《砂石含水量测量系统研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《砂石含水量测量系统研究（58页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、华中科技大学 硕士学位论文 砂石含水量测量系统研究 姓名：黄原信 申请学位级别：硕士 专业：检测技术与自动化装置 指导教师：李昌禧 20090527 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘摘 要要 在混凝土配制过程中，水和水泥的比值决定了混凝土的强度和耐久性。砂石骨 料的含水率变化决定了补水的用量，因此对砂石含水率进行在线检测有重要意义。 论文首先详细介绍了物料含水率检测的国内外最新发展状况，分析了这些技术 的特征。结合砂石的物理特性，指出了砂石含水率在线检测的关键方法和存在的问 题。然后分析了采用电容测量法时，砂石含水率和介电常
2、数之间的关系，建立了复 合介质介电常数模型。分析了基于单一平面极板电容器的极板结构和灵敏度特性。 另外，论文着重分析了当砂石温度变化时对测量结果的影响，在实验的基础上提出 了温度补偿的计算方法。分析了采用高频谐振提高测量灵敏度的原理。 在含水率测量理论分析的基础上，提出了测量系统的设计方案。系统采用以显 示记录仪为主机，传感器为从机的主、从机通信结构。文中详细介绍了传感器高频 测量的硬件设计，基于文件系统的显示记录仪硬件设计以及硬件抗干扰设计；根据 主、从机的功能和任务分别描述了各自的软件设计以及它们之间的数据通信设计。 在设计原理样机中，采用数字化标定技术减小测量误差。利用原理样机，对混 凝
3、土搅拌站砂石含水率进行了测试。在实验基础上，确定了温度补偿模型和含水率 计算模型的参数。验证表明，系统稳定性良好，测量速度达到在线检测的要求，测 量精度部分程度满足要求。 关键词关键词：含水量 单一平面电容 复合介质 介电常数 谐振 在线的 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract During the process of confecting concrete, the mass ratio of water and cement ascertains intensity and durability of co
4、ncrete. Water supplement amount is influenced by moisture variation of sand aggregate. Therefore, on-line measuring for sand aggregate moisture is very important and significant. Firstly, the newest general developing situations of inspecting techniques in material moisture are summarized in detail,
5、 and essential features of these techniques are analyzed. According to the physical properties of sand, the key methods on sand moisture on-line measuring are presented, as well as problems that remain. Secondly, a mathematic model describing composite medium dielectric constants is established on t
6、he basis of relationship analysis between sand moisture and dielectric constants, when capacitive method is used. In this thesis, the electrode structure and sensitivity characteristic of uniplanar capacitive sensor are discussed. Furthermore, this thesis emphasizes the principle of temperature vari
7、ation influence on moisture measurement, and indicates a temperature compensation algorithm on experiment foundation. In addition, this thesis proffers high-frequency resonance strategy which increases measurement sensitivity. Based on the theoretical analysis of moisture measurement, a master-slave
8、 cimmunication measurement system solution is put forward. Display recorder serves as master device while sensors are slave devices. This thesis illustrates hardware design about high-frequency metering circuit, display recorder circuit using file system storages, and anti-interference skills in det
9、ail. According to the different functions of master and slave devices, the software and cimmunication interfaces are described respectively. In the realization of principle prototype, digitization demarcate is implemented to decrease measurement error. Using principle prototype, sand moisture conten
10、t at concrete mixing station is measured. On experimental foundation, parameters of temperature compensation model and moisture calculation are ascertained. Verification shows that the 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 III system has characteristics of favorable stability, rapid respon
11、ding, and some extent meets the qualification of measurement precision. Keywords: moisture content uniplanar capacitive sensor composite medium dielectric constants resonance on-line 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已 经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以
12、明确 方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本论文属于 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 保密，在 年解密后适用本授权书。 不保密。 华 中 科 技 大 学 硕 士
13、学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪绪 论论 1.1 课题来源、背景和意义课题来源、背景和意义 1.1.1 课题来源课题来源 本课题源于三一重工股份有限公司重点科研项目。 1.1.2 课题的背景和意义课题的背景和意义 衡量混凝土质量的主要性能指标包括强度和耐久性。配置混凝土所需要的原料 有：砂子、碎石、水泥、粉煤灰、水和各种添加剂。 混凝土拌和物配制时用水量与水泥量的比值（即水灰比）将直接影响到混凝土 的强度和耐久性。 混凝土的物理力学性能受其结构的密实性与均匀性所支配。若水分过少，混凝 土和易性（混凝土是否易于施工操作和均匀密实的性能）不好，无法振捣密实
14、，混 凝土强度也无法提高。反之，若水分过多，则拌和物的流动性过大，混凝土不但容 易离析、泌水，而且会使混凝土孔隙率增大，强度降低。 混凝土强度主要取决于毛细孔隙率1，它可用式（1.1）来表示。 0.36 C W P C = （1.1） 上式中： C P 是毛细孔隙率， W C 是水灰比，是混凝土水化程度。 另外，混凝土在形成水化物时，需要一个最小的含水量，它可以用式（1.2）来 表示。 min 0.42 W C = （1.2） 即混凝土完全水化(1.0=)的水灰比不应低于0.42。当 W C 低于0.42时，残留的 未水化水泥将在浆体内继续长期存在。 从以上可以看出，水灰比是毛细孔隙率的直接影
15、响因素。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 混凝土中的毛细孔2是水分、侵蚀介质、氧气、二氧化碳及其他有害物质进入混 凝土内部的通道，这些物质会降低混凝土的耐久性能。 由此可见控制混凝土单方用水量不论是对混凝土的强度还是耐久性都是至关重 要的。 在所用原材料中，砂子的含水量是最难控制的。这是由于砂子产地、种类不一， 以及露天存放时受风吹日晒以及雨雪等天气环境的影响。因此，在高质量混凝土的 生产过程中，预先测量出砂石骨料的含水率，通过补偿含水量的变化量，精确称量 各种原材料的重量，才能保证混凝土拌和物的质量。 目前三一重工股份有限公
16、司对于砂石含水量的检测手段（抽样干燥法）是属于 “离线”进行的，这种方法造成检测出来的含水率与混凝土实际生产状态存在一种 时间滞后现象（一般为6小时） ，故这种检测手段不能及时反映生产的瞬间状态值， 使得生产操作工要通过人工估计调节给水量，不能保障混凝土的生产质量和效率。 由此，作为前提条件，精确在线测量砂石骨料含水率显得至关重要。因此，该 课题的研究与开发具有重要的理论和实用价值。 1.2 国内外研究概况国内外研究概况 物料含水率计算一般采用的是湿基法3，即物料的含水率表示为式（1.3） ： 01 0 100% mm w m = （1.3） 其中，w是含水率， 0 m是被测样品干燥前的质量， 1 m是被测样品干燥后的质量。 目前，国内外测量含水率可以分为定义测量法和间接测量法456。 1.2.1 定义测量法定义测量法 定义测量法是按照湿基法的定义表述，直接去除被测样品中的水分，通过比较 去水前后被
