数、当量软化点及当量脆点数据结果，操作方便。

附图说明

图1，为本发明一种高精度沥青针入度试验仪的左视图；

图2，为图1所示实施例的前视图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

实施例：

一种高精度沥青针入度试验仪，它包括机架1、上下行走模块2、测杆测针模块3、样品放置模块4、控制模块5；

所述机架1包括水平设置的第一台板11和第二台板12、及垂直设置于第一台板后端的后支撑板13，所述机架底部设置有调平地脚14；

所述上下行走模块2包括固定于后支撑板上的第一轴承座21和第二轴承座22、及通过轴承套可转动设置于第一轴承座和第二轴承座中间的丝杆23、及固定于第一轴承座下方的上下移动伺服电机24，所述上下移动伺服电机包括输出轴，所述丝杆23穿过第一轴承座且丝杆下端与输出轴连接，所述第一轴承座、第二轴承座还分别设置有下限位按钮25、上限位按钮26；

所述测杆测针模块3包括通过内螺纹结构套设于丝杆上的连接座31、及固定于连接座前方的测杆测针支架32、及测杆33、及测针34，所述连接座上下活动、左右限位设置于丝杆上，通过丝杆转动带动连接座和测杆测针支架上下移动；

所述测杆33为柱状结构，由上至下包括配重部、主体部、夹持部，所述主体部的直径大于配重部、夹持部的直径；

所述测杆测针支架32设置有中间台板321，所述中间台板的前下方固定设置有空气轴承套结构35，所述空气轴承套结构的中心成型有直径略大于测杆主体部直径的测杆孔，且所述轴承套结构的中下位置设置有气缸腔体36，所述测杆穿过测杆孔和气缸腔体设置，所述测杆夹持部处于气缸腔体中心位置，由于测杆夹持部直径小于测杆主体部直径，通过气缸腔体充气能向上顶起测杆，所述空气轴承套结构的中间位置还设置有开口端贴近测杆的导气槽35a，压缩空气通过导气槽进入空气轴承套结构内，通过气体压力将测杆悬浮支撑在测杆孔的正中间；

所述测杆配重部上端设置有测点调节螺杆33d，所述测点调节螺杆的上端面为激光测点面，通过旋转测点调节螺杆，能调节激光测点面的上下位置，所述测杆测针支架向上远离测点调节螺杆一定距离还设置有激光位移传感器37；

所述测杆夹持部向下穿过气缸腔体且夹持部下端设置有荷载传感器38，所述测针34连接于荷载传感器38的下端；

所述样品放置模块4包括设置于第二台板上的恒温水槽41、及设置于恒温水槽内的三角支架42、及设置于三角支架上用于放置沥青样品43的试样杯44，所述恒温水槽盛放有恒温水45，且所述恒温水的水平面高于试样杯上端一定距离，所述恒温水槽的内壁设置有电子制冷片46；

所述导气槽、气缸腔体分别通过导气管连接一空气压缩机6，所述气缸腔体与空气压缩机连接的导气管上还设置有电磁阀7；

所述控制模块5包括设置于第一台板前端的主控电路板51、及固定设置于机架一侧的触摸式工业控制电脑52、及电源按钮53、及向上调节开关54、及向下调节开关55。

如上所述的一种高精度沥青针入度试验仪，其操作流程如下：

(1)、将加热的沥青样品灌入试样杯中，放置室温中冷却；

(2)、在恒温水槽中加适量的水，通过电源按钮打开试验仪电源，试验仪自动进入自检程序，同时由主控电路板控制，上下行走伺服电机驱动丝杆转动，通过丝杆带动连接座、测杆测针支架移动到丝杆最上端，通过触摸式工业控制电脑设置所需要试验温度，启动恒温控制；

(3)、待恒温水槽的温度达到设定值后，将冷却好的沥青样品试样杯放置在恒温水槽中的三角架上，让沥青样品在恒温水槽中恒温1.5-2.5小时；

(4)、通过空气压缩机接入约0.4mpa的压缩空气，压缩空气进入到空气轴承套结构的测杆孔中，将测杆悬浮支撑在测杆孔的正中间，使测杆与测杆孔无接触摩擦，另一路压缩空气则通过电磁阀后进入到空气轴承套结构的下端气缸腔体中，将测杆和荷载传感器托起上升至最顶部，安装好所需要试验荷载对应的配重砝码，然后将测针安装在荷载传感器的下端；

(5)、对荷载传感器和激光位移传感器进行初始位调零；

(6)、试验开始，主控电路板将驱动上下行走伺服电机带动丝杠转动，通过丝杆带动连接座、测杆测针支架向下快速移动，当测杆测针支架上的测针快要接近沥青样品时，上下行走伺服电机自动减速到低速运行，当测针与沥青样品表面接触时，测针上的荷载传感器将会反馈出力值变化信号，当力值信号达到0.05g的阈值时，仪器将自动判断为测针与沥青样品表面已接触，上下行走伺服电机自动停止并保持位置不动，然后进入试验状态，沥青针入度控制程序自动通过主控电路板启动电磁阀，迅速释放气缸腔体中的气体，让测杆自由落下，通过测杆和配重砝码的自重将测针扎入到沥青样品中，同时启动计时，同步记录位移、荷载、时间的对应数据并获得关系曲线，达到设定时间后停止记录数据，该设定时间为5s，试验结束，并自动计算结果和自动保存数据；

(7)、单次试验结束后，沥青针入度控制程序自动开启电磁阀，让压缩空气进入到气缸腔体中，托起测针及测杆，同时启动上下行走伺服电机驱动丝杆，带动连接座、测杆测针支架上升到试验仪顶端。

(8)、同一沥青样品平行试验至少3次，各测点之间及与试样杯边缘距离大于10mm，每次试验换一根干净测针或将测针取下用蘸有三氯乙烯或煤油溶剂的棉花或布搽拭干净，再用干棉花或布擦干；

(9)、平行试验重复5-7项。

本实施例中，所述高精度沥青针入度试验仪，技术参数如下：

1、激光位移测量范围：0-50mm；

2、位移测量精度：0.01mm；

3、位移测量分辨率：0.001mm；

4、加载荷载配重：100g，150g，200g；

5、加载荷载配置精度：0.02g；

6、荷载传感器测量范围：0-250g；

7、测量精度：0.01g；

8、温度控制范围：0-50℃；

9、控温精度：0.1℃；

10、升降速度：0.01-20mm/min,自动设置；

11、测试时间：0-100s软件任意设置；

12、时间记录精度:0.1s。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作一般技术手段的增减或替换，皆应仍属本发明涵盖范围内。