土工布滲透率智能測試儀

摘要：為解決土工布滲透率的測試僅有國家測試標準而沒(méi)有規范的測試儀器問(wèn)題，研制了一種土工布滲透率智能測試儀。該測試儀采用微機系統實(shí)現了智能化控制，可以測試不同壓力/梯度條件下的滲透率且重現性好。

關(guān)鍵詞：土工布 滲透率 智能測試

土工布是指用于巖土工程和土要工程的滲透聚合物材料。土工布有關(guān)產(chǎn)品綜合了紡織、化工、塑料、造紙各工業(yè)部門(mén)的技術(shù)成就，包括機織土工布，針織土工布、非織造土工布、土工格柵和土工復合物等產(chǎn)品。土工布及其產(chǎn)品在工程中主要用于防護、隔離、過(guò)濾、加強和排水等。它以生產(chǎn)工藝流程短、使用簡(jiǎn)單、強度高、柔性大等優(yōu)勢，在水利、電力、交通、建筑等各領(lǐng)域中被廣泛采用，成為新型建筑材料。與國外先進(jìn)國家相比，我國在土工布的開(kāi)發(fā)和應用上起步較晚，配套的保證和規范還很不完善。隨著(zhù)人們對土工布在巖土工程和土要工程中所起作用的認識逐步加深，土工布的應用范圍越來(lái)越大。特別是1998年我國遭受特大洪水災害以來(lái)，我國對土工布的應用和推廣給以了極大的重視。國家經(jīng)貿委成立了土工布推廣應用協(xié)調小組，從制定產(chǎn)品標準、測試標準、設計和施工規范到產(chǎn)品質(zhì)量及價(jià)格，均提出了要求。國家質(zhì)量監頻局和紡織工業(yè)局如期完成了標準制定?！巴凉げ紳B透率智能測試儀”就是根據國家標準的要求研制出的配套測試儀器。

1 測試原理

該儀器的測試原理是：在規定的水力梯度和接觸材料條件下，改變法向壓力，測量在土工布及其有關(guān)產(chǎn)品平面內的水流量?jì)x器應滿(mǎn)足國家標準規定的測試要求。

2 測試方法

由于土工布及其有關(guān)產(chǎn)品本身的特性與原料的種類(lèi)、制造工藝、產(chǎn)品規格等均有著(zhù)密切的關(guān)系，因而在各項工程應用時(shí)，應根據不同的環(huán)境和地質(zhì)條件、工程結構設計和土工布在工程中的作用等，對土工布品種及其指標的選擇有不同的要求。因此必須通過(guò)測試了解產(chǎn)品的性能指標，供設計部門(mén)選用，達到合理應用土工布的目的。

將經(jīng)過(guò)含濕潤劑的液體浸泡過(guò)的土工布試樣放入試樣框中，在法向加一定壓力后，向進(jìn)水槽內注水并建立一定的水力梯度。當出水槽有滲透出的水流入集水器時(shí)，開(kāi)始測試。在集水器的水量達到一定的容積時(shí)，產(chǎn)生水滿(mǎn)信號，停止測試。

影響沿織物平面滲透性能的因素很多，難以統一規范，但任何一種土工布的滲水性能、滲透率與壓力、梯度、水流方向都有關(guān)系，要想測得準確就必須按國標要求。對一種土工布取三塊（或六塊）試樣，每塊試樣在0.1或1.0梯度下，在20kPa、100kPa、200kPa的壓力下分別測試，每種梯度/壓力情況下測3次，然后取一個(gè)平均值，這樣共需測18次，取出6個(gè)平均值數據。然后更換試樣三次再進(jìn)行測量，需測54次。然后將不同壓力/梯度下三塊試樣的測試結果再取平均值，得出各壓力/梯度下的滲透率。

3 儀器硬件的組成及主要技術(shù)特征

本儀器由兩大部分組成：透水儀主機部分和智能測試裝置。透水儀主機包括進(jìn)水槽、出水槽、試樣框、集水器、加壓部分和箱體等。智能測試裝置以MCS-51系列單片機8031為信心，配置有只讀存儲器、A/D轉換器、6個(gè)功能鍵按鈕、6位LED數字顯示板、TP-16打印機、RS232通訊接口等，可以對土工布的測試狀態(tài)進(jìn)行設定（梯度、試樣數），對壓力、集水時(shí)間、試樣厚度進(jìn)行測定，具有數據采集與運算處理功能，并能對壓力、厚度、集水時(shí)間、水力梯度有選擇地進(jìn)行數字顯示，水滿(mǎn)信號來(lái)時(shí)，能打印出測試滲透率結果。土工布壓力檢測環(huán)節采用應變式壓力傳感器，厚度采用差動(dòng)位移傳感器。因信號微弱易受干擾，采集時(shí)進(jìn)行了濾波、放大處理后送A/D轉換器。同時(shí)軟件設計了抗干擾程序，減小了測量誤差。由于測試時(shí)間較長(cháng)（最長(cháng)為10小時(shí)/次），為避免因停電造成數據丟失，設計了掉電保護及鋰電池供電電路。掉電時(shí)使測試狀態(tài)數據保存在耗電極小的81C55內的RAM中。提高了測試的可靠性。由于采用微機系統完成數據采集和計時(shí)，不需要人為干預，能自動(dòng)地測試，從根本上避免了人為因素的影響，實(shí)現了智能化。硬件電路組成如圖1所示。

4 軟件設計

由測試原理及工藝要求編寫(xiě)了程序。在測試過(guò)程中所測數據存放在81C55內的RAM中，以便計算各壓力、梯度下的平均值，并由TP-16打印輸出。顯示器顯示結果，經(jīng)RS232向上位機傳送數據。一塊試樣測完后，更換試樣，用同樣的過(guò)程再測試一遍。幾塊試樣均測測完后（試樣數事先有設定），打印機能打印出不同的壓力、梯度下的各項總平均值。

數據的運算采用三字了浮點(diǎn)數，以滿(mǎn)足系統的精度要求，計時(shí)采用8031內部定時(shí)器T0。

5 與上位機通訊的設計

可以根據需要與上位機（586以上機型）進(jìn)行通訊，向上位機傳送數據。上位機能夠對采集的數據加工、整理、保存、制表、顯示、實(shí)時(shí)測試并能存盤(pán)。上位機平臺基于WINDOWS操作系統，開(kāi)發(fā)軟件為BrolandC++Build4.0。上位機與下位機之間以串行通訊實(shí)現信息交換，通訊時(shí)利用標準Windows API的函數文件完成數據處理與交換，利用多線(xiàn)程技術(shù)來(lái)管理通信任務(wù)。由于上位機完全工作于自動(dòng)狀態(tài)，因此軟件系統使用十分方便。

系統啟動(dòng)后，上位機處于接收狀態(tài)，將接收的數據自動(dòng)組織成相應表格文件存入硬盤(pán)。表格菜單有三種：（1）列出所有實(shí)驗數據；（2）列出標準報表一；（3）列出標準報表二。

試驗結果表明，數據重現性好、符合使用要求。該儀器測試原理、各項性能指標達到了GB/T-17633-1998的要求。圖2為某次的測試曲線(xiàn)。