ČESKOSLOVENSKA SOCIALISTICKÁ REPUBLIKA
POPIS VYNÁLEZU
238044
( 1»)
K AUTORSKÉMU OSVĚDČENÍ
(Bl)
(51) Int Cl.4 /22/ PřihláSeno 28 12 83
G 01 N 2 3/00
/21/ PV 10 050-83
G 01 N 3/34 /G 01 N 23/00, 23/02, 23/05, 23/08/
ÚftAD PRO VYNÁLEZY
(40)
Zveřejněno 14 03 85
(45)
vydáno 15 10 87
A OBJEVY
(75)
HLADÍK JAROSLAV dr. ing., LlSKUTIN JIŘf ing., VOTAVA PETR RNDr. , BRNO
Autor vynálezu
(54) ZaHienf pro nedestruktivní stanoveni objemové hmotnosti a krychelné pevnosti betonových dllcú
Vynález se týká zařízeni pro nedestruktivní stanovení objemové hmotnosti a krychelné pevnosti betonových dílců, zejména z pórobetonu, kombinací radiometrického « sklerometrického měření. tTčelem vynálezu je vyloučit při měření vliv vlhkosti měřeného dílce spolu s modera&ními ííčinky stínícího materiálu pro použité záření a vyloučit rovněž mechanické vlivy zkreslující výsledky sklerometrického měření. Tohoto líčinku je dosaženo zařízením podle vynálezu provádějícím obě měření současně, kdy pomocí gama záření stanovená hodnota objemové hmotnosti je korigována na bezvodý stav měřením objemové vlhkosti využívajícím neutronové záření, přičemž pro korekci vlivu stínění neutronového záření jsou termální neutrony detekovány dvojicí proporcionálních detektorů. 0 sklerometrického měření, jehož výsledek je rovněž korigován na bezvodý stav, jsou mechanické vlivy eliminovány fotometrickým snímáním dopadové i odrazové rychlosti měřícího úderníku.
236044
5
12
9
Obr 1
Ťf Ю
7
S
238044 4 ' Vynález se týká zařízení pro nedestruktivní stanovení objemové hmotnosti a krychelné pevnosti betonových dílců, zejména z pórobetonu.
Nedestruktivní stanovení objemové hmotnosti pomocí radiometrické měřicí metody založené na měření stupně zeslabení primárního svazku gama záření při jeho průchodu měřeným materálem dává hodnoty úměrné celkové hmotnosti materiálu, tedy včetně vody v něm obsažené.
Pro provozní praxi, zejména tam, kde v průběhu výrobního procesu obsahuje materiál relativně velké množství vody, jako je tomu u betonu a zejména pórobetonu, je však nutné znát hodnoty odpovídající bezvodému stavu.
Korekční měření objemové vlhkosti lze s výhodou provést na principu detekce termálních neutronů vzniklých interakcí rychlých netronů s atomovými jádry měřeného materiálu. Rozdílovým zpracováním hodnot obou radiometrických měření se dostane požadovaná hodnota objemové hmotnosti pro bezvodý stav materiálu.
Použití neutronového záření väak vyžaduje, vzhledem к potřebným hodnotám aktivit zdroje rychlých neutronů, opatřit celé měřicí zařízení shodným stínícím krytem zajištujícím bezpečnost obsluhy. Takovýto kryt však svými moderačními účinky ovlivňuje i vlastní výsledky měření..
Obdobně při měření krychelné pevnosti sklerometrickou metodou, 'kdy se zjištuje zbytková energie měřicího kladívka po poklepu měřeného materiálu, je třeba provést korekci naměřených hodnot na bezvodý stav materiálu.
Navíc jsou výsledky této sklerometrické metody značně závislé na mechanickém stavu měřicího zařízení. Ani dokonale prováděná údržba nemůže zabránit řadě nepřesností způsobených třením a ilnavou materiálu,
se kterými je nutné v provozních podmínkách počítat.
Zbytková energie kladívka těsně po Uderu je totiž nejen funkcí pevnosti a povrchové tvrdosti zkoušeného materiálu, ale je závislá na počáteční energii měřícího úderu a na mechanickém odporu závěsu nebo uložení kyvného ramene kladívka.
Uvedené nedostatky odstraňuje a problematiku měření objemové hmotnosti a krychelné pevnosti řeší zařízení pro nedestruktivní stanovení těchto veličin podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že je tvořeno pojezdovou dráhou s měřicím vozíkem pro přesun měřeného dílce z ukládacího prostoru do pracovního prostoru, v němž je na jedné straně pojezdové'dráhy umístěna stíněná schránka s uzávěrem spřaženým s měřicím vozíkem, v níž je těsně u jejího uzávěru upevněn zdroj rychlých neutronů spolu s prvním proporcionálním detektorem termálních neutronů, zatímco druhý detektor termálních neutronů je umístěn na opačné straně schránky, v níž je rovněž umístěn zdroj gama záření, s nímž souose na protilehlé straně pojezdové dráhy je umístěn detektor gama záření, nad pojezdovou drahou ve výši odpovídající výšce měřeného dílce, a na nosné konstrukci je uloženo sklerometrické měřicí ústrojí typu Schmidtova kldívka s fotometrickým snimačem dopadové a odrazové rychlosti měřicího úderníku.
Zařízení podle vynálezu provádí současně měření obou požadovaných parametrů, přičemž hodnoty pro korekci na bezvodý stav jsou účelně využity rovněž pro obě měření. Navíc zjištěná hodnota objemové hmotnosti je navíc využita pro korekci konstant měřicího systému krychelné pevnosti, které odpovídají zcela určité hodnotě objemové hmotnosti, na skutečnou hodnotu objemové hmotnosti.
Použitím dvou detektorů termálních neutronů eliminuje vliv stínícího krytu. Zatímco hodnoty četností impulsů naměřené detektorem umístěným v těsné blízkosti měřeného mteriálu závisí jak na objemové vlhkosti měřeného materiálu, tak i na moderačních schopnostech stínícího materiálu, četnosti impulsů naměřené druhým detektorem závisí pouze na moderačních st schopnostech stínícího materiálu.
3
238044
Rozdílovým vyhodnocením obou signálů se získá signál odpovídající pouze objemové vlhkosti měřeného materiálu. К odstranění chyb sklerometrického měření pevnosti
způsobených
nestejnou velikostí kinetické energie měřicího kladívka při jednotlivých měřeních a měnícím se mechanickým odporem závěsu nebo uložení kyvného ramene měřicího kladívka, je použito snímání kinetické energie jak v dopadové, tak i odrazové fázi úderu měřicího
kldívka.
Výsledný údaj je dán poměrným vyhodnocením dob průletu clonky umístěné na úderníku
svě-
telným paprskem v obou fázích pohybu měřicího kladívka a je na mechanických vlivech zcela nezávislý. Naměřená hodnota je pak ještě korigována pomocí hodnot objemové hmotnosti vených souběžně
stano-
radiometricky.
Vynález bude dále podrobněji popsán pomocí přiloženého výkresu, na němž je na obr. l schematicky znázorněno uspořádání předmětného zařízení v bočním pohledu v řezu svislou rovinou, na obr. 2 je schéma řízení pohybu měřicího vozíku a na obr. 3 je záznam signálu při sklerametrickém měření pevnosti. -
Jak patrno z obr. 1, sestává předmětné zařízení ze základny _1, na níž je upravena pojezdová dráha 2, dílce
po níž se pohybuje měřicí vozík 2- Měřicí vozík 2 slouží к přesunu zkoušeného
z uíyládacího prostoru do pracovního prostoru.
V pracovním prostoru je pod pojezdovou drahou' 2 umístěna stíněná schránka' 5_ obsahující zdroje záření. Víko
uzavírající schránku' £ je mechanicky spojeno s měřicím vozíkem' Д
a odsouvá se současně s posunem měřicího vozíku _3 do pracovní polohy.
Posun měřicího vozíku _3 je ovládán pohybovým Sroubeni 1_ hnaným pohonem' j3 umístěným v základně 1. Ve stíněné schránce
je těsně u víka 6_ uchycen zdroj 9_ rychlých neutronů
spolu s prvním proporcionálním detektorem 1 0 termálních neutronů.
Druhý proporcionální detektor
termálních neutronů je naopak umístěn u dna schránky
Ve schránce jí je dále uložena bezpečnostní schránka obsahující zdroj '12 gama záření. Kolimační štěrbina bezpečnostní schránky usměrňuje gama záření vzhůru do pracovního prostoru.
Vzhledem к rozdílnému charakteru obou použitých druhů záření je třeba, aby zdroj 12 gama záření měl samostatné stínění. V opačném případě by stínění schránky
muselo být ne-
úměrně mohutné.
Detektor' 1_3'gama záření je souose s kolimační štěrbinou zdroje 12 gama záření upevněn na nosné konstrukci 14_ nad pracovním prostorem, ve výši odpovídající výšce zkoušeného dílce 4. Na nosné konstrukci' l_4 je dále uloženo sklerometrické měřicí ústrojí 1 115 typu Schmidtova kladívka s fotometrickým snímačem dopadové a odrazové rychlosti měřicího úderníku,
Sklerometrické měřicí ústrojí 15 je vertikálně stavitelné, čímž se eliminují rozdíly ve výšce jednotlivých zkoušených dílců 4 v rámci dovolené tolerance. Oba proporcionální detektory 10, 1_1 termálních neutronů, detektor 1_3 gama záření i fotometrický snímač, mají výstupy připojeny na vyhodnocovací
jednotku.
Činnost zařízení je schematicky znázroněna na obr. 2. Z oušený dílec' _4 je z ukládací klidové polohy Z Q přesouván postupně do pěti různých pracovních poloh Z^, Zj, ..» S 5 V pracovním prostoru.
Podle skutečné výšky zkoušeného dílce i je vertikálním posuvem' 16 nastavena poloha sklerometrického měřicího ústrojí 15_ nad zkoušeným dílcem
V každé pracovní poloze probíhá
současně s radiometrickým měřením objemové hmotnosti i sklerometrické měření krychelné pevnosti.
Pro radiometrické měření objemové hmotnosti se jako zdroje 1 2 gama záření použije napři-
238044
4 13 7
klad cesia Cs
o aktivitě 0,32 GBq, příslušný d e t e k t o r 13 gama záření je tvořen
- M u l l e r o v o u t r u b i c í , např. typu STS 6. Pro korekci na bezvodý n e u t r o n ů použito zdroje typu americium-berilium A m 2 ^ 1
- Be o a k t i v i t ě
P r o p o r c i o n á l n í d e t e k t o r y 1 0 , X I t e r m á l n í c h n e u t r o n ů jsou tvořeny fluoridem b o r i t ý m B F ^ . Z naměřenýchhodnot v é hmotnosti H
stanoví dle
trubicemi p l n ě n ý m i
fotonů gama a N w
н -
b
•
N
w+
d
je h o d n o t a p o č t u impulsů z a z n a m e n a n ý c h od
je hodnota rozdílu p o č t ů
zaznamenaných i m p u l s ů oběma
tory 1 0 , 11 t e r m á l n í c h neutronů, a,' b jsou kalibrační konstanty v y j a d ř u j í c í zaznamenanými počty N w
impulsů od toku termálních
je ú d e r n í k 18 d r ž e n e l e k t r o m a g n e t e m
je
paprskem těsně před dopadem na p o v r c h zkoušeného dílce'
Obr. 3 u k a z u j e průběh signálu
půlkruhovou světelným
a stejným způsobem je snímána i
zkoušeného d í l c e ^4.
z fototranzistoru 21.i n a
nějž d o p a d á světelný
paprsek
svítivé d i o d y 22. Při dopředném p o h y b u m ě ř i c í h o úderníku' 18i, je p r ů l e t e m clonkx 20 p a p r s e k na dobu t
stlačena
19.
je m ě ř e n a jako .doba průletu clonky '20 u m í s t ě n é na úderníku
i rychlost úderníku' 1 8 po odraze od povrchu
mezi
neutronů,
Vypnutím e l e k t r o m a g n e t u 1 9 je úderník' 1 8 v y m r š t ě n silou pružiny a opisuje dráhu. J e h o r y c h l o s t
detek-
závislost
Servopohonem 1 7 je m ě ř i c í ú d e r n í k JLjR p ř e s u n u t d o počáteční p o l o h y , p ř i č e m ž jeho p r u ž i n a . V této poloze
zacloněn, což se projeví p o k l e s e m úrovně
snímaného
světelný
signálu.
Pak p o d o b u t Q , k d y ú d e r n í k spočívá na p o v r c h u dílce _4 světelný p a p r s e k opět
dopadá
na f o t o t r a n z i s t o r 2_l a snímaný signál m á p ů v o d n í úroveň a při zpětném p o h y b u ú d e r n í k u je průletem c l o n k y 20
světelným paprskem signál z f o t o t r a n z i s t o r u
což je znovu p r o v á z e n o p o k l e s e m úrovně
snímaného
Obě doby t^, t 2 zaclonění světelného p a p r s k u
n a d o b u tj opět
závisí na v e l i k o s t i m e c h a n i c k é h o
odporu
vyhodnocením
n a m ě ř e n ý c h hodnot
se t e n t o v l i v v y l o u č í . Z n a m ě ř e n ý c h hodnot se okamžitá krychlená
Rt
vztahu
R. ш A + В .
l£ zacloněn,
signálu.
uložení k y v n é h o ramene m ě ř i c í h o ú d e r n í k u , která je funkcí rychlosti, podílovým
stanoví pomocí
objemo-
vztahu
je hledaná h o d n o t a objemové hmotnosti,
od r o z p t ý l e n ý c h
10,0 GBq.
d e t e k o v a n ý c h impulsů se p a k hledaná hodnota
х
kde H s
Geiger-
stav je jako zdroje 9 r y c h l ý c h
pevnost
. .tx 2 ť
2
kde А а В jsou cechovní k o n s t a n t y přístroje p l a t í c í pro d a n o u t e c h n o l o g i i a p o u ž i t é při v ý r o b ě zkoušeného d í l c e . Tato korekce v š a k v y h o v u j e
jen v určité oblasti
suroviny
změn. P o k u d
kinetická energie úderu m ě ř i c í h o ú d e r n í k u 1 8 v y k a z u j e změnu s r o v n a t e l n o u nebo v ě t š í než
zbyt-
ková kinetická energie m ě ř i c í h o úderníku 1 8 p o odraze, n e n í korekce zcela p ř e s n á .
N a p ř í k l a d por doby zaclonění t ^ - 4,93 us a t^ - 15,625 u s a. za p ř e d p o k l a d u , že
změna
k i n e t i c k é energie m ě ř í c í h o úderu je rovná zbytkové kinetické energii m ě ř i c í h o úderníku' 18 je
2
p o m ě r čtverců sah
obou časů /Ь^
: t2/
= 0,0995 = 0,1 a tudíž k o m p e n z a c e p l a t í jen p r o 10 % roz-
změn. Výraznější
zvýšení tohoto poměru je pak z p ů s o b e n o m e c h a n i c k o u p o r u c h o u a naměřené
se n e v y h o d n o c u j í . na bezvodý
stav.
Zjištěnou hodnotu okamžité k r y c h e l n é pevnosti je pak ještě třeba
údaje
korigovat
5
238044
Pro tuto korekci se použije vztahu
R
kde R
O je
c = /Ro -
R
t
•
/U
+
V
• 1Г s
hledaná hodnota krychlené pevnosti, R , U jsou kalibrační hodnoty vyjadřující vztah
o
mezi krychlenou pevností R c a sklerometricky změřenou okamžitou hodnotou pevnosti R t , V y
je
hodnota korekce na bezvodý stav odpovídající rozdílové hodnotě N w a veličina H Q je vztažená hodnota objemové hmotnosti, pro niž byly stanoveny kalibrační hodnoty R Q , U a vztah mezi hodnotami N ^ a V^. Po ukončení měření je zkoušený dílec _4 vrácen do výchozí polohy a na měřicím vozíku" _3 nahrazen novým dílcem Zařízení je určeno především pro závody na výrobu pórobetonu, lze je však využít i pro zkoušení stavebních dílců z betonu či jiného obdobného materiálu.
P Ř E D M Ě T
V X N Ä L E Z U
1. Zařízení pro nedestruktivní stanovení objemové hmotnosti a krychelné pevnosti betonových dílců, zejména z pórobetonu, vyznačující se tím, že je tvořeno pojezdovou drahou /2/ s měřicím vozíkem /3/ pro přesun zkoušeného dílce /4/ z ukládacího prostoru do pracovního prostoru, v němž je na jedné straně pojezdové dráhy /2/ umístěna stíněná schránka /5/ s uzávěrem /6/ spřaženým s měřicím vozíkem /3/, v níž je těsně u jejího uzávěru /6/ upevněn zdroj /9/ rychlých neutronů spolu s prvním proporcionálním detektorem /10/ termálních neutronů, zatímco druhý detekro /11/ termálních neutronů je umístěn na opačné straně schránky /5/ v níž je rovněř umístěn zdroj /12/ gama záření, s nímž souose na protilehlé straně pojezdové dráhy /2/ je umístěn detekror /13/ gama záření nad pojezdovou dranou /2/ ve výši odpovídající výšce měřeného dílce./4/ a na nosné konstrukci /14/ je uloženo sklerometrické měřicí ústrojí /15/ typu Schmidtova kladívka, s fotometrickým snímačem dopadové a odrazové rychlosti měřicího úderníku.
2. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že oba proporcionální detektory /10, 11/ termálních neutronů, detektor /13/ gama záření i fotometrický snimač mají výstupy přUpojeny na vstup vyhodnocovací
jednotky opatřené obvody pro zpracování vstupních
1 výkres
signálů.
238044
fS
fj
4 3
T
кгн
O-U
^
fr ľ
^ŕP W—Z
с
2
$
'
Pl
^
sй Ъу/шШ J л \ J 5 12 9 ff Ю Obir 1
/ 1
t
í
ZQ
t
t,
t
í
ZjZf -Zf
Obr 2
«
t
to 9 <—>r Obr 3
b
) I ? S
7
6
