专利名称：一种土颗粒自动测量分析装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及土工试验领域，尤其是指一种土颗粒自动测量分析装置。
背景技术：
目前，进行粒径小于0.075_岩土试验的颗粒分析均为人工操作设备，密度计法检测较多，其人工操作包括秒表计时0. 5、1、2、5、15、30、60、120和1440min，并在0. 5、1、2、
5、15、30、60、120和1440min时刻读取密度计刻度、结果人工计算以及撰写报告，移管法检测非常少，其人工操作复杂。由人工检测，其特点是试验整个过程均需要求试验检测人员参与巡查，并且要求准时读取刻度，自动化程度低，劳动工作量大，工作效率低，人力成本闻。当前进行试验测试时，试验数据的读取主体为试验检测操作人员，读取结果可能会因试验检测人员的工作经验、心理状态的不同而存在偶然误差或错误，这些读数偏差将直接影响检测的准确性和精度。现有的颗粒分析的测量仪器为玻璃材料的比重计(密度计)，未见电子控制与自动化技术应用。现有技术的不足是自动化测试程度低，高度依赖人力操作，工作效率低，人力成本高，检测结果受检测人员主观影响大。
实用新型内容本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种土颗粒自动测量分析装置，本试验装置为颗粒分析的密度测试、粒径计算、含量百分比计算提供自动检测记录的试验装置，多组试验可同时进行，全面提高颗粒分析的批量检测工作效率，降低人员劳动强度，降低检测工作成本，减小检测人员对检测结果的影响。本实用新型的实现由以下技术方案完成一种土颗粒自动测量分析装置，其特征在于所述自动测量分析装置包括支架底座、量筒、搅拌器，传感器，测量杆，所述量筒放置在支架底座上，所述搅拌器放置于量筒内部，所述传感器套装于测量杆下端，所述测量杆放置于量筒内部，所述自动测量分析装置还设有电子测控器和伺服测量器，所述伺服测量器与支架底座固接，所述电子测控器控制连接伺服测量器。所述的支架底座由底座、三个调节螺钉、支架组成，所述支架焊接于底座上表面，所述三个调节螺钉均匀固接在底座下表面，以所述底座中心位为中心，并且呈等边三角形分布。所述的调节螺钉为四个或者四个以上，所述调节螺钉呈均匀分布在底座下表面。所述的搅拌器由孔板、连接杆、手柄组成，所述孔板通过连接杆与手柄固接，所述孔板上开有通孔。所述的伺服测量器由竖直指示器、伺服电机、本体、测量杆、温度传感器、压力传感器组成，所述竖直指示器、伺服电机、测量杆固装在本体上，所述本体与所述支架固接，所述伺服电机连接控制测量杆，所述温度传感器、压力传感器套装于测量杆的下端。所述的电子测控器连接所述温度传感器和压力传感器，并由操作装置、存储装置、信号数据处理器、控制装置组成，所述操作装置固装于电子测控器外表面，由按键面板和显示屏组成，所述操作装置连接存储装置、所述存储装置、控制装置分别与信号数据处理器连接。所述存储器由存储单元、USB接口单元、电源转换单元组成，所述存储单元连接所述按键面板。所述控制装置由微控制器、伺服电机驱动单元组成，所述微控制器连接信号数据处理器和伺服电机驱动单元，所述伺服电机驱动单元连接伺服电机。所述的电子测控器还设有温度传感器，所述温度传感器连接信号数据处理器。本实用新型的优点是本实用新型在颗粒分析试验中土颗粒悬浊液的密度检测记录，自动计算粒径、含量百分比。本实用新型采用自动测试，多组试验同时进行，全面提高颗粒分析的批量检测工作效率，降低人员劳动强度，降低检测工作成本，减小检测人员对检测结果的影响。
图I是本实用新型结构总示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本实用新型特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解支架底座组件I、调节螺钉2、底座3、量筒4、搅拌器5、孔板
6、连接杆7、手柄8、温度传感器9、压力传感器10、测量杆11、本体12、伺服测量模块13、伺服电机14、竖直指示器15、支架16、电子测控器17、标记线18。如图I所示土颗粒自动测量装置的系统组成主要包含支架底座组件I、量筒4、搅拌器5、电子测控器17、伺服测量模块13。支架底座组件I由调节螺钉2，底座3，支架16组成。量筒4放置承载于底座3上、电子测控器17和支架16，底座3与支架16通过螺栓或焊接方式连接紧固。搅拌器5放置于量筒4内部。伺服测量模块13由竖直指示器15、伺服电机14、本体12、测量杆11、温度传感器9、压力传感器10组成；伺服测量模块13用于检测土颗粒悬液的温度和不同时刻某一深度下的压力。电子测控器17连接控制伺服测量模块13。三个调节螺钉2均布安装在底座3下面，调节螺钉三者连线为等边三角形，底座3中心位于该等边三角形中心附近。通过旋转调整调节螺钉2中一个或多个的高度使竖直指示器15的液泡位于圆形标线的正中心，此时表明测量杆11已被调整为竖直状态。支架16通过螺栓或焊接方式安装固定在底座3上面，支架16用于固定本体12，使本体12基本处于竖直状态。量筒4内径约60mm,容积IOOOmL,高约420mm,刻度0 IOOOmL,准确至10mT,;量 筒4用于存放土颗粒悬液。搅拌器5由孔板6、连接杆7、手柄8组成；搅拌器5放置于量筒4中，用于上下搅拌量筒4中的土颗粒悬液，使悬液中的土颗粒均匀分布。孔板6为圆形，外径50_，孔板6上均匀分布多个孔径3mm的通孔，搅拌器5上下搅拌时，土颗粒悬液可顺畅通过这些通孔。连接杆7长度约450_，与孔板6、手柄8通过螺钉或焊接方式连接紧固。手柄8用于操作者把持搅拌器5，手动上下操作搅拌器5搅拌量筒4中的土颗粒悬液。电子测控器17由按键面板、显示屏、存储单元、USB接口单元、电源转换单元、温度传感器、伺服电机驱动单元、信号处理单元、微控制器及电路等组成。电子测控器17由外部220电源供电。电子测控器17可通过RS232串行通讯方式与外部计算机或其他设备建立通讯连接，将测量结果按预定的通讯协议发送至外部计算机及或其他设备，外部计算机或其他设备也可按预定的通讯协议向电子测控器发送参数设置和操作指令。电子测控器17通过按键面板将试验设置参数输入，并存储在存储单元供后续试验调用；通过按键面板可 手动控制伺服电机14 ;通过按键面板控制试验开始或中断结束；通过按键面板设定与外部计算机或其他设备通讯开启或关闭。电子测控器17通过显示屏显示试验设置参数、时间进程、故障信息、测试结果、帮助提示信息等，通过按键面板进行显示屏前、后翻页，显示当前、前一条、后一条测试结果或信息。电子测控器17通过存储单元存储设置参数、测量结果，存储单元的剩余存储空间大小在显示屏状态栏显示，当存储单元存储空间用完，可通过按键面板选择删除存储的测量结果文件。电子测控器17通过USB接口单元将存储单元的测量结果导出U盘，文件选择导出通过按键面板操作。电子测控器17通过电源转换单元将220V电压供电转换为电子测控器17、伺服电机14、温度传感器9、压力传感器10可用的电压供电。电子测控器17为伺服测量模块13提供电源供给。电子测控器17利用温度传感器检测记录环境的温度。电子测控器17通过伺服电机驱动单元驱动伺服电机14转动，驱动指令来自于微控制器。电子测控器17接收来自温度传感器9、压力传感器10的电信号，并通过信号处理单元处理后输送至微控制器。电子测控器17中微控制器接收来自按键面板输入的信号，信号处理单元处理后的信号；微控制器输出驱动指令至伺服电机驱动单元控制伺服电机14 ;微控制器对测量信号数据和相关设置参数进行计算获得结果；微控制器具备定时及计时功能；微控制器将试验设置参数、时间进程、计算结果、故障信息等输出显示在显示屏上；微控制器将试验设置参数、计算结果输出存储在存储单元，通过USB接口单元导出至U盘。伺服测量模块13由竖直指示器15、伺服电机14、本体12、测量杆11、温度传感器
9、压力传感器10组成，伺服测量模块13用于检测土颗粒悬液的温度和不同时刻某一深度下的压力。竖直指示器15安装在本体12上平面；竖直指示器15中存有液体，液面上有I个气泡；竖直指示器15的上表面外壳为透明材料，并有一个圆形标记圈；基于重力原理，当气泡位于圆形标记圈正中心表明，本体12上平面处于水平状态，测量杆11与本体12上平面垂直，因而气泡位于圆形标记圈正中心也表明测量杆11为竖直状态，相反气泡偏离圆形标记圈正中心则表明测量杆11不为竖直状态，应通过调节螺钉2调整使气泡位于圆形标记圈正中心。伺服电机14为转角步进电机，伺服电机14接受电子测控器17的驱动信号可单步步进转动或连续转动，伺服电机14带动齿轮、丝杆,将旋转运动转换为测量杆11的竖直方向上下直线运动。控制调整伺服电机14转角位置即可改变测量杆11插入量筒4中土颗粒悬液的深度。本体12用于承载安装竖直指示器15、伺服电机14、测量杆11 ;本体12固定在支架16上；本体12中设置齿轮用于传递运动，将伺服电机14的转动驱动转换为测量杆11的竖直方向上下直线运动；本体12中设置导向结构，导向结构的中心线垂直于本体12的上平面，导向结构确保测量杆11沿着垂直本体12上平面直线运动。测量杆11上部为丝杆结构与本体12中的齿轮装置啮合，转换伺服电机14的转动驱动，伺服电机14不转动时测量杆11静止不动。测量杆11被伺服电机14驱动在本体12导向结构导向作用下产生上下直线运动；测量杆11下部安装温度传感器9和压力传感器10。测量杆11下部为中空结构用于温度传感器9和压力传感器10穿线；测量杆11下部设置标记线18，用于初始测量时对齐液面。温度传感器9安装在测量杆11的下部用于检测量筒4中土颗粒悬液的温度。压力传感器10安装在测量杆11的下部用于检测量筒4中土颗粒悬液的某深度下的压力；压力传感器10的压力感应面垂直于测量杆11的轴线。本实施例在具体实施时分为以下使用实验步骤试验步骤1，制作土颗粒悬液按颗粒分析试验中密度计法规定方式，取试样干质量》~为30g的风干试验制作土颗粒悬液，过0. 075mm筛的悬液存放于量筒4中，悬液体积
K 为 IOOOmL。试验步骤2，调整竖直状态按下按键面板零位键，伺服电机14转动直至测量杆11位于最高位置，定义该位置为测量杆11的零位，零位状态下压力传感器10的最低位置高于量筒4最高位置；调整调节螺钉2，使竖直指示器15的气泡位于标记圆形圈的正中心位置，此时测量杆11为竖直状态；试验步骤3，测量参数设置通过电子测控器17的按键面板输入密度检测时间分别为0. 5、1、2、5、15、30、60、120和1440min，量筒4内径A ,压力传感器10外径马，并执行
保存，只需设置一次即可，后续试验电子测控器17会自动调用保存的设置；输入试样编号；试验步骤4，测量杆11标记线18对齐悬液液面搅拌器5放入量筒4中，将量筒4放置在测量杆11的正下方，测量杆11轴线基本在量筒4中线附近，将搅拌器5沿悬液深度上下搅拌lmin，悬液液面静止后，手动调节电子测控器17驱动伺服电机14使测量杆11单步移动，直至测量杆11标记线18与悬液液面对齐，此时压力传感器10的压力感应面与液面的距离为！试验步骤5，设置测量杆11下行位移Ha :通过电子测控器17的按键面板设置下行位移Ha , 应大于悬液深度的1/2 ;测量杆11下行位移Ha进入悬液后，悬液液面上升高度为K ,此时压力传感器10的压力感应面与液面的距离为H2, H2 = Ha + ha ,电子测控
器17自动计算^值
权利要求1.一种土颗粒自动测量分析装置，其特征在于所述自动測量分析装置包括支架底座、量筒、搅拌器，传感器，測量杆，所述量筒放置在支架底座上，所述搅拌器放置于量筒内部，所述传感器套装于测量杆下端，所述测量杆放置于量筒内部，所述自动測量分析装置还设有电子测控器和伺服測量器，所述伺服測量器与支架底座固接，所述电子测控器控制连接伺服測量器。
2.根据权利要求I所述的ー种土颗粒自动测量分析装置，其特征在于所述的支架底座由底座、三个调节螺钉、支架组成，所述支架焊接于底座上表面，所述三个调节螺钉均匀固接在底座下表面，以所述底座中心位为中心，并且呈等边三角形分布。
3.根据权利要求2所述的ー种土颗粒自动测量分析装置，其特征在于所述的调节螺钉为四个或者四个以上，所述调节螺钉呈均匀分布在底座下表面。
4.根据权利要求I所述的ー种土颗粒自动测量分析装置，其特征在于所述的搅拌器由孔板、连接杆、手柄组成，所述孔板通过连接杆与手柄固接，所述孔板上开有通孔。
5.根据权利要求I所述的ー种土颗粒自动测量分析装置，其特征在于所述的伺服测量器由竖直指示器、伺服电机、本体、测量杆、温度传感器、压カ传感器组成，所述竖直指示器、伺服电机、测量杆固装在本体上，所述本体与所述支架固接，所述伺服电机连接控制测量杆，所述温度传感器、压カ传感器套装于测量杆的下端。
6.根据权利要求I所述的ー种土颗粒自动测量分析装置，其特征在于所述的电子测控器连接所述温度传感器和压カ传感器，并由操作装置、存储装置、信号数据处理器、控制装置组成，所述操作装置固装于电子测控器外表面，由按键面板和显示屏组成，所述操作装置连接存储装置、所述存储装置、控制装置分别与信号数据处理器连接。
7.根据权利要求I所述的ー种土颗粒自动测量分析装置，其特征在于所述存储器由存储单元、USB接ロ单元、电源转换单元组成,所述存储单元连接所述按键面板。
8.根据权利要求I所述的ー种土颗粒自动测量分析装置，其特征在于所述控制装置由微控制器、伺服电机驱动单元组成，所述微控制器连接信号数据处理器和伺服电机驱动単元，所述伺服电机驱动单元连接伺服电机。
9.根据权利要求6所述的ー种土颗粒自动测量分析装置，其特征在于所述的电子测控器还设有温度传感器，所述温度传感器连接信号数据处理器。
专利摘要本实用新型涉及土工试验领域，尤其是指一种土颗粒自动测量分析装置，包括支架底座、量筒、搅拌器，传感器，所述量筒放置在支架底座上，所述搅拌器和传感器都放置于量筒内部，其特征在于该自动测量分析装置还设有电子测控器和伺服测量器，所述伺服测量器与支架底座固接，所述电子测控器控制连接伺服测量器。本实用新型的优点是用于颗粒分析试验中土颗粒悬浊液的密度检测记录，自动计算粒径、含量百分比。本实用新型采用自动测试，多组试验同时进行，全面提高颗粒分析的批量检测工作效率，降低人员劳动强度，降低检测人力成本，减小检测人员对检测结果的影响。
文档编号G01N9/26GK202403995SQ20112047026
公开日2012年8月29日 申请日期2011年11月23日 优先权日2011年11月23日
发明者曹兴国, 曹海荣, 辛伟 申请人:上海岩土工程勘察设计研究院有限公司