ПЛОТНОМЕР

Устройство относится к измерительной технике, а именно к приборам неразрушающего контроля плотности и однородности различного рода покрытий и смесей: асфальта, бетона, грунта, щебня, керамики, битумных материалов и других, в частности может быть использовано для определения степени уплотнения асфальтобетона в процессе его укладки на дорожное полотно.
В настоящее время для измерения плотности и контроля однородности уплотнения асфальтобетонных покрытий при строительстве и ремонте дорог применяют приборы неразрушающего контроля, использующие радиоволновый метод измерения комплексной диэлектрической проницаемости материала.
Радиоволновый метод основан на измерении параметров колебания прошедшей через асфальтобетон или отраженной от него электромагнитной волны. Электромагнитная волна проходит между двумя металлическими электродами, приложенными к контролируемой поверхности, на некотором расстоянии друг от друга. Полученный сигнал в виде изменения формы колебания электромагнитной волны анализируется для определения диэлектрической проницаемости среды. Исходя из существующей зависимости между комплексной диэлектрической проницаемостью среды и ее плотностью, определяется плотность асфальтобетона.
Известны следующие конструктивные исполнения плотномеров, работа которых основана на данном принципе измерения.
Плотномер PQI 301, производимый TRANSTECH SYSTEMS, INC (США) (_spec.pdf), состоящий из электронно-вычислительного блока, размещенного в корпусе, и жестко связанного с ним приемопередающего блока с опорным диском и электродами. К корпусу присоединена ручка для переноски и установки прибора на контролируемую поверхность. На лицевой панели корпуса электронно-вычислительного блока размещен графический дисплей. На задней торцевой панели корпуса образован выступ для размещения бесконтактного датчика температуры. Вес плотномера 7,5 кг. Диаметр опорного диска 297 мм.
Недостатком плотномера является достаточно большой вес и габаритные размеры, что затрудняет его переноску на большие расстояния и эксплуатацию при проведении измерений.
Конструкция прибора характеризуется высокой материалоемкостью и, как следствие, высокой ценой. Кроме того, графический дисплей обладает малой информативностью и низкой читаемостью выведенной информации.
Известен плотномер асфальтобетона ПА-МГ 4, производимый ООО СКБ «Стройприбор», РФ, г.Челябинск (http://.stroypribor.ru/produkt/catalog/asfaltobeton/asfaltobeton_92.html), состоящий из электронно-вычислительного блока и приемо-передающего блока с опорным диском и электродами, соединенных друг с другом посредством ручки. Электронно-вычислительный и приемо-передающий блоки установлены в корпусе. На лицевой панели корпуса электронно-вычислительного блока размещена клавиатура и графический дисплей с подсветкой. В ручке выполнен отсек для установки аккумуляторных батарей. Вес плотномера 4,0 кг.
Недостатком устройства является большой вес, а кроме того, малый графический дисплей, что негативным образом сказывает на эксплуатационных характеристиках прибора с точки зрения пользователя.
В качестве ближайшего аналога (прототип) выбран плотномер асфальтобетона (ООО НПП «Интерприбор» г.Челябинск, 10.php), состоящий из электронно-вычислительного блока и приемо-передающего блока с опорным диском и электродами, соединенных друг с другом посредством ручки и кронштейна. Электронно-вычислительный и приемо-передающий блоки установлены в корпусе. Плотномер снабжен бесконтактным датчиком температуры. На лицевой панели корпуса электронно-вычислительного блока размещена клавиатура и графический дисплей с подсветкой.
Общим недостатком известных аналогов является размещение бесконтакного датчика измерения температуры за пределами опорного диска с электродами, т.е. измерение температуры среднего слоя асфальтобетона осуществляется не на участке исследования, ограниченного габаритами опорного диска, а на соседнем по отношению к исследуемому участку.
Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в повышении точности измерения плотности асфальтобетона.
Решение поставленной задачи в плотномере, содержащем электронно-вычислительный блок и приемо-передающий блок, установленные в корпусе и соединенные посредством ручки и кронштейна, бесконтактный датчик измерения температуры, при чем приемо-передающий блок содержит опорный диск с электродами, достигается тем, что, бесконтактный датчик измерения температуры размещен в кронштейне, а в опорном диске выполнен паз под бесконтактный датчик измерения температуры.
Паз под бесконтактный датчик измерения температуры выполнен от наружного края опорного диска по осевой линии, совпадающей с осью симметрии кронштейна.
Кроме того, ручка имеет эргономичную форму, выполнена из теплоизоляционного и электроизоляционного материала.
Корпус плотномера выполнен из высокопрочного материала с малой объемной массой.
Расположение датчика измерения температуры в кронштейне с образованием паза в опорном диске обеспечивает измерение температуры среднего слоя асфальтобетона непосредственно на участке измерения, в отличие от аналогов, у которых измерение температуры среднего слоя асфальтобетона осуществляется на участке соседнем с измеряемым. Что естественным образом повышает точность измерения плотности асфальтобетона на контролируемом участке, на основании существующей зависимости плотности вещества от его температуры.
Выполнение ручки эргономичной формы с выемками под пальцы обеспечило удобное прилегание ее к ладони пользователя.
В результате того, что ручка выполнена из теплоизолирующего материала она не нагревается при проведении измерений на поверхности горячего асфальтобетона (температура асфальтобетона при укладке составляет порядка 140°C), что естественным образом сказывается на эксплуатационных характеристиках прибора.
Применение в качестве материала ручки электроизоляционного материала повышает точность измерений в связи с тем, что исключается влияние оператора (человека) на создаваемое при измерении электромагнитное поле.
Сущность полезной модели поясняется чертежами: на фиг.1 - внешний вид устройства (вид сбоку), на фиг.2 - внешний вид устройства (вид сверху).
Плотномер состоит из электронно-вычислительного блока 1 и приемопередающего блока 2, соединенных между собой посредством кронштейна 3 и ручки 4.
Электронно-вычислительный блок 1 и приемо-передающий блок 2 помещены в корпус, выполненный из высокопрочного материала с малой объемной массой, в частности из сплава алюминия, например, с добавлением титана.
На лицевой панели корпуса электронно-вычислительного блока 1 расположен графический дисплей 5 с подсветкой и клавиатура 6 для введения информации. Графический дисплей 5 занимает более половины поверхности лицевой панели и отображает информацию о плотности/коэффициенте уплотнения асфальтобетона, его температуре и толщине измеряемого слоя. Графический дисплей 5 достаточно информативен, выводимая информация хорошо читаема. Подсветка дисплея 5 выполнена с возможностью ее включения/отключения пользователем. В боковой части корпуса электронно-вычислительного блока 1 выполнен разъем 7 для его соединения с компьютером.
Электронно-вычислительный блок 1 содержит аналогово-цифровой преобразователь, арифметико-логическое устройство, блок памяти, блок обработки данных, устройства ввода/вывода информации (на чертеже не показаны).
Блок памяти, блок обработки данных, арифметико-логическое устройство, аналогово-цифровой преобразователь могут быть выполнены в виде любых известных систем и схем.
Под электронно-вычислительным блоком 1 в кронштейне 3 расположен бесконтактный датчик измерения температуры (пирометр) 8, предназначенный для компенсации температурных погрешностей при определении плотности асфальтобетона.
В кронштейне 3 может быть выполнен отсек 9 для аккумуляторных батарей, закрываемый плотно крышкой.
Приемо-передающий блок 2 состоит из опорного диска 10 с электродами (на чертеже не показаны) и датчика специальной конструкции (на чертеже не показан), функционально связанного с электронно-вычислительным блоком 1. Датчик специальной конструкции выдает сигнал, пропорциональный диэлектрической проницаемости контролируемого асфальтобетонного покрытия.
Диаметр опорного диска 10 составляет 240 мм.
В опорном диске 10 вдоль его центральной оси симметрии, совпадающей с осью симметрии кронштейна 3, выполнен паз 11 под бесконтактный датчик 8 измерения средней температуры слоя асфальтобетона (пирометр), установленный в кронштейне 3.
Все токопроводящие элементы конструкции плотномера изолированы посредством, например, стеклоткани или другого диэлектрического материала.
Ручка 4 жестко соединяет электронно-вычислительный блок 1 и приемопередающий блок 2, служит для переноски и установки прибора на контролируемую поверхность.
Ручка 4 имеет эргономичную форму с выемками для удобного прилегания пальцев руки и надежного удержания плотномера в руке.
Ручка 4 выполнена из тепло- и электроизоляционного материала.
Плотномер используют для измерения плотности асфальтобетонных покрытий толщиной от 25 до 150 мм.
Устройство работает следующим образом.
В процессе укладки асфальтобетона на дорожное полотно прибор устанавливают на контролируемую поверхность, очищенную от пыли и поверхностной влаги. При наличии влаги на поверхности асфальтобетонного покрытия, ее необходимо удалить, для повышения точности измерений, в связи с тем, что даже небольшое количество поверхностной воды сильно увеличивает его диэлектрическую проницаемость.
Диэлектрическая проницаемость асфальтобетона линейно зависит от диэлектрической проницаемости его составляющих и их объемной доли, поэтому с уменьшением его пористости в процессе укатки она возрастает.
Опорный диск 10 приемо-передающего блока 2 в момент измерения может контактировать с асфальтобетоном непосредственно, либо через небольшой воздушный зазор.
Перед началом измерения в плотномере устанавливают данные о толщине измеряемого слоя и виде контролируемого асфальтобетона.
Излучающий электрод опорного диска 10 излучает электромагнитные волны высокой частоты, которые проходят сквозь асфальтобетон, а затем улавливаются принимающим электродом. Таким образом, создается электромагнитное поле, силовые линии которого пересекают асфальтобетон на контролируемую толщину. Датчик специальной конструкции фиксирует изменение электромагнитного поля и выдает сигнал пропорциональный диэлектрической проницаемости контролируемого асфальтобетонного покрытия. Программа прибора преобразует принятый сигнал в значение плотности, либо в коэффициент уплотнения и отображает результат на графическом дисплее 5. С учетом показаний пирометра осуществляется корректировка данных о плотности асфальтобетона.
Время проведения одного измерения около 3 секунд.
Полученный коэффициент уплотнения асфальтобетонной смеси в месте измерения сравнивают с нормированными ГОСт и СНиП значениями.
В приборе использованы методы компенсации влияния влажности асфальтобетонного покрытия.
Информация о проведенных измерениях сохраняется в памяти прибора и может быть впоследствии выгружена для дальнейшего анализа и построения градуировочных зависимостей.
С целью обеспечения метрологических характеристик прибора проводится его градуировка по плотности на конкретной асфальтобетонной смеси, при изменении состава или массовых долей компонентов асфальтобетонной смеси необходима повторная градуировка.
При работе с прибором можно оценить степень (коэффициент) уплотнения покрытия участка дороги, на котором использовалась асфальтобетонная смесь одного состава, оперативно выявить недоуплотненные участки, контролировать критические зоны (стыки, кромки), объективно выбрать места взятия вырубок для приемосдаточного контроля дороги.