大体积砼测温研制报告

大体积砼温度预测与测控系统，是使用计算机监控科技部开发的一个大体积砼温度预测与测控系统；在温度预测方面，采用建立数学物理模型，通过一定边界条件的高次偏微分方程，获得结果。在温度测控方面，主要使用热传感器，采集电压信号，通过计算机实时处理，得到温度数据，并实时储存，显示、打印、指导大体积砼施工及养护工作。
一、设计计算依据和过程
1、要预测大体积砼的温度场，我们假想大气、养护砼的覆盖层，砼及地下土层，共同构成了一个产热、传热、散热的物理结构，根据热之中的热力学方程：
∂2u ∂2u ∂2u ∂ u q ρc
∂2x ∂2y ∂2z ∂ t ρc k
其中：u为物理模型中（x、y、z）点中的温度；
ρ为坐标为（x、y、z）处的介质密度；
c为坐标为（x、y、z）处的热容；
k为坐标为（x、y、z）处的热导率；
q为介质热源效热率；
t为时间。
要解公式：1、首先要求得c、ρ、q（t、x、y、z）、k，为了简化计算，在整体上，砼中的c可以采用砼的混合体，要计算ρ采用平均密度，k采用混联计算：
N
∑mici
C i=0
N
∑mi
i=0
其中：mі为混合单材的质量；
Cі为混合单材的热容。
N
∑mi
p i=0
N m i
∑
i=0 P i
其中mi为混合单材的质量
P i为单材的密度
q（t）在砼中假设与（x、y、z）无关，则
q（t）= Q28 * a * exp（-a * t）
a = (0.2733+0.0044286 * T0)/(24 * 3600)
Q28水泥28天水化热总量
T0水泥初始温度
t水泥固化时间
2、计算覆盖层及与大气接触的虚厚度
d = k砼（1/23 + d盖/k盖）
3、解方程
∂2u ∂2u ∂2u ∂ u q ρc
∂2x ∂2y ∂2z ∂ t ρc k
U t = 0 = T0
简化，略去 ∂2u/∂2x、∂2u/∂2z两项得：
∂2u ∂ u q ρc
∂2x ∂ t ρc k
U t = 0 = T0
采用差分求数值解，差分解格式为：
W = a2 * σt/(σx)2
Uij = W(U i-1,j-1 + U i+1,j-1) + (1-2W)Ui,j-1
二、大体积砼温度测控：
1、完成硬件功能：
A、进行传感器制作，采用Ф5不锈钢套，用环氧树脂封装Cu50热敏元件，引出两脚；
B、完成信号转换，采用5V恒压供电，取得热敏元件与50KΩ电阻的分压值；
C、记录其每一道电压值。
2、完成测温传感器的标定功能，因为本系统为了能降低成本采用了低一致性的电热敏元件，必须通过校正才能使用。假如其与实际温度t值的电性对应参数X的对应关系为：
ti = f i ( x i ) 则我们应求得 f i (x)
设 f i (x) =

3、求得温度值：
t = f i (x)
4、采用数据库记录、显示、传递、打印数据。
大体积砼温度预测：
1）、计算出砼的热传导系数，其方法是采用砼原材料的热传导系数进行混连计算；
2）、计算出砼的比热；
3）、计算出砼的与空气相触的虚拟厚度；
4）、对热传导方程进行简化，进一步进行离散分解；
5）、通过编程来实现砼的温度预测。
三、大体积砼的温度测控：
1、完成硬件的功能，主要包括：传感器的制作，信号转化电路的设计，信号的采集；
2、完成测温传感器的标定模块，因为本系统采用的是非一致性的电热敏元件，必须通过经历一次热标准环境来自动完成测试系统的自动校正功能，其中采用了回归算法，有较高的精度。
3、完成实施时的数据库的记录、显示、传递、打印功能。

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