一种压实混合料密度测量装置的制作方法

本实用新型属于材料试验仪器技术领域，涉及一种压实混合料密度测量装置。

背景技术：

压实混合料的密度是沥青配合比设计和沥青路面质量控制的一个至关重要的指标，它直接影响着沥青混合料的空隙率、骨架空隙率、沥青混合料的饱和度以及现场的压实度等，同时对沥青路面出现的一些病害如车辙、推移、开裂、松散等也有重要影响，因此准确测量该数值是非常重要的。《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20—2011中规定：压实混合料密度测定时，水温要保持25±0.5℃，以确保实验的准确性。但是往往实验中却忽略之一条件或不能准确达到实验温度要求，从而导致测量数据的不准确，进而引起较大的实验误差。

目前，常用的压实混合料密度测量装置操作过程繁琐，效率低下，而且测量时一般仪器的上支撑面不稳定，置于其上的电子天平也不易安装。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种压实混合料密度测量装置，利用温度控制系统，使试件在测量过程中，水温较好的满足其测试标准要求，提高测定结果的准确性。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种压实混合料密度测量装置，包括相互平行设置的上支撑面和下支撑面，及用于连接上支撑面与下支撑面的支柱；

上支撑面的上表面设有操作控制台和电子天平；

下支撑面的上表面设有溢流水槽，溢流水槽中设有网篮，网篮通过吊绳穿过上支撑面与电子天平连接；

所述压实混合料密度测量装置还包括温度控制系统，温度控制系统包括控制器、温度采集电路、信号放大调理电路、模/数转换模块、显示模块、温度控制模块和温度采集器；温度采集器依次通过温度采集电路、信号放大调理电路和模/数转换模块与显示模块连接；显示模块、温度控制模块和温度采集器与控制器连接；

控制器设在操作控制台上，温度控制模块和温度采集器设在溢流水槽内。

进一步，温度控制模块包括加热元件和制冷元件，温度采集器为用于测定溢流水箱内的水温的测温探头，加热元件用于加热溢流水槽内的水，制冷元件用于对溢流水槽内的水降温；加热元件、测温探头、制冷元件均与控制器电性连接。

进一步，加热元件采用两根加热棒，制冷元件采用制冷片；控制器采用 AT89C51单片机，测温探头采用AD590温度传感器。

进一步，操作控制台上设有按键输入模块，按键输入模块与控制器电性连接，按键输入模块包括加热按键和制冷按键，加热元件和加热按键连接，制冷元件和制冷按键连接。

进一步，操作控制台上设有水泵开关，下支撑面的上表面还设有水泵，水泵与水泵开关连接；水泵连接有供水源；在溢流水槽上进水口和排水口。

进一步，在溢流水槽中设有水位隔板，水位隔板竖向设置有两块，分别为左侧隔水板和右侧隔水板，左侧隔水板和右侧隔水板将溢流水槽分为三部分，左侧隔水板的左侧部分为左半侧溢流槽，介于左侧隔水板和右侧隔水板的中间部分为中间槽，右侧隔水板的右侧部分为右半侧排水槽；

左侧隔水板下端与溢流水槽的槽底留有通水间隙，左半侧溢流槽与中间槽下部连通；

中间槽内设有两个网篮，每个网篮上方对应的上支撑面上设有一个电子天平，分别为左侧电子天平和右侧电子天平。

进一步，右侧隔水板顶部设有斜坡，左侧隔水板的高度高于右侧隔水板的高度。

进一步，进水口设在左半侧溢流槽的上部，排水口设在左半侧溢流槽的底部，右半侧排水槽底部设有三孔阀门，三孔阀门用于排水或通过输水软管与进水口连接。

进一步，所述压实混合料密度测量装置还包括数据记录处理系统，数据记录处理系统包括操作键盘、记录开关和单片机，操作键盘与单片机连接，单片机与显示模块连接。

进一步，单片机的型号为STC89C51；记录开关包括记录一按钮和记录二按钮，记录一按钮作为开始输入第一组数据的开关，记录二按钮作为开始输入第二组数据的开关。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型公开的压实混合料密度测量装置，包括上支撑面和下支撑面，上下支撑面通过立柱连接，电子天平设于上支撑面上，支撑面较稳定，置于其上的电子天平容易安装；在测量沥青混合料密度时，可利用温度控制系统，温度控制系统包括控制器、温度采集电路、信号放大调理电路、模/数转换模块、显示模块、温度控制模块和温度采集器；温度采集器用于测定溢流水箱内的水温，将测得的数据通过温度采集电路发送给信号放大调理电路，再经过模/数转换模块，把电信号转换为数字信号，最终与显示模块上显示测得的温度数据，控制器根据温度采集器测得的温度数值，去控制温度控制模块工作，调节溢流水槽中的水温，使水温符合实验要求，使试件在测量过程中，所处水温较好的满足其测试标准要求，提高测定结果的准确性。

进一步，温度控制模块包括加热元件和制冷元件，温度采集器为用于测定溢流水箱内的水温的测温探头，控制器根据测温探头测得的温度数值，去控制加热元件和制冷元件工作，调节溢流水槽中的水温，使水温符合实验要求。

进一步，控制器采用单片机，测温探头采用温度传感器，均为现有成熟设备，易于实现温度的精确控制。

进一步，在下支撑面的上表面还设有水泵，水泵连接供水源，利用水泵为溢流水槽进行自动加水，不仅减少了人力物力，而且进一步提高了实验效率。

进一步，本实用新型在溢流水槽中设置水位隔板，有效的将溢流水槽分割成不同部分，使得水由左半侧溢流槽上部进入，然后向下从隔水板底部流向溢流水槽的另一侧，水位隔板有三点作用：一、使溢流水槽网篮所在侧的水能尽快归于平静，减少等待水流静止后进行称重的间隔时间；二、溢流水槽进水时，水位隔板的设置有利于促进溢流水槽内水体的流动，有利于消除水温梯度；三、由左侧隔水板在两侧形成连通的储水空间，有效的增加了下支撑面上的重量，有利于整个实验装置的稳定。同时对应设置两个电子天平和两个网篮，从而一次可进行两组试验，而现有的仪器每次仅能测量一个试件，加水时费力耗时又不易控制，再利用水泵进行自动加水，可进行有效的水循环。

进一步，本实用新型还设有数据记录处理系统，利用所测数据可直接进行密度计算，同时也能利用公式，并输入必要的参数可进行混合料其他指标的计算，这样既能减少实验数据记录和处理的繁琐又能有效的提高实验的精确度和效率。

附图说明

图1为本实用新型的整体立体结构示意图；

图2为本实用新型的上支撑面、下支撑面以及支柱配合的结构示意图；

图3为本实用新型的溢流水槽立体结构及内部示意图；

图4为本实用新型的上支撑面的结构示意图；

图5为本实用新型的操作控制台的结构示意图；

图6为本实用新型的数据记录处理系统的结构框图；

图7为本实用新型的数据记录处理系统的详细电路图；

其中：1为上支撑面，1-1为操作控制台，1-2为水泵开关，1-3为记录开关，2为下支撑面，3为支柱，4为溢流水槽，4-1为左半侧溢流槽，4-2为右半侧排水槽，4-3为加热元件，4-4为测温探头，4-5为制冷元件，5为支座，6为数据记录处理系统，6-1为显示器，6-2为操作键盘，6-3为按键输入模块，7-1为左侧电子天平，7-2为右侧第电子天平，8为网篮，8-1为吊绳，9为水位隔板，9-1 为左侧隔水板，9-2为右侧隔水板，9-3为斜坡，10为水泵，10-1为进水口，10-2 为排水口，10-3为三孔阀门。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

如图1～2所示，本实用新型的一种压实混合料密度测量装置，包括上支撑面1、下支撑面2及用于连接上支撑面1与下支撑面2的支柱3；所述上支撑面 1的上表面左侧设有操作控制台1-1，右侧设有电子天平7，底部为承重梁台；所述下支撑面2的上表面设有溢流水槽4，同时下端设有四个支座5；所述支柱 3设有两根，其中左侧矩形支柱既起支撑作用又便于电线的连接。溢流水槽4中设有网篮8，网篮8通过吊绳8-1穿过上支撑面1的通孔与电子天平7连接。

所述压实混合料密度测量装置还包括温度控制系统，包括控制器、温度采集电路、信号放大调理电路、模/数转换模块以及与控制器分别相连的显示模块、温度控制模块和温度采集器，温度采集器依次通过温度采集电路、信号放大调理电路和模/数转换模块与显示模块连接。以水温作为测量媒介，以AT89C51单片机作为核心控制器，以AD590温度传感器作为温度采集器，显示模块为LED 显示器6-1，实现温度的采集、控制、传输、显示的功能。

控制器设在操作控制台1-1上，温度控制模块和温度采集器设在左半侧溢流水槽4-1内，如图3所示，温度控制模块包括加热元件4-3和制冷元件4-5，温度采集器为用于测定溢流水箱内的水温的测温探头4-4，加热元件4-3用于加热溢流水槽4内的水，制冷元件4-5用于对溢流水槽4内的水降温。加热元件4-3、测温探头4-4、制冷元件4-5均于控制器电性连接，控制器根据测温探头4-4采集温度数据，控制加热元件4-3或制冷元件4-5工作。该装置可使混合料试件在测量时温度达到标准试验的温度要求，确保试验结果的准确性。

如图4所示，操作控制台1-1上设有按键输入模块6-3，按键输入模块6-3 与控制器电连接，按键输入模块6-3包括加热按键和制冷按键，加热元件4-3和加热按键连接，制冷元件4-5和制冷按键连接。

优选地，如图1和4所示，操作控制台1-1上设有水泵开关1-2，下支撑面 2的上表面还设有水泵10，水泵10与水泵开关1-2连接。

如图3所示，所述溢流水槽4中设有水位隔板9，所述水位隔板9竖向设置有两块并将溢流水槽分为三部分，分别为左侧隔水板9-1和右侧隔水板9-2，通过左侧隔水板9-1形成左半侧溢流槽4-1且左侧隔水板9-1下端离槽底具有一定距离，从而将溢流水槽4分离成两个下部连通的储水空间，左侧隔水板9-1和右侧隔水板9-2的中间部分为中间槽，通过右侧隔水板9-2形成右半侧排水槽4-2 且右侧隔水板9-2顶部设有斜坡9-3便于排水，同时两个水位隔板具有不同高度，这样使得左半侧溢流槽9-1高于右半侧排水槽9-2。

介于左侧隔水板9-1和右侧隔水板9-2之间的中间槽内设有两个网篮，且间隔一定的距离，对应位置的上支撑面1表面设有两个电子天平，分别为左侧电子天平7-1和右侧电子天平7-2，这样就可以同时测量两个试件，当然，若是中间槽空间足够大，还可以进行更多个试件的测量。

所述左半侧溢流槽4-1上部设有进水口10-1、下部设有排水口10-2；右半侧排水槽下部设有三孔阀门10-3，既实现排水，又可以通过输水软管与左侧进水口10-1连接，配合使用水泵10进行水流的补充循环。由进水口10-1、三孔阀门10-3、水泵10以及输水软管组成水循环系统，同时水泵10也与操作控制台 1-1上的水泵开关1-2连接，从而控制水泵10的启动或关闭。整个水循环系统的优点在于能够自动加水，既省时省力又便于控制。

加热元件4-3采用两根加热棒或电阻丝，水平安装在左半侧溢流槽4-1底面，制冷元件4-5采用制冷片或风机，平铺于左侧隔水板9-1内壁。

当试验测量的数据较多，记录和处理时易出现混乱和错误等情况。因此上述问题严重地影响了实验效率，且实验的准确性也得不到保障。更优地，所述上支撑面2左侧还设有数据记录处理系统6；右侧设有两个电子天平分别为7-1、 7-2，其对应的正前方设有显示器分别与操作控制台1-1上的记录开关1-3连接，便于数据的记录。

优选地，所述的数据记录处理系统6包括记录开关1-2、操作键盘6-2以及单片机。如图6所示，操作键盘6-2用于输入其他参数或对相关实验数据进行处理，操作键盘6-2与单片机连接，单片机与显示模块连接。通过记录开关1-2与显示器6-1连接，便于测量数据的记录和储存；单片机根据实际需求进行简易编程，提前编辑好需要用到的公式，同时利用操作键盘6-2，可将记录和储存的数据输入单片机中，带入公式进行计算，可直接得到压实混合料的密度，并于显示器6-1上显示结果。

优选地，所述数据记录处理系统6还有其他优势和特点，即可利用操作键盘6-2选择相应公式，输入部分参数和应用测量数据计算压实混合料的其他指标。

所述数据记录处理系统6，不仅可以利用操作控制台1-1处的记录开关1-3 记录所测质量，还可以利用操作键盘6-1选择相应公式直接计算压实混合料的密度。另外，更进一步地可以利用按键输入部分参数，并结合试验数据带入相关公式计算沥青混合料的其他参数指标。具体操作键盘6-1及操作控制台1-1的按键如图5所示。

如图6、7所示的数据记录处理系统的结构框图和电路图，本电路采用8位的STC89C51单片机作为核心控制器，矩阵键盘作为数据的输入设备，在键盘中按键数量较多时，为了减少I/O口的占用，通常将按键排列成矩阵形式。在矩阵式键盘中，每条水平线和垂直线在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。这样，一个端口，如P1口就可以构成4*4＝16个按键，比之直接将端口线用于键盘多出了一倍，而且线数越多，区别越明显，比如再多加一条线就可以构成20键的键盘，而直接用端口线则只能多出一键。由此可见，在此设备中需要的键数比较多时，但是51单片机端口资源有限，所以采用矩阵法来做键盘是必然选择。LED显示器由51单片机控制显示具体数据。

首先给电路供电，即打开仪表盘的电源开关，指示灯正常即代表电路正常供电。接下来即可输入物料数据，按下记录一按钮开始输入第一组数据，同理按下记录二按钮开始输入第二组数据，输入其他参数数据时使用操作仪表盘上的数字和按键，这些按键均与51单片机端口相连，在51单片机里面根据实际需求进行简易编程，当输入完相关数据即可进行计算，结果显示在显示器上。当进行完一次数据的记录与计算后，按下按键DEL就可清除之前运算数据，开始下一组数值的运算。实验结束，断开电源。

最优地，当本实用新型的压实混合料密度测量装置既包括了温度控制系统，又包括水循环系统和数据记录处理系统，其工作过程具体为：

1、挂上网篮8，使网篮8浸入溢流水槽4中，调节水位至右侧隔水板9-2 的高度。此时可开启温度控制系统，使得溢流水槽4中水温达到测试要求，同时将电子天平7调零，然后称取干燥试件的空气质量ma，并按记录开关1-3进行记录。

2、当显示器6-1所显示的溢流水槽4内温度达到试验温度时，将试件至于网篮8中浸水3-5min，称取水中质量mw，并按记录开关1-3进行记录。

3、从水中取出试件，用洁净柔软的拧干湿毛巾轻轻擦去试件的表面水，然后称量其表干质量mf，并按记录开关1-3进行记录。

4、以上步骤，可进行一个试件测量或两个试件同时进行测量。第一组试验完成后，启动水泵开关1-2，使得水流从右半侧排水槽4-2中输送至左半侧溢流槽4-1并使溢流水槽4中水位达到右侧水位隔水板9-2的高度，重复1—3的步骤进行下组试验测量。

5、待测完所有试件后，利用数据记录处理系统6计算混合料的密度，以及与混合料相关的其他物理指标。

6、实验结束后，关闭电源开关，然后打开左侧排水口10-2的阀门开关和右侧三孔阀门10-3的开关，进行两边排水，直至装置中的水全部排出后关闭所有阀门开关。