专利名称：自动比表面积测定仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种自动比表面积测定仪，属物理测量仪器技术领域。
我国测定水泥比表面积采用中华人民共和国国家标准GB8074-87《水泥比表面积测定方法》(勃氏法)。用该法中的比表面积测定仪测定水泥的比表面积时，需人工打开气泵，把∪型管内的水柱抽到第一刻度以上，再关闭∪型管的旋塞阀和气泵，还需用秒表测定液面由第一刻度到第二刻度所需的时间；同时，还需把此时的环境温度记录下来，查到所对应的空气粘度，将测定的时间和空气粘度代到公式内进行繁琐地计算后，才能得出水泥的比表面积。目前，国家建材局下发的《水泥管理规程》中明文规定小磨熟料必须做比表面积的测定，但由于该仪器的操作计算繁琐，仍有很多企业的检测人员把比表面积测定仪闲置一旁。
本实用新型的目的采用现代电子技术，以单片机为核心，充分发挥其智能作用，设计一种在完全符合GB8074-87标准的条件下，使操作者只要按一下按键，即可自动完成整个测定计算比表面积的过程；达到自动完成抽气、关闭电磁阀和抽气泵、测时、简化操作、计算及显示全过程、提高检测精度的目的。
本实用新型的方案设计自动比表面积测定仪由机箱、显示屏、键盘电路板、主机电路板、变压器、电源开关、后箱盖、∪型管、第一红外线对耦、第二红外线对耦、第三红外线对耦、红外线检测板、测温PN结(N7)、抽气泵、电磁阀、止水夹、保险丝、电源线、活动盖构成；在机箱的底板上固定有主机电路板和变压器；在机箱的前面板上安装有同主机电路板电连接的显示屏、置数指示灯、标定指示灯、工作指示灯、报警指示灯以及键盘电路板和同安装在机箱底板上的变压器电连接的电源开关；在机箱的后箱盖内侧安装有同安装在机箱底板上的主机电路板电连接的红外线检测板、电磁阀、抽气泵、温度传感器，在后箱盖内侧还安装有∪型管、活动盖、保险丝，在接在∪型管上侧方和电磁阀中间的抽气管上安装有止水夹；在固定的内装有不透光浮子的∪型管外侧的红外线检测板上自上而下对应∪型管的第一、第二、第三刻度固定有第一红外线对耦、第二红外线对耦和第三红外线对耦；自动比表面积测定仪的主机电路板上安装有输出同A/D转换器0809(U4)电连接的温度检测单元、执行EPROM存贮器2764(U2)内存程序和经锁存器74LS373(U5)从EPROM存贮器2764(U2)中获得操作指令而顺序执行其中存贮程序的单片机8031(U1)控制单元、输出同单片机8031(U1)控制单元电连接的红外线检测单元、输出同单片机8031(U1)控制单元电连接的键盘输入单元、由单片机8031(U1)控制单元驱动的四个共阴数码管P1、P2、P3、P4组成的显示单元；单片机8031(U1)控制单元上安装有A/D转换器0809(U4)、锁存器74LS373(U5)、EPROM存贮器2764(U2)、驱动器74LS273(U6)、存贮器2816(U3)仪器常数存贮单元和报警器；在EPROM存贮器2764(U2)内存入用MCS-51汇编语言编制的软件程序，单片机8031(U1)按地址顺序到EPROM存贮器2764(U2)内取出执行指令。
温度检测单元仪器的环境温度通过测温PN结(N7)随温度的变化所产生的电信号经运算放大器U9-2和U9-3两次放大50倍后输出至A/D转换器0809(U4)转换成数字量，供单片机8031(U1)及存贮器用于计算、存贮和显示；其中电位计W1用于调整零点，W2用于调整满度，以保证温度检测单元的线性度；红外线检测单元根据浮子遮挡三个红外线对耦所产生的高低电平变化，经门电路U18-1、U18-2、U18-3输出至单片机8031(U1)进行数据存贮、计时、判断、控制和计算；键盘输入单元装有数字0-9数字键K1-K10、复位键K11、标定键K12、工作键K13、读数键K14、置数键K15的按键电路板可把输入的仪器常数及各功能键信号通过矩阵电路输入至进行人工对话的单片机8031(U1)；
显示单元其上装有可显示环境温度、时间、比表面积数值的由单片机8031(U1)控制单元驱动的四个数码管P1、P2、P3、P4；单片机8031(U1)控制单元该单元以单片机8031(U1)为核心，温度检测单元和红外线检测单元的信号输入后，在键盘输入单元输出控制信号的作用下，执行EPROM存贮器2764(U2)的内存程序，进行存贮、运算和判断；仪器常数经键盘输入单元並通过单片机8031(U1)按地址存入存贮器2816(U3)内，以保证掉电后仪器常数可永久保存；单片机8031(U1)经驱动器 74LS273(U6)可输出控制信号，使电磁阀、抽气泵工作自动完成抽气、关闭工作，还输出报警信号及各种工作状态、显示信号；最后单片机8031(U1)依据温度、时间及仪器常数按EPROM存贮器2764(U2)内存的计算程序算出比表面积数值在显示单元上显示出来。
实现本实用新型技术方案的软件本实用新型通过软件实现其智能化，其程序采用MCS-51汇编语言编制软件程序，存入EPROM存贮器2764(U2)内，单片机8031(U1)控制单元按地址顺序到EPROM存贮器2764(U2)内取出指令执行。该软件可实现以下功能1，自动检测液面高低自动比表面积测定仪每次开机或复位，单片机8031(U1)控制单元首先检测第三红外线对耦是否被浮子挡上而显高电平，如果为低电平则发出声光报警信号一秒钟；2，自动显示温度自动比表面积测定仪开机后直接显示温度，既使单片机8031(U1)控制单元在其它工作状态下，十秒钟后也自动恢复到温度显示状态；3，多功能置数键按一下置数键，显示单元显示原存入到存贮器2816(U3)仪器常数存贮单元内的仪器常数，按第二下置数键，自动比表面积测定仪处于存数状态，仪器常数的小数点后四位可通过数字键存入单片机8031(U1)内，按第三下数字键，即可把键入的仪器常数存入存贮器2816(U3)仪器常数存贮单元内，直至下次重新修改；4，测时功能按“标定”键，单片机8031(U1)控制单元按程序自动完成抽气后，在第一红外线对耦产生脉冲开始计时，到第二红外线对耦产生脉冲停止计时，显示单元显示测定的时间十秒；5，自动计算按“工作”键时，单片机8031(U1)控制单元在控制自动比表面积测定仪完成上述测时过程后，马上将温度、时间信号及存入的仪器常数准确地按国家规定的公式计算出比表面积数值，其中空气粘度采用查表法得到；6，显示浮子所在位置按“工作”键或“标定”键时，用数码管的三个水平笔划代表三个红外线对耦的位置，当浮子到第几个红外线对耦时，所对应的笔划及以下的笔划点亮，这样比较直观地显示抽气状况；测时间时取消该功能。
本实用新型的优点、特点及积极效果1，简化操作、可校准∪型管初始液位、提高检测精度；2，在不改变原有比表面积测定方法的情况下，可自动完成抽气、关闭阀门、测时、测温、计算及显示的全过程；3，检测计算速度快、效率高，代替了人工的繁琐计算工作；4，计算结果准确，数字显示清晰；
图1，自动比表面积测定仪外形投影视图；图2，自动比表面积测定仪内部结构示意图；图3，自动比表面积测定仪主机电路方框图；图4，自动比表面积测定仪主机电路图；图5，红外线检测单元电路图；图6，显示单元电路图；图7，单片机8031(U1)控制单元电路图；图8，温度检测单元电路图；图9，键盘输入单元电路图；图中1机箱，2显示屏，3工作指示灯，4报警指示灯，5标定指示灯，6置数指示灯，7复位键K11，8标定键K12，9工作键K13，10读数键K14，11置数键K15，12数字键K1-K10，13电源开关，14活动盖，15按键电路板，16主机电路板，17红外线检测板，18变压器，19抽气泵，20测温PN结(N7)，21保险丝，22电源线，23后箱盖，24第三红外线对耦，25第二红外线对耦，26第一红外线对耦，27浮子，28电磁阀，29∪型管，30止水夹，31温度检测单元，32单片机8031(U1)控制单元，33红外线检测单元，34键盘输入单元，35显示单元，36A/D转换器0809(U4)，37存贮器2816(U3)仪器常数存贮单元，38驱动器74LS273(U6)，39EPROM存贮器2764(U2)，40锁存器74LS373(U5)，41报警器，42母线。
以下结合附图叙述本实用新型的最佳实施例如图1和图2所示自动比表面积测定仪，由机箱(1)、显示屏(2)、键盘电路板(15)、主机电路板(16)、变压器(18)、电源开关(13)、后箱盖(23)、∪型管(29)、第一红外线对耦(26)、第二红外线对耦(25)、第三红外线对耦(24)、红外线检测板(17)、测温PN结(N7)(20)、抽气泵(19)、电磁阀(28)、止水夹(30)、保险丝(21)、电源线(22)、活动盖(14)构成；在机箱(1)的底板上固定有主机电路板(16)和变压器(18)；在机箱(1)的前面板上安装有同主机电路板(16)电连接的显示屏(2)、置数指示灯(6)、标定指示灯(5)、工作指示灯(3)、报警指示灯(4)、键盘电路板(15)和同安装在机箱(1)底板上的变压器(18)电连接的电源开关(13)；在机箱(1)的后箱盖(23)内侧安装有同安装在机箱(1)底板上的主机电路板(16)电连接的红外线检测板(17)、电磁阀(28)、抽气泵(19)、测温PN结(N7)(20)，在后箱盖(23)内侧还安装有∪型管(29)、活动盖(14)、保险丝(21)，在接在∪型管(29)上侧方和电磁阀(28)中间的抽气管上安装有止水夹(30)；在固定的内装有不透光浮子(27)的∪型管(29)外侧的红外线检测板(17)上自上而下对应∪型管(29)的第一、第二、第三刻度固定有第一红外线对耦(26)、第二红外线对耦(25)和第三红外线对耦(24)；在按键电路板(15)上装有数字0-9的数字键K1-K10(12)、复位键K11(7)、标定键K12(8)、工作键K13(9)、读数键K14(100)、置数键K15(11)；如图3和图4所示自动比表面积测定仪的主机电路板(16)上安装有输出同A/D转换器0809(U4)(36)电连接的温度检测单元(31)、执行EPROM存贮器2764(U2)(39)内存程序和经锁存器74LS373(U5)(40)从EPROM存贮器2764(U2)(39)中获得操作指令而顺序执行其中存贮程序的单片机8031(U1)控制单元(32)、输出同单片机8031(U1)控制单元(32)电连接的红外线检测单元(33)、输出同单片机8031(U1)控制单元(32)电连接的键盘输入单元(34)、由单片机8031(U1)控制单元(32)驱动的四个共阴数码管P1、P2、P3、P4组成的显示单元(35)；单片机8031(U1)控制单元(32)上装有A/D转换器0809(U4)(36)、EPROM存贮器2764(U2)(39)、锁存器74LS373(U5)(40)、驱动器74LS273(U6)(38)、存贮器2816(U3)仪器常数存贮单元(37)、报警器(41)；在EPROM存贮器2764(U2)(39)内存入用MCS-51汇编语言编制的软件程序，单片机8031(U1)控制单元(32)按地址顺序到EPROM存贮器2764(U2)(39)内取出执行指令。
如图8所示温度检测单元(31)中，仪器的环境温度通过测温PN结(N7)(20)随温度的变化所产生的电信号经运算放大器U9-2和U9-3两次放大50倍后输出至A/D转换器0809(U4)(36)转换成数字量，供单片机8031(U1)控制单元(32)计算、存贮並输出至显示单元(35)；其中电位计W1用于调整零点，W2用于调整满度，以保证温度检测单元的线性度；如图5所示红外线检测单元(33)中，在∪型管(29)所规定的第一、第二、第三刻度处，分别放置第一红外线对耦N10(26)、第二红外线对耦N11(25)和第三红外线对耦N12(24)，同时，在∪型管(29)内的液面上放置一个不透光的浮子(27)，根据浮子(27)遮挡三个红外线对耦所产生的高低电平变化，经门电路U18-1、U18-2、U18-3输出至进行判断、控制和计算的单片机8031(U1)控制单元(32)；如图9所示键盘输入单元(34)中，装有数字0-9数字键K1-K10(12)、复位键K11(7)、标定键K12(8)、工作键K13(9)、读数键K14(10)、置数键K15(11)的键盘电路板(15)可把输入的仪器常数及各功能键信号通过矩阵电路输入至进行人机对话的单片机8031(U1)控制单元(32)；如图6所示显示单元(35)中，其上装有可显示环境温度、时间、比表面积数值的由单片机8031(U1)控制单元(32)驱动显示器(2)上的四个数码管P1、P2、P3、P4；如图7所示单片机8031(U1)控制单元(32)中，该单元是以单片机8031(U1)为核心，温度检测单元(31)和红外线检测单元(33)的信号输入后，在键盘输入单元(34)输出控制信号的作用下，执行EPROM存贮器2764(U2)(39)的内存程序，进行存贮、运算和判断；仪器常数经键盘输入单元(34)並通过单片机8031(U1)控制单元(32)按地址存入存贮器2816(U3)仪器常数存贮单元(37)内，以保证掉电后仪器常数可永久保存；单片机8031(U1)经驱动器74LS273(U6)(38)可输出控制信号，使电磁阀(28)、抽气泵(19)工作自动完成抽气、关闭工作，还输出报警信号及各种工作状态、显示信号；最后单片机8031(U1)控制单元(32)依据温度、时间及仪器常数按EPROM存贮器2764(U2)(39)内存的计算程序算出比表面积数值在显示单元(35)上显示出来。
具体工作过程首先夹好止水夹(30)，向∪型管(29)中加入蒸馏水，使液面上的浮子(27)上升至第三刻度即第三红外线对耦(24)处，打开电源开关(13)，电路可自动检测液面高度，如果浮子(27)偏上或偏下未挡住第三红外线对耦(24)，则自动比表面积测定仪发出声、光报警1秒钟，再次用水调整直至声、光报警停止；打开电源开关(13)以后，显示屏(2)也立即显示温度，然后，按GB8074-87标准要求用标准粉测定仪器常数，把测出的仪器常数通过置数键K15(11)及数字键(12)存入存贮器2816(U3)仪器常数存贮单元(37)进行标定；其过程是先按一下置数键K15(11)，此时显示屏(2)显示出存贮器2816(U3)仪器常数存贮单元(37)内原存入的仪器常数，按第二下置数键K15(11)，存贮器2816(U3)仪器常数存贮单元(37)处于存数状态，此时，仪器常数的小数点后四位数可通过数字键K1-K10(12)存入单片机8031(U1)内，按第三下置数键K15(11)，即把键入的仪器常数存入到存贮器2816(U3)仪器常数存贮单元(37)内。以后，每次测定水泥比表面积时，只要把装有水泥的透气筒放在∪型管(29)上，打开止水夹(30)，按动工作键K13(9)，单片机8031(U1)控制单元(32)按照编制的软件程序，先打开电磁阀(28)及抽气泵(19)，待透气筒下方至浮子(27)上方的空气经抽气管被抽走而浮子(27)上升到第一红外线对耦(26)处红外线检测单元(33)有脉冲信号输给单片机8031(U1)控制单元(32)时，电磁阀(28)及抽气泵(19)延时至5秒关闭，外部空气经装有水泥的透气筒慢慢进入∪型管(29)内，这时液面上的浮子(27)随液面徐徐下降，当浮子(27)通过第一红外线对耦(26)时，红外线检测单元(33)又有脉冲信号输给单片机8031(U1)控制单元(32)时而使自动比表面积测定仪开始计时，到浮子(27)通过第二红外线对耦(25)时，计时停止，单片机8031(U1)控制单元(32)根据温度检测单元(31)输出的信号、测定出的浮子(27)由第一红外线对耦(26)下降至第二红外线对耦(25)的时间及存入的仪器常数，按照编制的软件程序计算出所要测定的水泥比表面积数值，並通过显示屏(2)显示出计算结果。
权利要求1，一种自动比表面积测定仪，由机箱(1)、显示屏(2)、键盘电路板(15)、主机电路板(16)、变压器(18)、电源开关(13)、后箱盖(23)、∪型管(29)、第一红外线对耦(26)、第二红外线对耦(25)、第三红外线对耦(24)、红外线检测板(17)、测温PN结(N7)(20)、抽气泵(19)、电磁阀(28)、止水夹(30)、保险丝(21)、电源线(22)、活动盖(14)构成；其特征在于a，在机箱(1)的底板上固定有主机电路板(16)和变压器(18)；b，在机箱(1)的前面板上安装有同主机电路板(16)电连接的显示屏(2)、置数指示灯(6)、标定指示灯(5)、工作指示灯(3)、报警指示灯(4)、键盘电路板(15)和同安装在机箱(1)底板上的变压器(18)电连接的电源开关(13)；c，在机箱(1)的后箱盖(23)内侧安装有同安装在机箱(1)底板上的主机电路板(16)电连接的红外线检测板(17)、电磁阀(28)、抽气泵(19)、测温PN结(N7)(20)，在后箱盖(23)内侧还安装有∪型管(29)、活动盖(14)、保险丝(21)，在接在∪型管(29)上侧方和电磁阀(28)中间的抽气管上安装有止水夹(30)。
2，如权利要求1所述的自动比表面积测定仪，其特征在于主机电路板(16)上安装有输出同A/D转换器0809(U4)(36)电连接的温度检测单元(31)、执行EPROM存贮器2764(U2)(39)内存程序和经锁存器74LS373(U5)(40)从EPROM存贮器2764(U2)(39)中获得操作指令而顺序执行其中存贮程序的单片机8031(U1)控制单元(32)、输出同单片机8031(U1)控制单元(32)电连接的红外线检测单元(33)、输出同单片机8031(U1)控制单元(32)电连接的键盘输入单元(34)、由单片机8031(U1)控制单元(32)驱动的四个共阴数码管P1、P2、P3、P4组成的显示单元(35)。
3，如权利要求1所述的自动比表面积测定仪，其特征在于在固定的内装有不透光浮子(27)的∪型管(29)外侧的红外线检测板(17)上自上而下对应∪型管(29)的第一、第二、第三刻度固定有第一红外线对耦(26)、第二红外线对耦(25)和第三红外线对耦(24)；在按键电路板(15)上装有数字0-9的数字键K1-K10(12)、复位键K11(7)、标定键K12(8)、工作键K13(9)、读数键K14(10)、置数键K15(11)。
专利摘要一种自动比表面积测定仪,由单片机控制单元及向其输入各种信号的键盘输入单元、红外线检测单元、温度检测单元、A/D转换器、仪器常数存贮单元、显示其输出数字信号的显示单元、执行其输出控制驱动信号的电磁阀、抽气泵、报警器和装被测水泥透气筒的U型管组成,用MCS－51汇编语言编制程序实现其智能化,可自动完成液面高低检测、抽气、关闭抽气泵和电磁阀、测时、水泥比表面积的计算及显示全过程,具有检测精度高、简化操作程序、使用方便、计算速度快的特点。
文档编号G01N15/08GK2288436SQ9620644
公开日1998年8月19日 申请日期1996年3月26日 优先权日1996年3月26日
发明者方井顺 申请人:方井顺