混凝土凝结时间测定装置技术领域
本发明涉及的是一种混凝土凝结时间测定装置，也称为“贯入阻力仪”，是一种测
定混凝土初凝时间和终凝时间的试验装置。
背景技术
混凝土凝结时间是指混凝土拌合物从初凝到终凝的时间，是衡量混凝土凝结性能
的一项指标，对混凝土拌合物的配制和应用有重要意义。依据中华人民共和国国家标准《普
通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080）规定，所谓初凝时间是指混凝土自加水
拌合起到砂浆贯入阻力达到3.5MPa时所花的时间，终凝时间指混凝土自加水拌合起到砂浆
贯入阻力达到28MPa时所花的时间。
该国家标准还规定了这两个时间的测定装置和测定方法，其中测定装置的基本组
成包括：1、贯入测针：贯入测针的贯入部分形状为圆柱体，一组3枚，承压面积分别为
100mm2、50mm2、20mm2；2、测针贯入机构：通常是由杠杆压杆或丝杠压杆构成的压力机构；3、
贯入力测力装置：机械或电子台秤；4、试样筒：装载被测混凝土砂浆的容器。
测量方法的基本步骤包括：1、按混凝土配合比拌合混凝土，记录加水时刻，该时刻
为试验起始时间；2、将用标准筛筛出拌合物的粗骨料（石子部分）后的砂浆按标准规定的方
法放入试样筒，一组共3个试样筒形成3个试样；3、每隔0.5小时测定1次贯入阻力，在临近
初、终凝时可增加测定次数；4、绘制“贯入阻力—时间”曲线；5、通过线性回归方法确定初凝
时间和终凝时间。其中每次测定贯入阻力的方法步骤为：
i. 将砂浆试样筒置于测定仪上；
ii. 测针端部与砂浆表面接触；
iii. 在10±2s内均匀地使测针贯人砂浆25±2mm深度，记录贯入压力，精确至10N；
iv. 记录测定时间，精确至1min；
v. 计算贯入阻力：f = P/A；其中P为测得的贯入压力（单位N），A为贯入测针的截面积
（单位mm2），f为贯入阻力（单位MPa，贯入阻力为习惯术语，物理概念为贯入强度）。
另外，在测定过程中根据砂浆凝结状况，要求按下表的贯入阻力范围适时更换测
针，测针是通过夹头或螺纹锁紧在测针贯入机构上的。
由于上述测定装置是由人工操作的，存在一些难以克服的问题。首先，标准规定：
贯入速度要求“在10±2s内均匀地使测针贯人砂浆25±2mm深度”。由于被测混凝土的强度
在处于变化之中，即使非常认真且有经验的操作人员，也很难同时准确控制贯入时间和深
度，更难以做到“均匀”，因此不可避免产生测量误差；再有操作人员难免会疏忽或注意力不
够集中而导致误操作、误读、误记等事故。其次，标准要求每0.5h测定一次，对普通混凝土而
言，通常初凝时间不少于45min，终凝时间不少于10h，长时间的连续测定，需要安排多人进
行，导致人员成本较高。另外，每次测定都要进行绘制曲线和计算，换针时间和是否增加测
定次数都是以计算为基础的，所以需要熟练操作人员才能胜任。
发明内容
针对上述不足，本发明所要解决的技术问题是将计算机技术替代人工操作，尤其
是改变测针与测针贯入机构的连接方式，从而提供一种由计算机控制进行全自动操作的混
凝土凝结时间测定装置。
本发明提供的混凝土凝结时间测定装置，包括贯入测针、测针贯入机构、贯入力测
量装置和试样筒；还包括：
1. 测定台
1.1. 测定台有一平台，在测定时试样筒定位放置在该平台上；
1.2. 测定台上有相对于平台作包含垂直升降的三维位置定位操作的支架，贯入测针
把持头安装在支架上的作三维定位的单元上；
1.3. 测定台上有贯入测针预备架，贯入测针在使用前/后放置在预备架上；
1.4. 贯入力测量装置安装在贯入力传递机械路径上；
2. 计算机系统
2.1. 计算机系统的输入机构；
2.1.1. 有键盘和/或触摸屏，用于人工输入各种参数和选择各种条件、操作指令，进行
人际交互；
2.1.2. 有压力传感器，用于感应贯入压力并输入计算机；
2.2. 计算机系统的输出机构，用于显示和/或打印测定过程的各种参数及结果；
2.3. 计算机系统的存储机构，用于存储预设或输入的空间位置坐标参数、操作控制参
数、测定流程中各种参数、运算公式、试验数据及结果；
2.4. 计算机系统的处理机构；
2.4.1. 空间控制单元，根据存储的空间位置参数控制支架的三维定位机构各单元移
动，使测针把持头对测针预备台上取、放测针并将测针移动到待测试样筒内砂浆表面的测
试位置；
2.4.2. 贯入控制单元，根据存储的贯入深度、速度、时间各参数控制垂直单元移动，使
测针在确定的时间内均匀地贯人砂浆确定的深度；
2.4.3. 贯入阻力采样单元：连接贯入力测量装置，在贯入操作时对贯入阻力进行连续
采样，并将数据保存到计算机的存储机构中；
2.4.4. 数据处理单元，根据存储的数据计算每次测定的贯入阻力、临近初、终凝时间、
绘制曲线和确定初凝时间和终凝时间；
2.4.5. 测试时间控制单元，根据存储的测试时间或计算得的临近初、终凝时间及临近
初、终凝时间的测定频次数据，启动每次测定，并确定当前试验的终止时间；
2.5. 计算机系统的执行机构，是支架中三维定位机构各单元的驱动电机控制器，接受
空间控制单元指令运行，其中垂直升降驱动电机控制器还接受贯入控制单元指令运行。
本发明提供的混凝土凝结时间测定装置，有包含测针贯入机构、放置测针的测针
预备架和放置试样筒的平台的测定台，测针贯入机构中有测针把持头经三维调节机构与平
台连接。以计算机系统对测针贯入机构的空间移动和测定过程进行控制，对测针贯入阻力
进行采样，并对测定结果进行运算。在控制中，通过预先存入或人工输入对三枚测针在预备
架上的空间位置坐标、和三只试样筒及砂浆表面在平台上的空间位置坐标、和测定时间、试
验流程和数据处理算法进行设定，根据这些设定通过对三维定位机构各维移动单元的控制
完成测针更换、测定准备、贯入测试等操作。与现有技术相比，本发明提供了一种完全自动
化操作的混凝土凝结时间测定装置，从而保证贯入速度准确、贯入力通过力传感器自动采
样、记录，避免误操作、误读、误记、杜绝操作操作人员不规范、不认真等情形多方面保证试
验数据的准确性，对于测定结果及过程能自动计算判断，尤其是具有贯入测针的自动更换，
可以无须人工值守。
所述三维定位机构，是由平面二维定位机构和垂直升降单元组合构成的，其中平
面二维定位机构是前后移动单元和左右移动单元组合构成或者是旋转单元和径向移动单
元组合构成的。
所述计算机系统的输入机构中有空间位置定位单元，用于确定贯入测针把持头所
在空间位置坐标；所述空间位置定位单元是位置传感器，或是基准位置定位装置和步进位
移驱动计数装置的组合。
所述贯入测针由贯入段、定位段构成；贯入段为圆柱体，高度大于预定要求贯入的
深度，截面面积由预定要求确定；定位段为贯入段向上延伸的柱体，与贯入测针把持头配合
起到测针的平面位置的二维定位作用；定位段上还有上、下定位面，上、下定位面是轴向投
影面积大于定位段截面的分别指向上下的面，与贯入测针把持头配合起到测针的上下位置
的定位作用。
所述贯入测针把持头由上下两层叉状结构构成，把持头的上层叉状结构的下侧、
下层叉状结构的上侧分别与贯入测针的上、下定位面配合，实现测针上下位置的定位；同时
把持头上下叉状结构的叉口形状与测针定位段柱体的形状配合，在把持头将贯入测针定位
段叉入组合后使测针呈铅直状态，实现对贯入测针平面位置的定位；即把持头起到测针的
三维定位作用，同时把持头的上层叉状结构的下侧与贯入测针的上定位面配合还起到施加
向下的贯入压力，或者说传递来自贯入测针的向上的贯入阻力的作用。
所述把持头上层叉状结构下侧是一水平面，下层叉状结构的上端有支撑点或线或
面，所述支撑点、线、面或它们的组合形成一个水平支撑面；测针上、下定位面都是与测针轴
线垂直的平面，且两定位面之间的距离与上层叉状结构下侧平面和下层叉状结构的支撑面
之间的距离作间隙配合。
所述叉状结构的叉口宽度方向一侧安装有弹性卡突，卡突弹出时与叉口底间形成
一个容纳定位段的窄口空缺，弹性卡突用以限制叉口底部外的宽度，阻止卡入叉口底部的
定位段滑动。
另一种方案，所述叉口底部嵌有磁铁，测针上定位面以上部分的上定位段用磁性
材料制作，使测针与把持头组合后被吸附而限定其贯入姿态。
与之相适应的，所述测针预备架有上定位板和下托板，上定位板上有定位缺口或
定位孔，其中定位缺口的方向在更换测针时与把持头叉口方向相交，测针在预备架上放置
时其下端支撑于下托板上，上定位板上的定位缺口底部或定位孔与测针的定位段配合，配
合位置在定位段与把持头上下两层叉状结构的配合区间以外；其中用定位缺口时该配合位
置在定位段与把持头上层叉状结构的配合区间以上或下层叉状结构配合区间以下，用定位
孔时该配合位置在定位段与把持头下层叉状结构配合区间以下。
所述上定位板使用定位缺口时，定位缺口宽度方向一侧安装有弹性卡突，卡突弹
出时与缺口底部形成一个容纳定位段的窄口空缺，弹性卡突用以限制定位缺口底部区域外
的宽度，阻止卡入定位缺口底部的定位段滑动。
另一种方案，所述定位板上使用定位缺口时，定位缺口底部嵌有磁铁，测针上与定
位缺口配合的部分用磁性材料制作，使测针与预备架组合后被吸附而限定其预备位置。
所述下托板上有与定位板上定位缺口在同一纵向面上的滑槽或与定位板上定位
孔同轴的定位托孔。
所述定位托孔是盲孔或者是通孔，是通孔时所述贯入测针的下定位段上有端面向
下的台阶。
本发明提供的混凝土凝结时间测定装置，需要更换贯入测针时，按如下步骤进行：
1. 从预备架取测针：
1.1. 计算机系统向三维定位机构各单元的驱动电机的控制器发出驱动指令，通过三
维移动单元的移动组合将把持头空间位置移到存储器中保存的待换测针的空间位置一侧，
此时把持头的叉口对准测针定位段而高度位置为上层叉状结构在测针上定位面以上，下层
叉状结构在测针下定位面以下；
1.2. 通过平面二维移动单元将把持头的叉口对准测针的定位段沿叉口移入并使叉口
底部与测针定位段配合；
1.3.A. 预备架上定位面使用定位孔的，通过垂直升降单元向上移动将把持头提离预
备架；
1.3.B. 预备架上定位面使用定位缺口的，通过平面二维移动单元使测针沿预备架的
定位缺口移出预备架；或者把持头与测针的配合位置位于上定位面上方的，通过垂直升降
单元向上移动将把持头提离预备架。
2. 将测针放入预备架：
2.1. 计算机系统向三维定位机构各单元的驱动电机的控制器发出驱动指令，通过三
维移动单元的移动组合将把持头空间位置移向存储器中保存的待放置测针的预备架的空
间位置；其中
2.1.A. 预备架上定位面使用定位孔的，
2.1.A.1 将测针下端移动到定位孔同轴上方；
2.1.A.2 通过垂直升降单元将测针下端插入定位孔直到被下托板支撑；
2.1.A.3 通过平面二维移动单元将把持头沿叉口反方向移离预备架位置。
2.1.B. 预备架上定位面使用定位缺口的，
2.1.B.1. 将测针移动到定位段对准上定位板定位缺口，测针下端与下托板托面相齐；
2.1.B.2. 通过平面二维移动单元使测针沿定位缺口移入预备架；
2.1.B.3 通过平面二维移动单元将把持头沿叉口反方向移离预备架位置；
2.1.C. 预备架上定位面使用定位缺口且把持头与测针的配合位置在上定位面上方
的，按步骤2.1.B.进行或者
2.1.C.1 将测针下端移动到测针在预备架放置位置的同轴上方；
2.1.C.2 通过垂直升降单元将测针下端插入放置位置直到被下托板支撑；
2.1.C.3 通过平面二维移动单元将把持头沿叉口反方向移离预备架位置。
另一种方案，所述把持头是一板体，所述板体上有叉口或者套孔，板体下端面安装
有永磁铁或电磁铁，或者所述板体上有套孔，板体下端面安装有电磁铁；所述测针至少其上
定位面是磁性材料制作的；所述叉口底部形状和套孔的截面与贯入测针的定位段截面的形
状配合起到测针平面位置的二维定位作用；当预备架采用定位缺口时，所述叉口与预备架
定位缺口相交。所谓套孔是自板体下端面垂直向上延伸的通孔或盲孔。
所述电磁铁的电源控制装置连接在计算机系统中，计算机处理机构中有电磁铁控
制单元，根据把持头空间位置和测针空间位置是否重叠向电磁铁电源控制装置发出通或断
指令。
本发明提供的混凝土凝结时间测定装置，针对安装有磁铁或者电磁铁的把持头，
在需要更换贯入测针时，按如下步骤进行：
1. 从预备架取测针：
1.1. 计算机系统向三维定位机构各单元的驱动电机的控制器发出驱动指令，通过三
维移动单元的移动组合将把持头空间位置移到存储器中保存的待换测针的空间位置；其中
1.1.A. 把持头板体使用叉口的，
1.1.A.1. 通过平面二维移动单元将把持头叉口对准测针定位段，板体下端与测针上
定位面等高有间隙；
1.1.A.2. 继续通过平面二维移动单元将把持头沿叉口移入预备架位置，至定位段卡
入叉口，此时使用永磁铁的板体下端面与测针自动以磁力吸合，使用电磁铁的开启电磁铁
使板体下端面与测针以磁力吸合；
1.1.A.3. 通过垂直移动单元将把持头沿轴线向上提离取得测针；预备架使用定位缺
口的，或者通过平面二维移动单元将把持头沿定位缺口移离取得测针；
1.1.B. 把持头板体使用套孔的，
1.1.B.1. 通过平面二维移动单元将把持头套孔轴线对准测针轴线；
1.1.B.2. 通过垂直移动单元将把持头向下将测针定位段套入套孔至相触；
1.1.B.3. 开启电磁铁，将测针吸住；
1.1.B.4. 通过垂直移动单元将把持头沿轴线方向向上移离预备架位置，取得测针；预
备架使用定位缺口的，或者通过平面二维移动单元将把持头沿定位缺口移离取得测针。
2. 将测针放入预备架：
2.1. 计算机系统向三维定位机构各单元的驱动电机的控制器发出驱动指令，通过三
维移动单元的移动组合将把持头空间位置移向存储器中保存的待放置测针的预备架的空
间位置，并将测针下端移动到预备架测针预定放置位置的轴线上方；
2.1.1 通过垂直升降单元将测针下端下插到预定放置位置直到被下托板支撑；
2.1.2.A. 把持头板体使用叉口的，通过平面二维移动单元将把持头沿叉口反方向移
离预备架位置；使用电磁铁的或者在关闭电磁铁后通过垂直升降单元将把持头提离；
2.1.2.B. 把持头板体使用套孔的，关闭电磁铁，通过垂直移动单元将把持头沿轴线方
向提离预备架位置；
2.2. 预备架上定位面使用定位缺口的，或者计算机系统向三维定位机构各单元的驱
动电机的控制器发出驱动指令，通过三维移动单元的移动组合将把持头空间位置移向存储
器中保存的待放置测针的预备架的空间位置，并将测针移动到定位段对准叉口、测针下端
与下托板托面相齐；
2.2.1 通过平面二维移动单元使测针沿定位缺口移入预备架；
2.2.2.A. 把持头板体使用叉口的，通过平面二维移动单元将把持头沿叉口方向移离
预备架位置；使用电磁铁的或者在关闭电磁铁后通过垂直升降单元将把持头提离；
2.2.2.B. 把持头板体使用套孔的，关闭电磁铁，通过垂直移动单元将把持头沿轴线方
向移离预备架位置。
附图说明
图1为本发明中一测针实施例的主视图，图中：1-测针，1a-上定位段，1b-有上下定
位面的定位传力段，1c-测针本体；
图2为本发明中一测针预备架与测针组合实施例的结构图，图3为图2的俯视图，图中：
1-测针，2-预备架，3-卡突，
图4为本发明中一把持头的结构图，图中：1-测针，4-压力传感器，5-把持头，31-把持头
卡突，5a-托片；
图5为本发明中另一测针与图2中预备架组合实施例的结构图，图中：2-预备架，11-测
针二，11a-测针二上定位段，11aa-测针二下定位段，11b-测针二有上下定位面的定位传力
段，11c-测针二本体；
图6为本发明中另一测针预备架与测针组合实施例的结构图，图7为图6的俯视图，图8
为另一种把持头从本例中取放测针时的结构图，图中：1-测针，3-卡突，21-预备架，41-压力
传感器二，51-把持头二；
图9为本发明中一种采用永磁铁的把持头的结构图，图10为图9的仰视图（虚化测针
后），图中：1-测针，6-永磁铁，52-永磁把持头板体；
图11为本发明中一种采用电磁铁的把持头的结构图，图中：1-测针，7-铁芯，8-线圈，
53-电磁把持头板体；
图12为本发明中另一种采用电磁铁的把持头的结构图，图中：12-测针三，71-铁芯二，
81-线圈二，54-电磁把持头板体二；
图13为本发明一实施例的主视图，图14为图13的俯视图，图中：1-测针，2-预备架，4-压
力传感器，5-把持头，9-贯入施压装置，10-悬臂（纵向移动单元），13-前后向移动单元驱动
装置，14-门架，15-左右向移动单元驱动装置，16-丝杠，17-丝杠螺母，18-平台，19-试样筒。
具体实施方式
1、如图1所示，测针1有测针本体1c，测针本体向上延伸有定位传力段1b和上定位
段1a，定位传力段有上下定位面。其中上定位段和测针本体是同轴的圆柱体，测针本体的直
径按预定规格进行变化而上定位段不变，便于把持头上层叉状结构的叉口与其配合。另外，
测针本体与定位传力段连接部分也兼作下定位段，在制作时其直径可以是一个确定的值，
这样定位传力段以下部分是一个变径的圆柱体。本例是作为一种最规范、最美观的结构，实
际上其上、下定位段及测针本体都没有必要必须是圆柱体形状，也可以是非圆截面柱体，如
棱柱、椭圆柱等。定位传力段主要提供上下定位面和传递贯入测针所需要的压力及阻力，因
此定位传力段上下定位面之间部分仅起连接和传递贯入力的作用，据此上下定位面之间可
以有多种选择，如单柱连接、多柱连接、架构连接等等。
2、如图2、3所示，有一由上定位板、下托板和纵向壁构成的“匚”字形预备架2，预备
架与测针2组合呈测针在预备状态。这是一种将如图1的测针本体（兼作下定位段）放置在预
备架上的方案。预备架的上定位板有定位缺口，下托板有与定位缺口底部同轴的盲孔。放置
时测针本体从定位缺口卡入预备架并放下使其下端插入盲孔，下定位段（测针本部与下定
位面之间部分）配合在定位缺口底部。在定位缺口底部一侧安装有一件弹珠卡突3，弹珠弹
出时在轴向上与定位缺口底部限定为一个与测针下定位段配合的窄口空缺，使测针卡入后
不会脱出。
为适应不同规格测针的放置，利用定位段的直径是相同的特点，弹珠卡突最好安
装在上定位板的定位缺口一侧。
或者预备架以非磁性材料制作，在定位缺口底壁或者滑槽内端壁或者滑槽内端底
上安装有一块磁铁，测针相应位置则以磁性材料如铁制作，使测针被吸引而稳定。
本发明中所称定位缺口底部和叉口底部，是指轴线与测针轴线平行的定位缺口或
者叉口的两侧纵向壁在里端相连接的部分，或者是说测针在叉口或者定位缺口中往里移动
倒底时所依靠的部分。
在预备架上，预备架上定位板上表面与测针下定位面之间的距离不小于所配用的
把持头下层叉状结构的厚度，使把持头叉口与测针配合后对把持头构成平移阻碍。
3、如图4所示，一由上下两层叉状结构和纵向连接壁构成的“匚”字形测针把持头
5，与压力传感器4安装在一起，并从图中可以见到其把持着测针1时的结构状态。本例中，测
针定位传力段的上下定位面是相互平行并与轴线垂直的，把持头的上下叉状结构的内侧平
面也是相互平行并与轴线垂直的。上下定位面之间的距离与上下内侧平面之间的距离作间
隙配合。
本例把持头的由两个零件组成，一是上层叉状结构和向上延伸的压力传感器安装
座形成一实体块，另一是下层叉状结构的后段向上折起形成纵向壁并与安装于实体块部分
的托片5a。上层叉状结构因为要传递贯入力而比较厚实，叉口上侧被压力传感器安装座所
掩盖形成一有顶的缺口。所说叉口是有与轴线平行的壁的长条缺口，叉口底与测针上下定
位段配合，上层叉状结构的缺口壁内嵌装有弹珠构成的把持头卡突31，弹珠弹出时其轴向
投影与缺口底部限定为一个与上定位段配合的窄口空缺，使测针卡入后不会脱出。
也可以将把持头上层叉状结构的叉口底部安装磁铁以替代弹珠卡突或其他弹性
卡定装置，测针相应位置则以磁性材料如铁制作，使测针被吸引而稳定。
4、如图5所示，另一种测针结构，测针二11是由测针二上定位段11a、测针二定位传
力段11b、测针二下定位段11aa、测针二本体11c各部分同轴连接构成的，其中各部分均是圆
柱体。测针二下定位段是直径大于测针二本体的，连接处有向下的端面。有一由上定位板、
下托板和纵向壁构成的“匚”字形预备架211，预备架与测针二11组合呈测针二在预备状态。
预备架上定位板有定位孔，下托板上有与定位孔同轴的通孔，定位孔和通孔分别与上层叉
状结构及测针二本体作间隙配合，测针二以下定位段下端向下的端面支撑在下托板上。
5、如图6、7所示，有一由上定位板、下托板和纵向壁构成的“匚”字形预备架21，预
备架与测针1组合呈测针在预备状态。这是一种将整个如图1的测针放置在预备架内的方
案。预备架的上定位板有定位缺口，下托板有与定位缺口平行并在同一垂直面上的滑槽。放
置时上定位段端部及测针下端分别从定位缺口和滑槽卡入预备架，配合在定位缺口底部和
滑槽内端。在滑槽内端一侧安装有一件弹珠卡突3，弹珠弹出时与滑槽内端壁限定为一个与
测针下端配合的窄口空缺，使测针卡入后不会脱出。
在预备架内，预备架上定位板与测针上定位面之间的距离不小于所配用的把持头
上层叉状结构的厚度，使把持头叉口与测针配合后预备架不对把持头构成平移阻碍。
6、如图8所示，一把持头51在图6所示的预备架21上取放测针1的状态。本例把持头
是以一金属块加工而成的“匚”字形物体，上下叉状结构与例3把持头基本相同，压力传感器
41的安装座设置在侧面，因此两者的主要区别在于本例上层叉状结构无向上延伸的压力传
感器安装座，特别适用于如例5所介绍的预备架上测针的取放。
7、如图9、10所示，一种应用了永磁铁的把持头52，是一有叉口的板体，状如横卧的
马蹄形。在板体下端面上，以叉口底部中点为中心的圆弧上等分经安装三粒圆柱体永磁铁
6。三粒圆柱体永磁铁轴线与板体下端面垂直，永磁铁端面与板体下端面齐。其中一粒圆柱
体轴线在叉口中分平面上，使三粒永磁铁对称于叉口。
也可以用整块永磁安装于测针上定位面上，但本例结构成本更低。
8、如图11所示，一种应用了电磁铁的把持头53，是一有套孔的板体，套孔开口在板
体下端面。板体上端复合了压力传感器安装座，因此套孔是盲孔。套孔是环形铁芯7的内孔，
环形铁芯经绝缘材料嵌装在板体上，铁芯端面与板体下端面相齐。铁芯外安装有线圈8，线
圈通电后铁芯产生磁力与测针1定位传力段上定位面相吸。
9、如图12所示，另一种应用了电磁铁的把持头54，是一有套孔的圆柱形板体，套孔
开口在板体下端面。板体上复合了压力传感器安装座，套孔上底部经绝缘材料嵌装有电磁
铁二，电磁铁二以铁芯二71端面与板体下端面相齐安装，铁芯二外安装有线圈二81。其所配
套的测针三12是上定位段与定位传力段合二为一的，定位传力段与把持头的套孔作间隙配
合。线圈通电后铁芯产生磁力与测针1上端面相吸。
10、混凝土凝结时间测定装置的一种结构形式，装置包括测定台和计算机系统。
测定台如图13、14所示，有一平台18，平台是面板和箱体构成，平台上安装支架，支
架包括：平台两侧经滑轨安装一门架14，门架下端连接梁上有螺母15，螺母配合在长度（左
右）方向的丝杠16上，丝杠端部有左右向移动单元驱动装置17，使门架成为左右移动单元。
门架的上梁上有宽度（前后）方向的齿条，有前后向移动单元驱动装置13安装在齿条上，有
一悬臂其上端经上下向移动单元驱动装置安装在前后向移动单元驱动装置上固定的前后
移动单元上，悬臂即为上下（升降）移动单元。悬臂上经施压驱动装置安装有贯入施压装置
9，贯入施压装置也是上下（升降）移动单元，贯入施压装置经压力传感器4安装把持头5。贯
入施压装置由施压驱动装置驱动，当它工作时使所安装的把持头相对悬臂上下移动，把持
头受到的贯入阻力对压力传感器提供压力而输出信号。平台面板上定点安放有三个试样筒
10，面板一端定点排列有三个预备架2，试样筒和预备架的空间位置均在把持头三维移动的
范围内。未使用时三个规格的测针1按序放置在预备架上。
装置的计算机系统（图中未显示）有显示器和键盘，计算机系统的箱体内还安装了
左右向、前后向及纵向移动单元驱动装置及贯入施压装置驱动装置控制器，各驱动装置都
是步进电机。各控制器的指令输入端连接在计算机上，输出电源端连接各步进电机，压力传
感器经数模转换后接入计算机。为准确控制把持头运行，计算机系统的存储器中保存了：a.
三个试样筒的平面位置坐标参数；b.混凝土表面的高度参数；c.贯入深度参数；d.各预备架
的三维坐标参数；e.不同次贯入点坐标的编排，标记为相对于试样筒中心点的平面位置坐
标序列。所述各位置坐标参数是指以驱动控制各维位置的步进电机相对于把持头基准位置
的步进角度值标记，其中上下驱动和施压驱动步进电机可合二为一，运行时根据这些参数
转化为对相应步进电机的转动指令实现持头运行的空间位置控制。
作为另一种控制方案，可以在平台与左右单元、左右单元与前后单元、前后单元与
上下单元、上下单元与施压装置四个连接位置安装位移传感器来确定各单元相互移动距
离，从而计算把持头的空间位置，控制各移动单元驱动装置的运行实现把持头的空间控制。
11、在计算机系统中还连接有电磁铁的电源控制装置，通过计算机根据把持头空
间位置是否和预计的取放测针空间位置重叠而向电磁铁电源电子开关发出通或断指令。
12、作为支架的替换结构，支架可以是一立柱，立柱上套接转动轴套，转动轴套上
安装水平悬臂，悬臂上安装平移机构，平移机构上安装升降杆，升降杆下端经压力传感器安
装把持头。
支架还可以是一曲折臂，曲折臂端部安装一升降杆，升降杆下端经压力传感器安
装把持头。
作为三维驱动装置的结构，可以丝杠、传动带、液压驱动机构或组合形式构成。
13、混凝土凝结时间测定装置还可以分别在把持头和/或测针预备架上安装测针
探测传感器，计算机根据传感器信号确定测针是否处在对应的位置，如果未检测到测针，则
计算机暂停操作并发出告警通知。测针传感器可以是光电传感器、电磁传感器等。
14、本发明装置测量方法的基本步骤包括：
一、测试台准备
1. 启动计算机系统，进行装置自检，支架上各移动单元回复到原始位置；
2. 在三个预备架上放置好三枚测针，其中1号预备架放1号测针截面为100mm2、2号预
备架放2号测针截面为50mm2、3号预备架放3号测针截面为20mm2。
二、试样准备
1. 按混凝土配合比拌合混凝土，在计算机系统中输入加水时刻，该时刻为试验起始时
间；
2. 将用标准筛筛出拌合物的粗骨料（石子部分）后的砂浆放入三个相同的试样筒内形
成三个试样，每个试样筒内的砂浆高度相同；
3. 将三个试样筒放到平台确定的位置上，记作1号筒、2号筒、3号筒。
三、测定
I. 测定启动时间控制
测定启动后依次对三个试样筒进行取放测针、贯入和计算，
1. 自试验起始时间起每隔30分钟启动一次测定；
2. 当临近初、终凝时，增加测定次数指令为每隔10分钟启动一次测定；
3. 当贯入阻力>28MPa时，测定结束。
II. 取放针
1. 测定启动后分别从把持头所把持针号存储单元中提取当前针号数据和从换针指令
存储单元中提取将用针号数据，将两个针号数据进行比较；
1.A. 如比较结果相同，则进入贯入程序；
1.B. 如比较结果不相同，则在当前针号所对应的预备架上放下测针，再从将用针号所
对应的预备架上取得测针；
1.C. 如当前把持头针号为空，则直接从将用针号所对应的预备架上取得测针；
2. 从预备架取测针：
2.1. 计算机系统向三维定位机构各单元的驱动电机的控制器发出驱动指令，通过三
维移动单元的移动组合将把持头空间位置移到存储器中保存的待换测针的空间位置一侧，
此时把持头的叉口对准测针定位段而高度位置为上层叉状结构在测针上定位面以上，下层
叉状结构在测针下定位面以下；
2.2. 通过平面二维移动单元将把持头的叉口对准测针的定位段沿叉口移入并使叉口
底部与测针定位段配合；
2.3.A. 预备架上定位面使用定位孔的，通过垂直升降单元向上移动将把持头提离预
备架；
2.3.B. 预备架上定位面使用定位缺口的，通过平面二维移动单元使测针沿预备架的
定位缺口移出预备架；或者把持头与测针的配合位置位于上定位面上方的，通过垂直升降
单元向上移动将把持头提离预备架；
2.4. 提取成功后标记存储把持头当前针号。
3. 将测针放入预备架：
3.1. 计算机系统向三维定位机构各单元的驱动电机的控制器发出驱动指令，通过三
维移动单元的移动组合将把持头空间位置移向存储器中保存的待放置测针的预备架的空
间位置；其中
3.1.A. 预备架上定位面使用定位孔的，
3.1.A.1 将测针下端移动到定位孔同轴上方；
3.1.A.2 通过垂直升降单元将测针下端插入定位孔直到被下托板支撑；
3.1.A.3 通过平面二维移动单元将把持头沿叉口反方向移离预备架位置。
3.1.B. 预备架上定位面使用定位缺口的，
3.1.B.1. 将测针移动到定位段对准上定位板定位缺口，测针下端与下托板托面相齐；
3.1.B.2. 通过平面二维移动单元使测针沿定位缺口移入预备架；
3.1.B.3 通过平面二维移动单元将把持头沿叉口反方向移离预备架位置；
3.1.C. 预备架上定位面使用定位缺口且把持头与测针的配合位置在上定位面上方
的，按步骤2.1.B.进行或者
3.1.C.1 将测针下端移动到测针在预备架放置位置的同轴上方；
3.1.C.2 通过垂直升降单元将测针下端插入放置位置直到被下托板支撑；
3.1.C.3 通过平面二维移动单元将把持头沿叉口反方向移离预备架位置；
3.2 放入成功后将持头当前针号标记为空。
III. 贯入
1. 计算机系统向三维定位机构各单元的驱动电机的控制器发出驱动指令，通过三维
移动单元的移动组合将测针下端位置移到待测试样筒中砂浆表面的当前贯入坐标位置；
2. 通过垂直升降单元向下移动，在10±2s内均匀地使测针贯人砂浆25±2mm深度；
3. 在整个贯入过程中通过压力传感器对贯入压力进行等间隔时间连续采样，如每隔
0.1s采样一次，所得贯入压力值经模数转换后形成数据序列保存到计算机的存储机构中；
4、通过垂直升降单元向上移动，将测针提出试样筒；
5、完成一个试样筒的贯入后重复以上1、2、3、4步骤对下一个待测试样筒进行贯入操
作，直到完成三个试样筒的本次贯入；
6、完成一次贯入后，计算机系统中空间控制单元更换新的贯入点坐标参数，使下一次
贯入在与以前各次贯入点不重复的点上进行。
IV. 计算贯入阻力
1. 计算运用存储于计算机存储机构中的计算程序进行，该计算程序是描述公式f =P/
A的；其中P为测得的贯入压力（单位N），A为贯入测针的截面积（单位mm2），f为贯入阻力（单
位MPa）；其中
各试样每次的贯入压力值P的确定：上节贯入操作第3步骤中，按存储器中保存的数据
序列次依次提取设定的平均值计算采样次数计算平均值（如每10次采样计算一次平均值），
将全部采样数据序列计算所得的平均值形成平均值数据序列，再从平均值数据序列中计算
出计算出最大值作为该次贯入的压力值P；上述计算也可在贯入过程中同时进行，即当连续
采样次数达到设定的平均值计算采样次数时立即计算出平均值并保存，继续采样当次数达
到设定的平均值计算采样次数计算出后续平均值，比较上次保存的平均值并保存较大值直
到完成贯入操作，所保存的最大平均值即为该次贯入的压力值P。
每个样一次贯入结束后，从当前次当前样贯入压力值存储单元提取贯入压力值进
行贯入阻力的计算，所得贯入阻力值与所用平均最大值测得时间编组存入贯入阻力存储单
元中。
2. 推测临近初、终凝时间
当f>2.5MPa时，确定为临近初凝时间，向测定启动程序发出对当前样增加测定次数指
令；
当f>25MPa时，确定为临近初凝时间，向测定启动程序发出对当前样增加测定次数指
令。
3. 判断更换测针时间：
3.1. 试验起始时在现用测针号存储单元标记为空，取得1号针后在现用针号存储单元
中保存1号测针的标识数据；
3.2. 如果当前次当前样的f≧3.5MPa，则将换针指令存入当前试样的下一次测定启动
指令存储器中，将用针号存储为2号测针的标识数据；或立即按新的测针号再做一次贯入试
验；
3.3. 如果当前次当前样的f≧20MPa，则将换针指令存入当前试样的下一次测定启动
指令存储器中，将用针号存储为3号测针的标识数据；或立即按新的测针号再做一次贯入试
验。
四、测定结果
1. 向存储机构贯入阻力存储单元中提取每个试样的贯入阻力和时间值数据组，对每
个试样绘制“贯入阻力—时间”曲线；
2. 通过线性回归方法或“贯入阻力—时间”曲线拟合方法确定每个试样的f=3.5MPa时
的初凝时间和f=28MPa的终凝时间；
3. 对三个试样的初凝时间和终凝时间分别进行算术平均，得中间值；
4. 对三个试样的初凝时间和终凝时间分别进行比较，得最大值和最小值；
5. 分别以初凝时间的最大值和最小值与其中间值进行比较，
5.A. 如最大值和最小值与中间值之差小于等于中间值的10%，则测定结果为中间值；
5.B. 如最大值或最小值与中间值之差大于中间值的10%，则测定结果为中间值；
5.C. 如最大值和最小值与中间值之差大于中间值的10%，则测定结果无效。
12、对于安装有磁铁或者电磁铁的把持头，则取放测针的步骤是：
1. 从预备架取测针：
1.1. 计算机系统向三维定位机构各单元的驱动电机的控制器发出驱动指令，通过三
维移动单元的移动组合将把持头空间位置移到存储器中保存的待换测针的空间位置；其中
1.1.A. 把持头板体使用叉口的，
1.1.A.1. 通过平面二维移动单元将把持头叉口对准测针定位段，板体下端与测针上
定位面等高有间隙；
1.1.A.2. 继续通过平面二维移动单元将把持头沿叉口移入预备架位置，至定位段卡
入叉口，此时使用永磁铁的板体下端面与测针自动以磁力吸合，使用电磁铁的开启电磁铁
使板体下端面与测针以磁力吸合；
1.1.A.3. 通过垂直移动单元将把持头沿轴线向上提离取得测针；预备架使用定位缺
口的，或者通过平面二维移动单元将把持头沿定位缺口移离取得测针；
1.1.B. 把持头板体使用套孔的，
1.1.B.1. 通过平面二维移动单元将把持头套孔轴线对准测针轴线；
1.1.B.2. 通过垂直移动单元将把持头向下将测针定位段套入套孔至相触；
1.1.B.3. 开启电磁铁，将测针吸住；
1.1.B.4. 通过垂直移动单元将把持头沿轴线方向向上移离预备架位置，取得测针；预
备架使用定位缺口的，或者通过平面二维移动单元将把持头沿定位缺口移离取得测针。
2. 将测针放入预备架：
2.1. 计算机系统向三维定位机构各单元的驱动电机的控制器发出驱动指令，通过三
维移动单元的移动组合将把持头空间位置移向存储器中保存的待放置测针的预备架的空
间位置，并将测针下端移动到预备架测针预定放置位置的轴线上方；
2.1.1 通过垂直升降单元将测针下端下插到预定放置位置直到被下托板支撑；
2.1.2.A. 把持头板体使用叉口的，通过平面二维移动单元将把持头沿叉口反方向移
离预备架位置；使用电磁铁的或者在关闭电磁铁后通过垂直升降单元将把持头提离；
2.1.2.B. 把持头板体使用套孔的，关闭电磁铁，通过垂直移动单元将把持头沿轴线方
向提离预备架位置；
2.2. 预备架上定位面使用定位缺口的，或者计算机系统向三维定位机构各单元的驱
动电机的控制器发出驱动指令，通过三维移动单元的移动组合将把持头空间位置移向存储
器中保存的待放置测针的预备架的空间位置，并将测针移动到定位段对准叉口、测针下端
与下托板托面相齐；
2.2.1 通过平面二维移动单元使测针沿定位缺口移入预备架；
2.2.2.A. 把持头板体使用叉口的，通过平面二维移动单元将把持头沿叉口方向移离
预备架位置；使用电磁铁的或者在关闭电磁铁后通过垂直升降单元将把持头提离；
2.2.2.B. 把持头板体使用套孔的，关闭电磁铁，通过垂直移动单元将把持头沿轴线方
向移离预备架位置。