CN111413001B - 一种大体积混凝土施工数字化测温系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大体积混凝土施工数字化测温系统，该测温系统包括测温装置支架、若干串联式测温装置，以及数据采集装置和服务器。所述测温装置支架包括支撑底座和设置于支撑底座上的竖杆和设置于竖杆上的短横杆。所述串联式测温装置包括数据线，以及封装在所述数据线上的若干测温仪器，所述测温仪器包括温度传感器、薄壁钢套管、填充材料、橡胶垫和热缩套管。数据采集装置按照预设频率采集温度传感器的温度数据，并将数据传输至服务器。串联式测温装置具有耐高温、抗破坏、抗干扰、防短路等优点，采用测温装置支架固定串联式测温装置，具有测温点布设均匀、操作方便等优点，且将竖向设置的测温仪器改为横向设置，可有效提高测量精度。

Description

一种大体积混凝土施工数字化测温系统

技术领域

本发明涉及一种大体积混凝土施工数字化测温系统，属于大体积混凝土施工技术领域。

背景技术

当前大体积混凝土温度监测应用较多，大部分已采用无线电数字化测温，但普遍存在如下问题：

(1)现有大体积混凝土测温点为单点式布置，即每根线上有1个传感器，由于大体积混凝土往往需要较多的测温传感器，因此存在线路繁琐、操作不便等缺陷；

(2)当前测温点布置，多将传感器绑扎在钢筋上埋入到混凝土中，此种布置方式钢筋直接与基层接触贯通大体积混凝土底板厚度，后期随着钢筋的锈蚀形成渗水通道，造成地下室漏水；另外通常采用竖向绑扎在钢筋上，由于传感器自身有一定长度通常为5cm左右，竖向放置不能准确地测量该处的混凝土温度。

发明内容

针对现有技术中存在的温度传感器线路繁琐、操作不便、测温有误差等问题，本发明提供了一种大体积混凝土施工数字化测温系统，该测温系统线路简单、操作方便、测量精度高。

为解决以上技术问题，本发明包括如下技术方案：

一种大体积混凝土施工数字化测温系统，包括：

若干测温装置支架，大体积混凝土内部设置若干测温点，每一个测温点处设置一个测温装置支架，所述测温装置支架包括支撑底座和设置于支撑底座上的竖杆，所述支撑底座与竖杆底端铰接，铰接点靠近支撑底座的一端；竖杆上间隔设置有若干用于固定串联式测温装置的短横杆；

若干串联式测温装置，每个测温装置支架上设置一个串联式测温装置，所述串联式测温装置包括数据线，以及封装在所述数据线上的若干测温仪器，所述测温仪器包括温度传感器、薄壁钢套管、填充材料、橡胶垫和热缩套管；所述数据线包括封装于外皮内的3根芯线，其中两根为供电线，一根为数据采集线；封装部位的数据线外皮断开，所述温度传感器的3根针脚分别与数据线的3根芯线连接；薄壁钢套管套在封装部位的芯线及温度传感器上，填充材料设置于薄壁钢套管内；薄壁钢套管两端搭接在数据线的外皮上，橡胶垫设置于薄壁钢套管与数据线外皮连接处，所述热缩套管两端分别套设在数据线的外皮上及薄壁钢套管的端部；每个短横杆上设置一个测温仪器，数据线位于所述测温仪器处的芯线平行于短横杆；

数据采集装置和服务器；数据采集装置与串联式测温装置的芯线信号连接，按照预设频率采集温度传感器的温度数据，并将数据传输至服务器。

进一步，数据采集装置中设置数据存储模块，数据存储模块用于临时存储未成功传输至服务器的数据。

进一步，所述大体积混凝土内部设置有若干层钢筋，所述支撑底座支撑于最底层的钢筋上，竖杆与上层钢筋固定。

进一步，支撑底座的两端设置有向下的凸沿。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

(1)将测温仪器封装在数据线上，形成的串联式测温装置具有耐高温、抗破坏、抗干扰、防短路等优点，且将多个测温仪器封装在一根数据线上，可以减少数据线布设的工作量，提高施工效率；

(2)采用测温装置支架固定串联式测温装置，具有测温点布设均匀、操作方便等优点，且将竖向设置的测温仪器改为横向设置，可降低温度测量误差，有效提高测量精度；

(3)在数据采集装置中设置数据存储模块，在数据传输出现问题时，仍能保证数据传输的准确性、完整性，且仅需要较小的内存即可实现

附图说明

图1为本发明中的测温装置支架的正视图；

图2为本发明中的测温装置支架的侧视图；

图3为本发明中的测温装置支架的使用状态图；

图4为本发明中的数据线和测温仪器示意图；

图5为本发明中的测温仪器封装示意图。

图中标号如下：

1-钢筋；

10-测温装置支架；11-支撑底座；12-竖杆；13-短横杆；14-转轴；15-紧固螺栓；

20-数据线；21-外皮；22-芯线；

30-测温仪器；31-温度传感器；32-薄壁钢套管；33-填充材料；34-橡胶垫；35-热缩套管。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提供的一种大体积混凝土施工数字化测温系统作进一步详细说明。结合下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

本实施例提供了一种大体积混凝土施工数字化测温系统，下面结合附图1至附图5对该测温方法作进一步描述。所述测温系统包括：测温装置支架10、若干串联式测温装置，以及数据采集装置和服务器。

大体积混凝土内部设置若干测温点，每一个测温点处设置一个测温装置支架10。如图1至图3所示，所述测温装置支架10包括支撑底座11和设置于支撑底座11上的竖杆12，所述支撑底座11与竖杆12底端铰接，铰接点靠近支撑底座11的一端；竖杆12上间隔设置有若干用于固定串联式测温装置的短横杆13。

所述大体积混凝土内部设置有若干层钢筋，所述支撑底座支撑于最底层的钢筋上，竖杆与上层钢筋固定。结合图1和图3所示，支撑底座11与竖杆12的端部采用转轴14铰接，铰接点的位置并非支撑底座11的中点，而是偏向一侧，当所述测温装置支架10向上提起时，在重力所用下，支撑底座11一端下降、另一端抬升，使支撑底座11与竖杆12之间形成锐角，从而可以很方便地将支撑底座11下放至钢筋1的网格中；当支撑底座11下放至最底层钢筋1时，使较低的一端先支撑在钢筋1上，继续下放竖杆12，使支撑底座11另一端也支撑在钢筋1上，将竖杆12与上层钢筋固定，并保持竖杆12竖直。通过设置铰接点偏离中点的支撑底座11，方便支撑底座11下放，同时，又方便支撑底座11支撑在底层钢筋上，避免竖杆12端部伸出底层钢筋、贯穿大体积混凝土结构底部。

若干串联式测温装置，每个测温装置支架上设置一个串联式测温装置。结合4和图5所示，所述串联式测温装置包括数据线20，以及封装在所述数据线20上的若干串联连接的测温仪器30，所述测温仪器30包括温度传感器31、薄壁钢套管32、橡胶垫34和热缩套管35。所述数据线20包括封装于外皮21内的3根芯线22，其中两根为供电线，一根为数据采集线，数据线位于所述测温仪器处的芯线平行于短横杆。封装部位的数据线20外皮21断开，所述温度传感器31的3根针脚分别与数据线20的3根芯线22连接，薄壁钢套管32套在封装部位的芯线22及温度传感器31上，薄壁钢套管32内密封填充材料33，填充材料33可以为环氧树脂，当然薄壁钢套管32内也可以密封其它的阻燃、惰性填充物。大体积混凝土内部可达到80℃左右，且封装处有供电芯线，因此，填充材料33不宜为易燃物及导电材料。温度传感器31靠近薄壁钢套管32，薄壁钢套管32具有良好的导热性，从而保证温度传感器31精确测量大体积混凝土结构的内部温度。

如图5所示，薄壁钢套管32两端搭接在数据线20的外皮21上，橡胶垫34设置于薄壁钢套管32与数据线20外皮21连接处，所述热缩套管35两端分别套设在数据线20的外皮21上及薄壁钢套管32的端部。薄壁钢套管32两端采用橡胶垫34的目的是使数据线从套管出来后有个柔性过渡，防止数据线弯曲时外皮损坏，因此，优选为橡胶垫34采用环状且由薄壁钢套管32端向另一端的外径逐渐变小并趋近于数据线20的外皮21的外径。热缩套管35将橡胶垫34、温度传感器31、填充材料33进行整体封装，确保温度传感器31封装密封，防止混凝土浇筑导致漏水后使线路短路。

因此，本实施例采用的串联式测温装置，通过将温度传感器31有效封装，从而使封装后的测温仪器30具有很好的耐高温、抗破坏、抗干扰、防短路等特性。

在具体布设时，测温仪器30沿短横杆13水平设置，而测温仪器30之间的数据线20沿竖杆12竖向设置。测温仪器30竖直设置，因薄壁钢套管外的混凝土存在温度梯度，难以准确确定测量点温度，将测温仪器30横向设置，可根据短横杆13的位置确定测量点的位置，从而提高测量的准确性。大体积混凝土在竖直方向上存在温度梯度，若干个竖向设置的测温仪器30串联在一起，用于测出每一个测量位置在竖直方向的各测点温度差，从而判定测量结果是否满足规范要求。

数据采集装置和服务器；数据采集装置与串联式测温装置的芯线信号连接，按照预设频率采集温度传感器的温度数据，并将数据传输至服务器。数据采集装置可以为plc控制器或智能仪表等，当然不限于此。服务器中设置有大体积混凝土温度监控软件，用于接收数据采集装置传输的数据，并对大体积混凝土采取控温措施。优选的实施方式为，数据采集装置中设置数据存储模块，当数据传输成功后删除相应数据；若数据传输不成功，比如在网络故障的情形下，则将数据存储至该数据存储模块中，首先传输最新采集数据发送至服务器，之后在网络空闲时将已存储但未发送成功的数据发送至服务器，数据采集装置传输的数据包括温度传感器编号、温度数据、温度采集时间。此实施方式可以在数据传输出现问题时，仍能保证数据传输的准确性、完整性，且仅需要较小的内存即可实现。

实施例二

本实施例提供了一种大体积混凝土施工数字化测温方法，下面结合附图1至附图5对该测温方法作进一步描述。所述测温方法包括如下步骤：

第一步，将串联式测温装置固定在测温装置支架上。如图1至图3所示，所述测温装置支架10包括支撑底座11和设置于支撑底座11上的竖杆12，所述支撑底座11与竖杆12底端铰接，铰接点靠近支撑底座11的一端；竖杆12上间隔设置有若干用于固定串联式测温装置的短横杆13。

测温装置支架、串联式测温装置具体结构，参见实施例一，此处不再赘述。

每一个测温装置支架上设置一个串联式测温装置，测温仪器30沿短横杆13水平设置，而测温仪器30之间的数据线20沿竖杆12竖向设置。

第二步，待大体积混凝土钢筋绑扎及立模完成后，将若干设置有串联式测温装置的测温装置支架按预设间距竖直放入钢筋网中，并使支撑底座支撑于底层钢筋上，竖杆固定在上部钢筋上；

结合图1和图3所示，支撑底座11与竖杆12的端部采用转轴14铰接，铰接点的位置并非支撑底座11的中点，而是偏向一侧，当所述测温装置支架10向上提起时，在重力所用下，支撑底座11一端下降、另一端抬升，使支撑底座11与竖杆12之间形成锐角，从而可以很方便地将支撑底座11下放至钢筋1的网格中；当支撑底座11下放至最底层钢筋1时，使较低的一端先支撑在钢筋1上，继续下放竖杆12，使支撑底座11另一端也支撑在钢筋1上，将竖杆12与上层钢筋固定，并保持竖杆12竖直。通过设置铰接点偏离中点的支撑底座11，方便支撑底座11下放，同时，又方便支撑底座11支撑在底层钢筋上，避免竖杆12端部伸出底层钢筋、贯穿大体积混凝土结构底部。

串联式测温装置沿竖向固定在测温装置支架上，而测温仪器沿水平方向固定在每一个短横杆13上。若测温仪器30竖直设置，因薄壁钢套管外的混凝土存在温度梯度，难以准确确定测量点温度，将测温仪器30横向设置，可根据短横杆13的位置确定测量点的位置，从而提高测量的准确性。大体积混凝土在竖直方向上存在温度梯度，若干个竖向设置的测温仪器30串联在一起，用于测出每一个测量位置在竖直方向的各测点温度差，从而判定测量结果是否满足规范要求。

第三步，将串联式测温装置的芯线连接至数据采集装置，数据采集装置按照预设频率采集温度传感器的温度数据，并将数据传输至服务器。

数据采集装置可以为plc控制器或智能仪表等，当然不限于此。服务器中设置有大体积混凝土温度监控软件，用于接收数据采集装置传输的数据，并对大体积混凝土采取控温措施。优选的实施方式为，数据采集装置中设置数据存储模块，当数据传输成功后删除相应数据；若数据传输不成功，比如在网络故障的情形下，则将数据存储至该数据存储模块中，首先传输最新采集数据发送至服务器，之后在网络空闲时将已存储但未发送成功的数据发送至服务器，数据采集装置传输的数据包括温度传感器编号、温度数据、温度采集时间。此实施方式可以在数据传输出现问题时，仍能保证数据传输的准确性、完整性，且仅需要较小的内存即可实现。

另外，混凝土温度监测周期一般为7～28天，甚至更长，当采用较大的数据采集频率时，会增加耗电量，而数据采集装置在采用电池或移动电源的情形下，将需要进行更换电池或移动电源，因此，应在保证测量需要的同时，尽量降低耗电量。优选为，数据采集装置预设数据采集初始时间间隔为△t₀、最小时间间隔△t_min、最大时间间隔△t_max，预设升温速率k₀；当实测第i次升温速率k_i＝k₀时，第i+1次数据采集时间间隔取为△t_i+1＝△t₀；当实测第i次升温速率k_i≠k₀时，第i+1次数据采集时间间隔△t_i+1为，

且设定△t_min≤△t_i+1≤△t_max；

其中，

T_i、T_i-1分别为第i次、第i-1次采集到的温度传感器的温度数据。

为了方便数据处理，可使每串数据线上的数据采集装置的数据采集频率相同。通常混凝土将浇筑完成时，内部不存在水化热现象，混凝土温度主要受环境温度影响，混凝土浇筑温度大于环境温度时，可能出现混凝土降温现象，混凝土浇筑温度小于环境温度，可能出现升温现象。当升温状态时采集频率以最下面一个测温仪器的温度数据为准进行数据采集频率调控，当处于降温状态时以最上部一个测温仪器的温度数据为准进行数据采集频率调控。开始测温时设定数据采集频率为人为设定，如设定为30分钟采集一次。

《混凝土结构工程施工规范》(GB50666-2011)第8.7.3-2条规定，混凝土结构构件表面以内40mm～80mm位置处的温度与混凝土结构构件内部的温度差值不宜大于25℃，且与混凝土结构构件表面温度的差值不宜大于25℃。因此，最上层串联式测温装置设置在大体积混凝土表面以内40mm～80mm的位置，当测得的温度不满足要求时，通常是混凝土结构构件表面以内40mm～80mm位置处的温度与混凝土结构构件内部的温度差值大于25℃，此时，应对混凝土表面进行保护，防止混凝土构件表面降温过快导致裂缝。优选为，采用主动控温系统控制大体积混凝土表面温度，所述主动控温系统包括发热装置、温度调控装置和保温层测温仪器，混凝土终凝后覆盖保湿薄膜，发热装置覆盖在保湿薄膜上，保温层测温仪器设置于大体积混凝土结构表面与保湿薄膜之间，温度调控装置根据服务器中的温差数据调节电流大小，从而控制大体积混凝土结构表面温度。当测得的保温层温度与大体积混凝土最上层的测温仪器30测得的温度差，或者大体积混凝土最上层的测温仪器30与内部的测温仪器30测得的温度差接近25°时，温度调控装置控制发热装置发热，从而降低温差；当温差降低后，温度调控装置逐渐降低输入电流，从而减少发热量。通过智能控制能够有效控制温差，使大体积混凝土的温差梯度满足要求，同时还能够降低能耗。

保温层测温仪器采集的数据发送至服务器，由服务器判定大体积混凝土结构温度是否满足要求，由服务器向温度调控装置发送指令。也可以是，温度调控装置包括数据库，该数据库可调用服务器中的大体积混凝土的温度数据，在结合保温层测温仪器的温度数据，判定大体积混凝土结构温度是否满足要求，直接作出是否调控温度的判断。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种大体积混凝土施工数字化测温系统，其特征在于，包括：

若干测温装置支架，大体积混凝土内部设置若干测温点，每一个测温点处设置一个测温装置支架，所述测温装置支架包括支撑底座和设置于支撑底座上的竖杆，所述支撑底座与竖杆底端铰接，铰接点靠近支撑底座的一端；竖杆上间隔设置有若干用于固定串联式测温装置的短横杆；

若干串联式测温装置，每个测温装置支架上设置一个串联式测温装置，所述串联式测温装置包括数据线，以及封装在所述数据线上的若干测温仪器，所述测温仪器包括温度传感器、薄壁钢套管、填充材料、橡胶垫和热缩套管；所述数据线包括封装于外皮内的3根芯线，其中两根为供电线，一根为数据采集线；封装部位的数据线外皮断开，所述温度传感器的3根针脚分别与数据线的3根芯线连接；薄壁钢套管套在封装部位的芯线及温度传感器上，填充材料设置于薄壁钢套管内；薄壁钢套管两端搭接在数据线的外皮上，橡胶垫设置于薄壁钢套管与数据线外皮连接处，所述热缩套管两端分别套设在数据线的外皮上及薄壁钢套管的端部；每个短横杆上设置一个测温仪器，数据线位于所述测温仪器处的芯线平行于短横杆；

数据采集装置和服务器；数据采集装置与串联式测温装置的芯线信号连接，按照预设频率采集温度传感器的温度数据，并将数据传输至服务器。

2.如权利要求1所述的测温系统，其特征在于，数据采集装置中设置数据存储模块，数据存储模块用于临时存储未成功传输至服务器的数据。

3.如权利要求1所述的测温系统，其特征在于，所述大体积混凝土内部设置有若干层钢筋，所述支撑底座支撑于最底层的钢筋上，竖杆与上层钢筋固定。

4.如权利要求1所述的测温系统，其特征在于，支撑底座的两端设置有向下的凸沿。

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