混凝土早龄期收缩特性测试装置及使用方法

摘要

本发明提供的混凝土早龄期收缩特性测试装置及使用方法，传感器探头[3]与试模[1]之间作直线移动连接，移动方向与测量方向平行，在进行测量前先对位移传感器和标靶的配合进行精度校准。校准流程是：先读取位移传感器初始位置值da；再读取传感器探头相对试模沿测量方向作标准位移量D移动后的位置值db；最后用公式s=(db‑da)/D计算当前位移传感器与标靶配合的测量校准值，获得并保存当前配合的校准系数s；测量中按式ΔL=s×(di‑d0)计算出所测标靶在当前采样时刻的位移量。与现有技术相比，本发明使测量装置的测量精度在每次测量前调整到最佳状态，从而降低了测量误差并免于定期送检，降低了测量成本。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种混凝土早龄期收缩特性测试装置及使用方法。

背景技术

混凝土浇筑后随着其固化的过程要发生收缩变形。混凝土收缩变形特性特别是3天内早龄期收缩变形特性是评价混凝土的抗裂性的重要技术指标，对防止混凝土构件产生裂缝具有实际意义。其收缩变形量很微小，从浇筑到终凝的线收缩率通常在10^-4—10^-3数量级，对应于长度为500mm的混凝土试件其收缩变形的测量精度要求在微米级精度。由于3天内早龄期混凝土尚未完全凝固，如果采用机械接触方式直接测量其收缩位移，则测量时机械接触产生的力的作用所引起的被测体位移足以影响测量结果。为了精确测定混凝土早龄期收缩变形特性，中华人民共和国国家标准《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T>

虽然这一测量方法能够准确地对混凝土收缩变形特性进行测量，但目前提出的各种测量装置，还存在着一些误差源，如：1）时间漂移误差：即测量误差随时间缓慢积累变化，这一误差是由测量系统的时间稳定性决定的。通常通过对仪器进行定期校准解决。2）环境条件误差，即测量系统受温度、供电电压等环境条件改变而变化所产生的误差。一般要求在一定的环境条件下进行测量才能达到误差要求。而对于可能发生在任一个季节任一个区域的建筑工程，要求对试件测量在一个标准的环境或者与这个标准比较接近的环境中进行，是比较苛刻的。3）替换性误差：这一误差是由测量系统部件替换后因与传感器配合特性差异而产生的，主要是由于埋入式标靶是一次性使用的，如按GB/T 50082-2009提供的测量方法要求，每次需要3个试件共用到6个标靶，由于标靶受材料及制造工艺等因素的限制存在差异，从而导致替换性误差。上述三种误差可归纳为测量系统的灵敏度偏移和零点偏移，即若测量系统测得的采样值为e，测量目标值为d，无误差时的测量函数为e>=f(d)，反演函数为d>f>^-1(e)，则产生误差后的反演函数为d>s×f>^-1(e)>δ₀、反演函数为，其中s为灵敏度偏移的校准系数，δ₀为零点偏移。对于混凝土早龄期收缩特性测试装置，由于测量目标位移量是偏移量，因此零点偏移对测量结果无影响。上述误差1）、2）可以通过提高测量系统的时间稳定性和环境稳定性加以改善，但受到技术水平、生产工艺和制造成本制约；而误差3）则对替换部件（标靶）的技术参数一致性提出了很高的要求；对于现有大多数混凝土早龄期收缩特性测试装置，由于采用电涡流位移传感器，该技术参数为标靶表面的电磁感应特性，其一致性偏差主要受标靶的材料电磁特性、表面光洁度的影响。虽然有中国专利ZL2008201223740提出了一种吸附式标靶方案，将经精确校准后可重复使用的标准标靶吸附在一次性使用的埋入式标靶上，以克服每次更换标靶因标靶材质差异所引起的误差。但仍不能完全消除标靶更换后与传感器配对后存在的差异，难以从根本上消除替换性误差。

发明内容

针对上述缺陷，本发明所需要解决的技术问题是，提供一种混凝土早龄期收缩特性测试装置及使用方法，在每次测量开始时对每个位移传感器及对应的标靶进行精度校准，以消除每次测量及每次测量中不同标靶与传感器配对后的因诸多因素导致的误差，以使在不同时间、环境、标靶条件下测量误差被控制在允许的范围内。

本发明提供的混凝土收缩变形测量装置，由位移测量系统和计算机系统组成；

所述位移测量系统由位移传感器、位移传感器座架和标靶构成，所述位移传感器座架用以将传感器探头安装到试模上；所述传感器探头与试模之间作直线移动连接，所述移动方向与测量方向平行；

所述计算机系统有位移信号输入单元和标准位移量数据输入单元、位移信号处理单元、数据存储单元，其中位移信号输入单元与位移传感器连接并定时将传感器信号转换成数字信号送入处理单元；标准位移量输入单元用来接收标准位移量并将标准位移量转换成数字信号送入处理单元；位移信号处理单元用来建立以一组标准位移量与该组标准位移量所对应的位移传感器信号所转换成的一组数字信号之间的校正值，并保存在数据存储单元中；位移信号处理单元还用来以所得到的测量值位移传感器信号所转换成的数字信号通过该校正值计算出实际位移量。

本发明提供的混凝土收缩变形测量装置的使用方法，先按测量方法准备好试模，并在试模中埋设好标靶；再在试模上放置好传感器座架，在传感器座架上安装有位移传感器探头，且位移传感器探头对准标靶并调整到合适的测量位置；最后启动计算机系统进行测量；在启动计算机系统后，进行测量前先逐一对每一对位移传感器和标靶的配合进行精度校准，校准流程是：

读取位移传感器在初始位置时的采样值d_a；

使传感器探头相对试模沿测量方向移动一个已知的标准位移量D，再读取位移传感器在移动后的采样值d_b；

用公式s>d_b-d_a)>D计算当前所配合的位移传感器与标靶的测量校准值，获得并保存当前配合的校准系数s；

测量开始后，按下式计算出所测标靶在当前采样时刻的位移量：

ΔL>s×(d_i-d₀)，

其中ΔL为当前配合的标靶在当前采样时刻的位移量，d₀为在试验开始时当前配合位移传感器的采样值，d_i为在当前采样时刻当前配合位移传感器的采样值，s为该位移传感器和标靶配合的校准系数。

本发明提供的混凝土早龄期收缩特性测试装置及使用方法，将位移传感器探头安装在可以相对试模作标准位移的传感器座架活动块上，在每一个位移传感器与标靶的配合进行正式测量前，先通过移动位移传感器探头一个确定的值获取采样值，再比较已知的位移量与采样值所代表的位移量获得校准系数；再通过该校准系数对后续正式测量所得到的标靶位移量进行校正而获得实际位移量。与现有技术相比，由于所述测试装置可以随时进行校准值的测定，所述校正是在每次测量时的当前环境、位移传感器与标靶的配合、时间漂移等因素已经确定的情况下进行的临检校正，使上述各种影响产生的误差都反映在校准系数中，将环境、标靶材质、时间漂移等因素的影响降到最低，使测量装置的测量精度在每次试验前调整到最佳状态，从而降低了测量误差。另外还可以免除测量装置需定期送校而影响使用的问题。由于降低了测量装置对时漂误差、环境要求及对埋入式标靶的一致性要求，从而降低了测量装置的综合成本。

本发明提供的混凝土早龄期收缩特性测试装置，所述传感器座架包括固定块和活动块，其中活动块经沿测量方向移动的滑动机构与固定块连接；所述固定块相对试模固定，活动块与固定块之间有使活动块相对固定块移动一个确定的距离的标准位移装置。

所述使活动块相对固定块移动一个确定的距离的标准位移装置是：所述固定块和活动块之间有相互抵触的抵触端面，在固定块和活动块之间设置有使两者处于保持抵触状态的弹簧机构，另外配置有一片以上具有不同标准厚度的校正标准塞片；所述校正标准塞片是有确定的标准厚度的平板，校准时，将校正标准塞片放入固定块和活动块相互抵触的抵触端面之间以使活动块移动一个与校正标准塞片厚度一致的距离。

校准时，在放好校正标准塞片后，活动块在弹簧的作用下依滑动机构经塞片紧抵固定块，在读取位移传感器采样值d_a后再取出塞片使活动块直接紧抵固定块，再次读取位移传感器采样值d_b，此时活动块上的位移传感器探头的位移量为校正标准塞片厚度值D，从而可获得校准系数s。

所述抵触端面是与测量方向相垂直的平面，或者是指向抵触对方的凸点，固定块和活动块之间是以平面—凸点或平面—平面或凸点—凸点相抵触配合的，所述与测量方向相垂直的平面或凸点作为抵触端面是先于固定块和活动块之间任何部位的接触而相抵的，且固定块和活动块上有供将校正标准塞片置于两方抵触端面之间的空间。

所述使活动块相对固定块移动一个确定的距离的标准位移装置是：有沿测量方向往复运动的直线运动机构，活动块安装在直线运动机构上，和直线运动机构的驱动机构，驱动机构是手动摇柄或电动机。

所述电动机的控制装置是手动开关，通过手动开关的通断控制电机驱动直线运动机构的行程。

或者所述电动机的控制装置连接在计算机系统中，计算机系统中有不同标准位移量的若干个标准位移指令，标准位移指令用于指示驱动机构驱动活动块相对固定块移动一个标准位移量。

本发明提供的混凝土早龄期收缩特性测试装置，所述位移传感器座架还有用于固定到试模上的支架，固定块经沿测量方向移动的滑动机构安装在支架上，其中固定块与支架之间有锁紧装置。测量开始前放松固定块的锁紧装置，调整位传感器的初始位置，调整完成后锁紧以使测量开始后位移传感器与试模相对位置不被意外移动。

所述固定块和活动块经同一副沿测量方向移动的滑动机构安装在支架上，也可以经各自的沿测量方向移动的滑动机构安装在支架上。

本发明提供的混凝土早龄期收缩特性测试装置，所述固定块和活动块之间还安装有一套接触式位移传感器，在使活动块移动一个确定的位移量时用于确定两者之间的标准位移量。

本发明提供的混凝土收缩变形测量装置的使用方法，所述对位移传感器和标靶的配合进行校准值测定，采用多个标准位移量，以多个标准位移量的校准值计算得出的平均校准值作为该位移传感器的校准值；或者将不同标准位移量的不同校准值分别在作为不同位移量区间的校准值，用来校正采样值所对应的位移量区间的位移量。

所述标准位移量输入单元接收标准位移量，是通过计算机上的人机交互系统直接输入；或通过计算机上的人机交互系统输入指令从数据存储单元提取；或是接触式位移传感器读取的活动块和固定块之间的位移测量值。

附图说明

图1为本发明装置一实施例的结构图，图中：1-试模，2-标靶，3-传感器探头，4-活动块，5-校正标准塞片，6-支架，7-固定块，8-弹簧装置，9-滑轨，10-锁紧装置；

图2为本发明装置另一实施例的结构图，图中：1-试模，2-标靶，3-传感器探头，4-活动块，5-校正标准塞片，6-支架，7-固定块，81-弹簧，9-滑轨，10-锁紧装置，11-凸点，12-弹簧固定座；

图3为本发明装置再一实施例的结构图，图中：1-试模，2-标靶，3-传感器探头，4-活动块，6-支架，71-螺母固定块，9-滑轨，13-电机，14-丝杆。

具体实施方式

1、如图1所示，一混凝土早龄期收缩特性测试装置，由计算机系统、位移传感器、位移传感器座架和标靶2组成。其中位移传感器座架包括固定在试模1上的支架6，以及固定块7和活动块4，支架顶面有与测量方向一致的燕尾滑轨9，固定块和活动块的底面上有燕尾滑槽，滑槽和滑轨配合构成滑动机构使固定块和滑行块可以相对支架沿测量方向移动。位移传感器的传感器探头3固定安装在活动块上，其探测方向垂直指向标靶。位移传感器的变送器及计算机系统安装在控制箱中，以导线与传感器探头连接。控制箱上还有键盘和显示屏，用于人机交互，如输入标准位移量及其他指令等。固定块与支架之间有锁紧装置10，是固定块上的内螺纹和紧定螺丝，当拧下螺丝时依靠燕尾槽作用将固定块固定在支架上。活动块上固定有一根导杆，导杆穿过固定块后套有一弹簧，导杆端部有弹簧底座，导杆和弹簧构成将活动块压向固定块的弹簧装置8。活动块和固定块之间以垂直于滑轨的平面为相互抵触的前置端面。本例配置有校正标准塞片5，有“∩”形缺口，使用时张开活动块和固定块间隙，将塞片以骑在导轨上的形式塞入活动块和固定块之间，以弹簧装置压紧，使活动块所载传感器探头向前移动一个塞块厚度。

2、如图2所示，一混凝土早龄期收缩特性测试装置，由计算机系统、位移传感器、位移传感器座架和标靶2组成。其中位移传感器座架包括固定在试模1上的支架6，以及固定块7和活动块4，支架顶面有与测量方向一致的滑轨9，固定块和活动块的底面上有滑槽，滑槽和滑轨配合构成滑动机构使固定块和滑行块可以相对支架沿测量方向移动。位移传感器的传感器探头3固定安装在活动块上，其探测方向垂直指向标靶。位移传感器的变送器及计算机系统安装在控制箱中，以导线与传感器探头连接。控制箱上还有键盘和显示屏，用于人机交互，如输入标准位移量及其他指令等。固定块与支架之间有锁紧装置10，是固定块上的内螺纹和紧定螺丝，在支架上有长槽，紧定螺丝的下端有一环槽，环槽内径与支架上长槽宽度配合，当拧下螺丝时依靠长槽与环槽的作用将固定块固定在支架上。在活动块之前还有一弹簧固定座12经滑槽和紧定装置安装在支架上，弹簧固定座在固定架进行调节时随动调节，固定架锁定时同时锁定。活动架和弹簧固定座上各有短轴，弹簧81两端分别套在两个短轴 上，安装时弹簧固定座与活动架之间的相对位置是弹簧可以将活动架压紧在固定架上。固定块朝向活动块的面是垂直于滑轨的平面，活动块朝向固定块的有一凸点11，凸点与固定块上平面相抵触。本例配置有校正标准塞片5，使用时张开活动块和固定块间隙，将塞片塞入活动块和固定块之间，弹簧推动活动块由凸点将塞片压紧在固定块上，使活动块所载传感器探头向前移动一个塞块厚度。

3、如图3所示，一混凝土早龄期收缩特性测试装置，由计算机系统、位移传感器、位移传感器座架和标靶2组成。其中位移传感器座架包括固定在试模1上的支架6，以及螺母固定块71和活动块4，支架顶面有与测量方向一致的滑轨9，螺母固定块和活动块的底面上有滑槽，滑槽和滑轨配合构成滑动机构使固定块和滑行块可以相对支架沿测量方向移动。位移传感器的传感器探头3固定安装在活动块上，其探测方向垂直指向标靶。位移传感器的变送器及计算机系统安装在控制箱中，以导线与传感器探头连接。控制箱上还有键盘和显示屏，用于人机交互，如输入标准位移量及其他指令等。固定块与支架之间有锁紧装置，是固定块上的内螺纹和紧定螺丝，在支架上有长槽，紧定螺丝的下端有一环槽，环槽内径与支架上长槽宽度配合，当拧下螺丝时依靠长槽与环槽的作用将固定块固定在支架上。活动块上安装有电机13，电机输出轴同轴固定一丝杆14，丝杆与螺母固定块上螺母配合，丝杆与滑轴平行。电机经导线与控制箱连接，其电源通过计算机系统控制，计算机系统中存储有固定块相对丝杆轴向移动距离和丝杆转动角度的对应关系，计算机通过控制电机转动角度使活动块移动一个确定的距离。

4、一混凝土早龄期收缩特性测试装置，由计算机系统、位移传感器、位移传感器座架和标靶组成。其中位移传感器座架包括固定块和活动块，其中固定块固定在试模上。位移传感器的传感器探头固定安装在活动块上，其探测方向垂直指向标靶。位移传感器的变送器及计算机系统安装在控制箱中，以导线与传感器探头连接。控制箱上还有键盘和显示屏，用于人机交互，如输入标准位移量及其他指令等。固定块上固定有两根导杆，固定块上还有一个螺纹孔，导杆和螺纹孔都与测量方向平行。活动块上有两个导孔，活动块上还经轴承安装有一个丝杆，丝杆同轴固定有摇手柄，导孔和丝杆都与测量方向平行。活动块上导孔和丝杆分别与固定块上导杆和螺纹配合构成滑动机构和位移装置，导杆上有长度刻度，用以确定摇动手柄使活动块移动的距离。

5、一混凝土早龄期收缩特性测试装置，由计算机系统、位移传感器、位移传感器座架和标靶组成。位移传感器的传感器探头固定安装在位移传感器座架上，其探测方向垂直指向标靶。位移传感器的变送器及计算机系统安装在控制箱中，以导线与传感器探头连接。控制箱上还有键盘和显示屏，用于人机交互，如输入标准位移量及其他指令等。校正时以通过拆装位移传感器座架并移动其在试模上的位置来达到探头相对标靶移动一个确定的距离的目的。

上述各例中的计算机系统，都有校正功能，包括位移信号输入单元和标准位移量数据输入单元、位移信号处理单元、数据存储单元。其中位移信号输入单元与位移传感器的变送器连接并定时将传感器信号转换成数字信号送入处理单元；标准位移量输入单元用来是通过键盘输入标准位移量并将标准位移量转换成数字信号送入处理单元；位移信号处理单元用来建立以一组标准位移量与该组标准位移量所对应的位移传感器信号所转换成的一组数字信号之间的校正系数，并保存在数据存储单元中，存储单元中有校正系数计算公式s>d_b-d_a)>D；位移信号处理单元还用来以所得到的测量值位移传感器信号所转换成的数字信号通过该校正系数计算出实际位移量，存储单元中有位移量校正公式ΔL>s×(d_i-d₀)。

6、上述各例装置的校正方法：

装置安装调整完毕后，启动计算机系统，开始；

位移信号输入单元采集位移传感器信号，转换成数字信号d_a存储到数据存储单元；

通过在固定块和活动块之间塞入标准位移塞片或通过计算机系统指令电机转动丝杆或摇动手柄转动丝杆，使活动块移动一个确定的标准位移量；

位移信号输入单元采集位移传感器信号，转换成数字信号d_b存储数据存储单元；

输入标准位移量，将的标准位移量数据输入单元将输入的标准位移量转换成数字信号D存储数据存储单元；

位移信号处理单元从存储单元提取数据并按公式s>d_b-d_a)>D计算出校正系数s并存储到数据存储单元；

将活动块和固定块之间的前置平面回复到相互抵触的状态，向计算机系统输入开始测量的指令，测量装置开始正式测量；

位移信号输入单元采集位移传感器信号，转换成数字信号d₀存储到数据存储单元；

计时器经过指定的时长后发出采集信号指令，位移信号输入单元再次采集位移传感器信号，转换成数字信号d_i存储到数据存储单元；

位移信号处理单元从存储单元提取数据并按公式ΔL>s×(d_i-d₀)计算出这一次采样时标靶所移动的实际值；

重复—，经过不同的时长，采集位移传感器信号，获得多个d_i并计算出多个标靶实际移动值。

7、在上例基础上，重复上例之—，用不同厚度的标准位移塞片或不同的丝杆转动角度，用不同标准位移量获得不同的校正系数，如以标准位移量分别为0.5mm、1.0mm、1.5mm、……时，分别获得三个校正系数s₁、s₂、s₃、……；

同时在上例之中，按(d_i-d₀)值变化分别用相应的校正系数对位移量进行校正，如：

(d_i-d₀)≦0.5mm时用s₁校正，0.5mm<(d_i-d₀)≦1.0mm时用s₂校正，1.0mm<(d_i-d₀)≦1.5mm时用s₃校正，……。

8、如例2。以活动块与固定块上安装的电感位移传感器替代校正标准塞片。电感位移传感器与控制箱中计算机系统连接，计算机系统中有标准位移量控制单元，标准位移量控制单元连接电感位移传感器、存储器、键盘和电机。测量时步骤与例6同，其中—是：

人工输入标准位移量或者选择记忆在存储器中的标准位移量，经标准位移量控制单元转换成数字信号D存储数据存储单元；

标准位移量控制单元经计算后向电机发出转动指令，接受电感位移传感器接受反馈信号并转换成数字信号与D作比较，当两者相差为零时向电机发出停止指令；

位移信号输入单元采集位移传感器信号，转换成数字信号d_b存储数据存储单元。