紅外骨料溫度測試記錄儀設備的研制與應用

李小平，王天祥，邢少鋒，賀海龍，李 璽

(北京木聯能工程科技有限公司，北京100120)

0 引 言

在水利水電工程、核電工程等基礎設施建設中，為了有效抵消混凝土硬化過程中產生的水化熱，防止大體積混凝土結構出現溫度應力裂縫，最有效的技術措施之一就是通過混凝土骨料預冷，降低拌和樓混凝土出機口溫度，進而達到降低混凝土入倉澆筑溫度的目的[1-3]。為了正確得到水工設計所要求的混凝土出機口溫度，必須準確地測量混凝土骨料拌和前的溫度。骨料冷卻主要在拌和樓的貯料倉內完成，冷卻過程中骨料處于一種連續流動的狀態，不能用接觸法測溫技術直接測量，傳統的測溫方法主要是由現場作業人員用手持式熱電偶測溫儀等傳統測溫設備對靜止狀態下的骨料進行接觸式溫度測量，手工記錄數據，然后將數據手動錄入到監控室的服務器中進行處理并供各參建方查詢。該方法存在數據采集時間長、效率低、數據信息反饋實時性差、數據準確性易受人為因素影響等缺點，很難滿足現代水利水電工程等行業內的大體積混凝土骨料高質量、快速測溫的要求。

近幾年，紅外傳感技術快速發展，因紅外輻射測溫方法屬于非接觸式測溫，其能夠近距離準確快速地測量物體表面溫度，所以在一些不便于使用傳統接觸式測溫的場合，紅外測溫顯得尤其重要[4]。但現有紅外測溫儀在功能上主要有以下弊端：①無數據無線傳輸功能，采集數據不能實時化，即“數據反饋實時性差”；②采集數據依然需要經過人工記錄和后處理，即“不準確”；③無法滿足混凝土骨料測溫過程中一些特定參數信息設置的要求，如檢測位置、骨料類型、冷卻類型等參數信息的設置。鑒于上述原因，本文利用先進的紅外傳感技術、軟件技術、數據無線傳輸技術等關鍵技術，研制了一套具有高精度、結構簡單、實用性強、低功耗等優點的紅外骨料溫度測試記錄儀，實現了數據采集、顯示、存儲、查詢、無線傳輸等功能，很好地滿足了水利水電等行業中大體積混凝土骨料測溫的要求。

圖1 紅外骨料溫度測試記錄儀工作原理

圖2 上傳至服務器中的骨料溫度測量結果

1 儀器簡介

紅外骨料溫度測試記錄儀主要由手持式藍牙紅外測溫裝置、移動終端PDA以及安裝于PDA平臺上的應用軟件組成。儀器工作原理如圖1所示。

(1)手持式藍牙紅外測溫裝置。用于測量混凝土骨料溫度，結構簡單、操作方便，具有藍牙無線通訊功能。

(2)移動終端PDA。為配套應用軟件提供安裝、操作及網絡通訊平臺，極大地方便了作業人員操作使用。

(3)應用軟件。是紅外骨料溫度測試記錄儀重要組成部分，安裝于移動終端PDA平臺上，主要用于參數設置、數據顯示、上傳、查詢以及用戶管理等操作。

在拌和樓測量混凝土骨料溫度前，將手持式藍牙紅外測溫裝置的高精度紅外測溫探頭出光方向對準混凝土骨料，對其進行非接觸溫度測量。安裝于PDA平臺上的應用軟件與紅外測溫裝置之間通過藍牙網絡通訊，在應用軟件人機界面上完成設備連接及相關參數設置操作后，便可通過藍牙網絡獲取紅外測溫裝置所測量的骨料溫度數據，并將其經Wi-Fi或者2G/3G/4G無線網絡傳送到指定的數據庫服務器，同時服務器給PDA發出數據是否接收成功的提示，進而實現大體積混凝土骨料溫度數據的無線傳輸及自動入庫等功能。

2 工程應用

黃登水電站位于云南省蘭坪縣境內，是瀾滄江上游曲孜卡至苗尾河段水電梯級開發方案的第六級水電站，電站總裝機容量1 900 MW，攔河大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高203 m。為了控制拌和樓混凝土出機口溫度，電站采用了二次風冷骨料技術措施，期間需要對混凝土骨料拌和前溫度進行測量。鑒于此，本文以黃登水電站為依托開展紅外骨料溫度測試記錄儀應用研究。

黃登水電站共建4座拌和樓，即甸尾1號樓、甸尾2號樓、梅沖河3號樓、梅沖河4號樓，現場數據服務器置于距離拌和樓1.5 km以外的水工樓測控室內。為了使拌和樓測溫數據能夠無線傳輸至服務器，在壩址區域覆蓋了Wi-Fi無線網絡信號。在拌和樓，現場測量人員利用本儀器對混凝土骨料(如小石、中石、大石等)進行一次風冷、二次風冷后的溫度測量，并將數據經現場Wi-Fi無線網絡傳送到水工樓測控室內數據庫服務器上。上傳至服務器中的骨料溫度測量結果如圖2所示。

由圖2可知，紅外骨料溫度測試記錄儀取得了良好的應用效果，成功實現了混凝土骨料拌和前溫度快速準確的測量、無線傳輸以及自動入庫，保證了數據反饋的及時性，極大地提高了測溫效率。此外，因無人工記錄、入庫等干預，數據更加真實、可靠、透明。該項目成功實施，為大體積混凝土骨料拌和前溫度的測量提供了新的技術手段。

3 結 語

為了快速、準確地測量大體積混凝土骨料拌和前的溫度，研制了一套具有高精度、結構簡單、實用性強、非接觸式測量骨料溫度等一系列特點的紅外骨料溫度測試記錄儀，并以黃登水電站為依托開展了應用研究，實現了混凝土骨料拌和前溫度快速準確測量、無線傳輸以及自動入庫。為大體積混凝土骨料溫度的測量提供了新的技術手段，對于我國進入以信息化、數字化為手段的大壩建設階段具有重要意義。

紅外骨料溫度測試記錄儀可廣泛應用于水利水電、土木工程(橋梁、鐵路、隧道等)、石油化工、電力、航空航天、核工業等行業內的大體積混凝土骨料溫度的測溫場合。

[1] 康志明, 王新華, 鐘曉冬. 小灣水電站大壩混凝土出機口溫度控制措施[J]. 水利水電施工, 2012(5)： 67- 70．

[2] 龍慧文, 李紅麗, 張駿. 混凝土骨料二次風冷技術[J]. 水電與新能源, 2007(4)： 16- 18．

[3] GB/T 51028—2015 大體積混凝土溫度測控技術規范[S]．

[4] 柳剛, 黃竹鄰, 周昊, 等. 非接觸式紅外測溫儀的研制[J]. 光電子技術與信息, 2005, 18(5)： 69- 72．