智能化混凝土性能測(cè)試儀的研究

[摘　要] 　智能化混凝土測(cè)試儀是利用混凝土的流變特性來(lái)測(cè)量混凝土的基本參數(shù)的。該儀器采用了傳感技術(shù)和微電腦技術(shù)，能直接通過(guò)液晶顯示器顯示坍落度值、溫度，預(yù)測(cè)28 天強(qiáng)度，為工程施工和混凝土生產(chǎn)人員提供水灰比、用水量等參考值，并進(jìn)行平均值計(jì)算等。

[關(guān)鍵詞] 　智能化混凝土測(cè)試儀；　流變特性；　粘滯阻力矩；　傳感技術(shù)；　微電腦技術(shù)

1 　技術(shù)基礎(chǔ)介紹

1.1 　新拌混凝土性能測(cè)量原理

    在混凝土生產(chǎn)及施工過(guò)程中，為了保證建筑物的質(zhì)量，必須按照規(guī)定的方法及時(shí)測(cè)定到達(dá)澆灌部位的拌合物的和易性，實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土配合比、攪拌工藝、運(yùn)輸、澆灌作業(yè)的正確性進(jìn)行控制。和易性是一種涉及混凝土多種性能的綜合指標(biāo)，主要指拌合物的稠度， 而稠度即表現(xiàn)為混凝土形成良好密實(shí)、均勻、成型難易程度的性能。

    混凝土拌合物這種性能的產(chǎn)生原因在于，混凝土材料本身具有的流變特性: 經(jīng)攪拌后的新鮮混凝土中，骨料、未水化水泥顆粒、早期水化產(chǎn)物等均處于分散狀態(tài)，同時(shí)彼此保持一定距離而具有較好的流動(dòng)性。但隨著水泥水化的深入進(jìn)行，其固、液、氣相比例不斷發(fā)生變化，在水化持續(xù)40 分鐘～120 分鐘的潛伏期內(nèi)，水泥顆粒表面被一層凝膠覆蓋，顆粒間距逐漸縮小，整個(gè)漿體迅速形成均勻絮凝網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種微觀結(jié)構(gòu)的形成和表現(xiàn)的宏觀現(xiàn)象符合流變學(xué)特性。流變學(xué)是研究材料流動(dòng)和變形的科學(xué)，可反映材料應(yīng)力─應(yīng)變關(guān)系隨時(shí)間發(fā)展演變的規(guī)律。對(duì)于混凝土來(lái)說(shuō)是反映新拌混凝土從加入拌和水開(kāi)始后的粘性、塑性、彈性在混凝土凝固硬化前的變化規(guī)律。目前比較趨于一致的看法是在低流動(dòng)性范圍內(nèi)呈現(xiàn)粘塑性體特性，在中等流動(dòng)性時(shí)又呈現(xiàn)塑性體特征，在大流動(dòng)性范圍，則變?yōu)橘e漢姆體。

半個(gè)世紀(jì)前E·C·Bingham 在研究瓷土、硅藻土等材料時(shí)，提出了賓漢姆體的流變方程。

τ=θt +ηp (dv/ dt)

式中　θt ———屈服應(yīng)力；

ηp ———塑性粘度；

dv/ dt ———速度梯度。

　　水泥漿體及混凝土混合物其流變性能都具有賓漢姆體(Bingham body) 特征。方程式說(shuō)明賓漢姆體τ <θt 時(shí)，在外力達(dá)到屈服應(yīng)力θt 之前，物體具有固態(tài)性質(zhì)，不流動(dòng);τ>θt 時(shí)，材料結(jié)構(gòu)破壞迅速進(jìn)入液態(tài)，

    按牛頓粘性體規(guī)律連續(xù)移動(dòng);外力一旦降低到屈服值以下時(shí)又迅速形成新固態(tài)。混凝土拌合物在攪拌、輸送、澆灌、搗實(shí)、抹平等工序中所須加的外力，首先要克服混凝土拌合物的屈服應(yīng)力θt ，然后是塑性粘度ηpl 。因此θt 和ηpl是反映混凝土和易性的兩個(gè)主要流變參數(shù)。凡影響兩個(gè)參數(shù)的因素也必影響和易性因素。

    由于和易性直接決定了混凝土施工的難易程度， 也直接影響著混凝土硬化后的物理力學(xué)性能，因此它一直是混凝土生產(chǎn)工藝中很重要的性能，但至今對(duì)于它的確切含義各國(guó)學(xué)者眾說(shuō)不一。

    1932 年T·C·Powers 曾把和易性定義為“混凝土拌合物澆灌成型的難易程度和抵抗離析能力的一種性能，它包括流動(dòng)性和粘聚性兩方面的作用”。W·H· Glanv2ille ，A·R·Collins 與D·O·Mathaws 則定義為“決定混凝土拌合物達(dá)到完全密實(shí)所消耗的有效內(nèi)部功的大小的一種性能”。國(guó)內(nèi)的專家學(xué)者認(rèn)為應(yīng)包含四種性能的綜合表現(xiàn)即

                            和易性= 流動(dòng)性+ 可塑性+ 穩(wěn)定性+ 易密性

    上述四種基本性能之間又互存矛盾，如流動(dòng)性要求拌合物有小的內(nèi)摩阻力和粘聚力便于流動(dòng)，而穩(wěn)定性又要求有大的內(nèi)摩阻力和粘聚力，使粗細(xì)骨料不易下沉和泌水，故和易性是要求兼顧幾個(gè)方面的性能， 可見(jiàn)要保證制取高質(zhì)量的混凝土拌合物，必須要選擇和控制最佳和易性，而最佳和易性的實(shí)現(xiàn)需通過(guò)及時(shí)調(diào)整混凝土配合比中水灰比、骨灰比、骨料級(jí)配、用水量等各因素的變化，因此和易性的確是混凝土生產(chǎn)工藝中承上啟下的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。

1.2 　新拌混凝土性能的主要測(cè)量方法

    半世紀(jì)以來(lái)世界很多學(xué)者都研究和提出過(guò)多種測(cè)定方法，1960 年K·Newman 曾認(rèn)為世界至少有30 多種方法，T·C·Powers1968 年估計(jì)多達(dá)100 種以上，其中一些方法幾乎僅限于試驗(yàn)室內(nèi)應(yīng)用，不能為公眾所接納，還有一些方法盡管不能用來(lái)檢測(cè)和評(píng)價(jià)這一性能的全部特征，但一些稠度試驗(yàn)已得到人們的認(rèn)可并在施工中使用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)迄今已知的測(cè)定方法按原理及衡量稠度的技術(shù)指標(biāo)可歸納為以下幾類:

1.2.1 　經(jīng)驗(yàn)法

    這類方法是經(jīng)驗(yàn)性的，無(wú)嚴(yán)格理論根據(jù)，但目前又是廣泛被采用和納入各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的方法，如：

(1) 對(duì)經(jīng)增實(shí)拌合物體在外力或自重作用下變形的測(cè)定:主要有坍落度法(Abrams 設(shè)計(jì)) ，球體貫入度法(Kelly 設(shè)計(jì)) ，錐體貫入度法(Grag 設(shè)計(jì)) 等。

(2) 對(duì)經(jīng)增實(shí)拌合物體引入一定量功所產(chǎn)生變形的測(cè)定:主要有跳桌擴(kuò)展法( Graf 設(shè)計(jì)) ，滑動(dòng)距離法(Burmister 設(shè)計(jì)) ，墜落擴(kuò)展度法(吉田) 。

(3) 對(duì)經(jīng)增實(shí)拌合物體，重塑至某一形狀所需功的測(cè)定:有維勃法(Bahrner 設(shè)計(jì)) 的VB 試驗(yàn)，蘇聯(lián)中央建筑研究院制定的工業(yè)粘度計(jì)法，以及由Powers 和Thaulows 分別設(shè)計(jì)的重塑跳落次數(shù)測(cè)定試驗(yàn)。

(4) 流動(dòng)桌法:測(cè)定拌合物在重力作用下流經(jīng)一定截面所需的時(shí)間:如NECOB 設(shè)計(jì)的浮球式振動(dòng)粘滯儀，Graf 設(shè)計(jì)的灰漿粘滯儀。

(5) 搗實(shí)系數(shù)法:測(cè)定拌合物經(jīng)引入一定功使之增實(shí)后的密實(shí)程度。如Walz 設(shè)計(jì)的增實(shí)度試驗(yàn)， Glanville Collins 和Mathews 所設(shè)計(jì)的增實(shí)因數(shù)試驗(yàn)等。以上方法在有些國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)中只規(guī)定一種，也有的同時(shí)規(guī)定兩種。根據(jù)RILEM14 ———CPC1972 年資料介紹，這個(gè)國(guó)際組織已向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織建議同時(shí)采用坍落度法和維勃法兩種。坍落度試驗(yàn)法是艾布拉姆斯(Abrams) 于1913 年設(shè)計(jì)的，這一古老的測(cè)定法一直使用至今，是國(guó)內(nèi)外廣泛用于測(cè)定混凝土拌合物和易性的主要方法。已被編入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的有英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BS1881 ─1970 ;美國(guó)ASTM 試驗(yàn)手冊(cè)C143 ─74 標(biāo)準(zhǔn)；荷蘭標(biāo)準(zhǔn)NEN3801 ;德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN1048 ;日本J ISA1101 標(biāo)準(zhǔn);國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO4109 ─1980 也接納它作為一項(xiàng)測(cè)定可塑性和流動(dòng)性及拌合物和易性(稠度) 的標(biāo)準(zhǔn)法。

1.2.2 　土力學(xué)法

    如剪力學(xué)試驗(yàn)法、三軸試驗(yàn)法等。這些試驗(yàn)方法太麻煩，而且在該領(lǐng)域里的進(jìn)展還很有限。

1.2.3 　流變學(xué)測(cè)定法

    這是至今在理論上最有希望的測(cè)定法。由塔特索爾研究的MKⅠ測(cè)量裝置和MKⅡ測(cè)量裝置為其代表。但這些裝置在理論上還存在爭(zhēng)議，目前比較一致的看法認(rèn)為在坍落度小于12cm 時(shí)，新制混凝土表現(xiàn)為粘塑性體，在12cm～15cm 時(shí)為塑性體，在15cm 以上則為賓漢姆體，但并未形成定論，因此這些方法目前尚未納入各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，而且其裝置都比較復(fù)雜，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不到隨身攜帶，即使這些方法納入各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)后， 坍落度法很可能還要保留一段很長(zhǎng)的時(shí)間。

1.3 　國(guó)內(nèi)外新拌混凝土性能測(cè)量的現(xiàn)狀與問(wèn)題

    在我國(guó)對(duì)混凝土和易性的檢驗(yàn)，仍普遍沿用傳統(tǒng)錐形筒的方法來(lái)檢測(cè)混凝土的流動(dòng)性。其方法是用一金屬制成的空心截頭錐形筒，兩端開(kāi)口，高300mm ， 底徑200mm ，頂徑100mm ，試驗(yàn)時(shí)將混凝土從筒上端分三次加料澆搗，每澆一層同時(shí)進(jìn)行搗實(shí)，全部澆搗完畢后垂直提起錐形筒，混凝土自然坍落后測(cè)其坍落高度。該法對(duì)于操作者的技術(shù)偏差很敏感，由于操作者在提拔錐形筒時(shí)的速度與用力的均勻程度不同，同一試驗(yàn)會(huì)得出不同的結(jié)果，在出現(xiàn)剪切型錐體結(jié)果時(shí)，其試料最佳測(cè)量點(diǎn)很難確定，而多被視為作廢重做。格蘭維爾，柯林斯與馬修斯等反對(duì)者在1925 年也對(duì)此提出過(guò)異議。此外，試驗(yàn)器具為多個(gè)部件組成， 一般測(cè)定需2 人以上，因由人力手工操作，其結(jié)果很粗略。此法不僅勞動(dòng)強(qiáng)度和人為誤差大，而且檢測(cè)極不方便，對(duì)大坍落度(商品化混凝土) 基本無(wú)法使用。

    1975 年美國(guó)ACI ( 混凝土學(xué)會(huì)) 會(huì)員， 加拿大Saskatschewen(薩斯喀川) 大學(xué)土木工程系教授K·W· Nasser 發(fā)明了簡(jiǎn)易坍落度測(cè)定器，定名為“K- 坍落度測(cè)定器”，在加拿大被稱為“托拉姆”(TORAM) 。該儀器是設(shè)計(jì)一種帶孔的尺寸為60mm ×300mm、重量為250 克的管型構(gòu)造物，可實(shí)現(xiàn)在60 秒內(nèi)直讀式測(cè)定和易性數(shù)據(jù)，經(jīng)在美國(guó)和加拿大的幾個(gè)試驗(yàn)中心驗(yàn)證，

    該儀器與坍落度試驗(yàn)法有較好的相關(guān)關(guān)系，且在應(yīng)用中大大簡(jiǎn)化了坍落度圓錐法。在加拿大多倫多市興建的世界最高的自立式國(guó)家電視旅游高塔550 米高的施工中，加拿大安達(dá)略省雷克斯達(dá)勒試驗(yàn)業(yè)務(wù)公司經(jīng)理(john A·Bickley) 比克利，曾采用了K- 坍落度測(cè)定器進(jìn)行了施工應(yīng)用觀測(cè)控制混凝土質(zhì)量。

    日本于1975 年首先刊出了研究報(bào)導(dǎo)，目前在日本混凝土施工手冊(cè)中也列入為澆灌混凝土坍落度測(cè)定應(yīng)用的試驗(yàn)器具之一。1979 年該儀器開(kāi)始在我國(guó)生產(chǎn)應(yīng)用，到1981 年約有23 個(gè)省市的112 個(gè)單位應(yīng)用過(guò)該儀器，1982 年國(guó)家水電部正式接納該試驗(yàn)法并列入水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程SD105 ─82 中。K- 型坍落度儀經(jīng)幾年的應(yīng)用試驗(yàn)證明，它雖然在簡(jiǎn)化圓錐形筒方面有了不少改進(jìn)，但也存在一些局限性和不足，主要有以下幾點(diǎn)：

(1) K- 型坍落度儀測(cè)定混凝土坍落度范圍僅用于塑性混凝土拌合物，而對(duì)于低流動(dòng)性和大流動(dòng)性混凝土的和易性測(cè)定結(jié)果則與圓錐形筒法有明顯差異， 實(shí)際測(cè)量證實(shí)，在坍落度超過(guò)8cm 時(shí)，用該儀器測(cè)得的值與用圓錐形筒所測(cè)之值已有明顯差異，而且這個(gè)差值隨坍落度的增大而急劇增大，商品混凝土一般在12cm以上，從而使該儀器的使用范圍受到很大限制。主要原因在于它只用一條直線來(lái)擬合整個(gè)測(cè)量范圍的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，但要找到一條在高、中、低端都適合的直線是不可能的;其次，由于高端的砂漿流動(dòng)性增大，變化加劇，但是該儀器的測(cè)桿卻又無(wú)法分辨細(xì)微的變化，也是造成在高端測(cè)不準(zhǔn)的重要原因。Nasser 的驗(yàn)證方程式其坍落度值也在小于8cm 以下范圍。當(dāng)代建筑施工技術(shù)不斷的發(fā)展，為提高混凝土澆筑效率， 商品混凝土與泵送的大坍落度大流動(dòng)性混凝土已被廣泛采用，其坍落度值均大于10cm ，這使得K- 坍落度測(cè)定器的測(cè)定范圍受到了一定的限制，而難于適用。

(2) K- 型坍落度儀雖使用方便，省時(shí)、省力，但功能過(guò)于單一，仍依靠手工操作完成測(cè)定，并憑測(cè)定者手感判斷終點(diǎn)，從而帶來(lái)人為誤差。如儀器測(cè)桿因自重而壓進(jìn)砂漿時(shí)造成的過(guò)失誤差難以校正。

(3) 測(cè)定值的讀取、計(jì)時(shí)也是靠人工目測(cè)估計(jì)取值，加上測(cè)桿刻度精度較粗而形成系統(tǒng)誤差，影響準(zhǔn)確性。

(4) K- 型坍落度儀為手工操作儀，功能上不具備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)處理計(jì)算的手段，因而在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)還要進(jìn)行記錄和手算。

2 　技術(shù)方案的確定

2.1 　技術(shù)原理

    本研究研制的新拌混凝土性能測(cè)試儀是利用混凝土的流變特性原理，直接采用旋轉(zhuǎn)扭矩傳感器測(cè)量混凝土的流變阻力矩，通過(guò)流變阻力矩與混凝土技術(shù)指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系計(jì)算出混凝土的主要技術(shù)指標(biāo)。本技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)在于采用單片機(jī)技術(shù)，自動(dòng)計(jì)算和校正測(cè)量數(shù)據(jù)，并可以實(shí)現(xiàn)混凝土工程強(qiáng)度和水化溫度的預(yù)測(cè)。這種測(cè)量方式的最大優(yōu)點(diǎn)是:采用已知參數(shù)預(yù)置方式檢測(cè)，可以不依賴試驗(yàn)室而直接顯示檢測(cè)結(jié)果，能較準(zhǔn)確反映出流態(tài)混凝土的整體特性，特別是對(duì)大流動(dòng)性混凝土反應(yīng)敏感，而且可以使測(cè)量精度至少提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，方便現(xiàn)場(chǎng)使用。工作原理如下圖:

圖1 　工作原理方框圖

　　首先通過(guò)預(yù)置電路將混凝土的相關(guān)參數(shù)預(yù)置進(jìn)測(cè)試儀，作為微處理機(jī)的計(jì)算參考值。扭矩傳感器將混凝土反剪切阻力矩直接變換成電壓，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后變換成數(shù)字信號(hào)送入微處理機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計(jì)算。同時(shí)微處理機(jī)還輸出一控制信號(hào)以校正傳感器的誤差，保證測(cè)試精度，并將結(jié)果送給顯示電路顯示出來(lái)。也可以通過(guò)接口電路把測(cè)量信號(hào)送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制或打印輸出。

2.2 　實(shí)現(xiàn)功能

    本研究研制的混凝土綜合測(cè)試儀可直接測(cè)量混凝土的坍落度、溫度、粘稠度、水灰比、28 天強(qiáng)度等主要技術(shù)指標(biāo)，并可完成平均值計(jì)算和檢測(cè)數(shù)據(jù)的任意檢索，同時(shí)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行混凝土生產(chǎn)的實(shí)時(shí)控制或打印輸出等功能。實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)主要混凝土技術(shù)指標(biāo)準(zhǔn)確、快捷地綜合測(cè)試，使混凝土生產(chǎn)和施工的質(zhì)量得到控制成為可能。

2.3 　技術(shù)性能

2.3.1 　技術(shù)指標(biāo)

坍落度　　(120mm～270mm) ±10 %

　　測(cè)試時(shí)間< 8s

溫度( - 25 ℃～ + 102 ℃) ±5 %

　　測(cè)試時(shí)間30s

28 天強(qiáng)度(10MPa～70MPa) ±10 %

水灰比(012～017) ±10 %

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)832 個(gè)

接口標(biāo)準(zhǔn)RS232

　　速率9600bps

內(nèi)置電源NiHM 9V/ 1300mAh

尺寸150mm ×100mm ×53mm

重量300g

2.3.2 　可靠性指標(biāo)

工作溫度  - 20 ℃～ + 70 ℃

儲(chǔ)存溫度  - 40 ℃～ + 90 ℃

相對(duì)濕度  ≤100 %RH

海拔高度  ≮4000m

沖擊  980m/ s2

絕緣電壓  ≮5000V

3 　硬件設(shè)計(jì)

3.1 　結(jié)構(gòu)組成

    硬件部分由電路板、液晶顯示器、扭矩傳感器、扭矩傳感器探頭、溫度傳感器、電池組、開(kāi)關(guān)及接口部件和殼體等部分組成。微處理機(jī)采用最新型68HC08 微型化單片機(jī)，功能強(qiáng)，使外圍電路大為簡(jiǎn)化。

    控制電路采用PWM 技術(shù)，提高了儀器的可控性和效率。為適應(yīng)便攜要求，儀器采用9V NiHM 可充電電池，為克服電池電壓變化的影響，內(nèi)部采用穩(wěn)壓供電。采用漢字字符液晶顯示器及RS232 接口技術(shù)，使數(shù)據(jù)輸出更為直觀。

3.2 　產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

    產(chǎn)品采用工業(yè)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，適應(yīng)施工中的惡劣環(huán)境。儀器采用工程塑料密封設(shè)計(jì)，1 米高自然落地或掉入水中1 分鐘，儀器無(wú)需任何處理，仍能正常使用。另外儀器還配有佩帶式皮套，即方便攜帶又保護(hù)儀器。同時(shí)儀器還采用人性化設(shè)計(jì)，更符合人的使用習(xí)慣。

4 　軟件設(shè)計(jì)

　　軟件是嵌入式匯編軟件，其載體是高性能CMOS 單片機(jī)68HC08 ， 該單片機(jī)具有內(nèi)置4096bytes 的FLASH存儲(chǔ)器，可以有效地抗擊來(lái)自傳感器等的干擾;2 通道16 位定時(shí)器模塊，有效地解決PWM傳感器控制。

4.1 　功能說(shuō)明

4.1.1 　測(cè)量坍落度

    根據(jù)傳感器的特性，我們?cè)O(shè)置粒形和粒徑，根據(jù)模糊設(shè)置的方法測(cè)量坍落度。首先選擇是卵石、碎石、碎卵石，軟件記錄選擇類型;接著選擇粒徑(mm) : 10 、16 、20 、31 、40 ， 并記錄下來(lái)；然后啟動(dòng)傳感器， 用PWM方式控制傳感器，采取特殊的控制方式，消除傳感器滯留特性帶來(lái)的誤差，精確調(diào)整傳感器。在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)快速連續(xù)測(cè)量，采用數(shù)字濾波技術(shù)，濾除傳感器干擾和其他噪聲干擾。存儲(chǔ)測(cè)試結(jié)果。根據(jù)預(yù)先設(shè)置的參數(shù)，分類處理，計(jì)算出坍落度值，顯示并存儲(chǔ)。

4.1.2 　計(jì)算強(qiáng)度

    由非線性回歸方程得出測(cè)量值與灰水比的關(guān)系， 再由灰水比與強(qiáng)度之間的關(guān)系，根據(jù)不同的水泥標(biāo)號(hào)值，用浮點(diǎn)的方法精確計(jì)算出混凝土的強(qiáng)度，供現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員和驗(yàn)收人員提供現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量?jī)x器。

4.1.3 　測(cè)量溫度

    由溫度傳感器調(diào)理電路，輸入到AD 口，軟件以慢變的采集率，及時(shí)顯示實(shí)際的溫度測(cè)量，等到溫度變化穩(wěn)定時(shí)，軟件自動(dòng)采集并穩(wěn)定顯示實(shí)際溫度值，存儲(chǔ)顯示結(jié)果。再顯示多次測(cè)量的結(jié)果平均值，供技術(shù)人員參考。軟件設(shè)計(jì)了自動(dòng)判別溫度溢出，自己檢測(cè)溫度電路的正常與否，并報(bào)警提示操作人員檢查是否正確操作，重新測(cè)量功能。

4.1.4 　自動(dòng)監(jiān)測(cè)電池電壓

    本軟件具有自動(dòng)監(jiān)測(cè)電池電壓的功能，如果電壓充足，就顯示全滿的電池符號(hào);如果欠電壓，就顯示不滿的電池符號(hào);等電壓不足以提供整機(jī)工作，尤其傳感器的工作需求，然后顯示半滿的電池符號(hào)，提示低電壓告警“LOWBATTER”，執(zhí)行中斷程序，告知用戶重新充電池。

4.1.5 　數(shù)據(jù)查閱功能

    本軟件具有存儲(chǔ)三組各99 個(gè)溫度和99 個(gè)坍落度及強(qiáng)度、水灰比等平均值，這些數(shù)據(jù)掉電不會(huì)丟失。能夠查閱過(guò)去的測(cè)試記錄，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均，提供可靠測(cè)量手段。查閱時(shí)選擇查閱數(shù)據(jù)類，即坍落度和溫度，還有強(qiáng)度。按“翻屏”鍵，可以迅速地查閱以前測(cè)量的數(shù)據(jù)。如果存儲(chǔ)數(shù)據(jù)超過(guò)99 個(gè)，那么軟件自動(dòng)將最早的數(shù)據(jù)替換掉。

4.1.6 　完成與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通信

以RS232 接口協(xié)議與主機(jī)通信，回放所有測(cè)量存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，供用戶存儲(chǔ)記錄備案。主機(jī)上的軟件可以統(tǒng)計(jì)分析所有的數(shù)據(jù)，可以供用戶對(duì)所有混凝土進(jìn)行評(píng)定，建立完備數(shù)據(jù)庫(kù)。

4.2 　軟件模塊

4.2.1 　初始化模塊

(1) 閉MCU 的WATCH DOG功能，設(shè)置I/ O 的輸入輸出方向；

(2) 初始化LCD 顯示功能，設(shè)置顯示方式，初始化8 個(gè)顯示圖符；

(3) 調(diào)用存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的粒形、粒徑、RC 等參數(shù)預(yù)設(shè)值，及坍落度、溫度、強(qiáng)度等存儲(chǔ)的序號(hào)；

(4) 顯示軟件名稱，調(diào)用按鍵子程序，查閱“翻屏” 鍵是否按下，且等待“翻屏”鍵按下。

4.2.2 　功能選擇模塊

(1) 顯示坍落度、溫度、參數(shù)初始化設(shè)置、數(shù)據(jù)查閱、數(shù)據(jù)通信五個(gè)菜單；

(2) 按“選擇”鍵，選擇相應(yīng)的功能；

(3) 按“確認(rèn)”鍵，執(zhí)行調(diào)用相應(yīng)的功能。

4.2.3 　坍落度測(cè)量模塊

(1) 顯示粒形粒徑，按“選擇”鍵選擇要設(shè)置的參數(shù)；

(2) 按“選擇”鍵，可以修改參數(shù)的設(shè)置，并保存設(shè)置值;

(3) 顯示坍落度待測(cè)字符，按測(cè)量鍵進(jìn)行測(cè)量，顯示正在測(cè)量字符；

(4) 按設(shè)定的程序，自動(dòng)跟蹤傳感器控制技術(shù)，完成一次測(cè)量；

(5) 測(cè)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)字濾波，排除干擾；

(6) 根據(jù)事先設(shè)定的參數(shù)，計(jì)算出強(qiáng)度值；

(7) 顯示坍落度和強(qiáng)度值，依照先后順序存儲(chǔ)坍落度和強(qiáng)度值；

(8) 返回待測(cè)狀態(tài)，如果繼續(xù)，可以按“測(cè)量”鍵，

如果不進(jìn)行，則按“翻屏”鍵。

4.2.4 　溫度測(cè)量模塊

(1) 初始化顯示溫度待測(cè)字符；

(2) 按“測(cè)量”鍵，設(shè)置測(cè)量時(shí)間，A/ D 采樣率，采集數(shù)據(jù)；

(3) 判斷數(shù)據(jù)是否在測(cè)量范圍內(nèi)，如果不在則告警，告知操作者是否是因?yàn)闆](méi)有操作好，而要重新操作。如果確實(shí)是超出范圍，則要真正報(bào)警；

(4) 顯示溫度測(cè)量瞬時(shí)值，計(jì)算多次測(cè)量的平均值，并且顯示；

(5) 存儲(chǔ)當(dāng)次測(cè)量值，刷新溫度平均值。

4.2.5 　數(shù)據(jù)查閱功能模塊

(1) 始化顯示查閱的坍落度和溫度及強(qiáng)度的菜單；

(2) 用“選擇”鍵選擇查閱的數(shù)據(jù)類型；

(3) 顯示查閱的數(shù)據(jù)，用“翻屏”鍵翻閱依次存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，并顯示查閱的數(shù)據(jù)的序號(hào)；

(4) 用“PAGE UP”和“PAGE DOWN ”鍵，可以隨意翻頁(yè)查閱。

4.2.6 　數(shù)據(jù)通信模塊

(1) 置通信協(xié)議，通信波特率、通信碼位等與通信有關(guān)的事宜；

(2) 與主機(jī)通信握手，如果握手成功，則顯示發(fā)送數(shù)據(jù)字符;否則超時(shí)顯示握手不成功， 告知操作者電纜線是否連接好，或主機(jī)沒(méi)有準(zhǔn)備好；

(3) 依次發(fā)送三種數(shù)據(jù)，并對(duì)每種數(shù)據(jù)之間標(biāo)記， 讓主機(jī)識(shí)別數(shù)據(jù)類型；

(4) 發(fā)送成功，且發(fā)送完所有的數(shù)據(jù)，就顯示“數(shù)據(jù)輸出完畢”字符。

5 　調(diào)試與仿真

　　在軟硬件設(shè)計(jì)成功的基礎(chǔ)上，軟件采用Motorola HC08 開(kāi)發(fā)裝置在線調(diào)試，確認(rèn)功能正確，符合設(shè)計(jì)要求。在仿真調(diào)試過(guò)程中，經(jīng)過(guò)反反復(fù)復(fù)的調(diào)試，不斷的修改和完善，儀表滿足了設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)使用，基本確認(rèn)程序設(shè)計(jì)正確，功能符合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)要求，并能準(zhǔn)確反映混凝土的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，較好地完成功能需求。

6 　儀器研制結(jié)論

　　混凝土綜合測(cè)試儀是利用混凝土的流變特性來(lái)測(cè)量混凝土的基本參數(shù)的。它通過(guò)傳感器的旋轉(zhuǎn)剪切運(yùn)動(dòng)測(cè)量出混凝土的粘滯阻力矩，利用混凝土粘滯阻力矩與混凝土基本參數(shù)的相關(guān)性，將傳感器測(cè)量出的混凝土粘滯阻力矩直接變換成電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后變換成數(shù)字信號(hào)送入MCU 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計(jì)算。同時(shí)MCU 還輸出一控制信號(hào)以校正傳感器的誤差，保證測(cè)試精度，并將結(jié)果送給顯示電路顯示出來(lái)。新儀器采用了傳感技術(shù)和微電腦技術(shù)，完全不同于以往坍落度儀的測(cè)量原理。能直接通過(guò)液晶顯示器顯示坍落度值、溫度，預(yù)測(cè)28 天強(qiáng)度，為工程施工和混凝土生產(chǎn)人員提供水灰比、用水量等參考值，并進(jìn)行平均值計(jì)算等。他還能根據(jù)要求直接連接計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)打印輸出或作在線測(cè)試的二次儀表使用。實(shí)現(xiàn)了多功能合一，使用簡(jiǎn)便、可靠、直觀。它為混凝土的準(zhǔn)確測(cè)量提供了技術(shù)基礎(chǔ)。本項(xiàng)目產(chǎn)品由于采用了新型的電路結(jié)構(gòu)和工業(yè)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，及全密封注塑成型技術(shù)，使產(chǎn)品的防震、

    防水性能完全能夠滿足在惡劣現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件下使用的可靠性和安全性要求。

[作者簡(jiǎn)介] 　朱效榮，1970 年生，男，高級(jí)工程師。

[單位地址] 　北京城建混凝土技術(shù)研究所(100039)

[聯(lián)系電話] 　13501124631 ;010 - 68171239