一種溫度控制土壤膨脹儀的制作方法
【專利摘要】一種溫度控制土壤膨脹儀，包括盛水容器、頂蓋、位移采集系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)，頂蓋固定在盛水容器上。所述盛水容器包括底座和外壁，該外壁為夾層結(jié)構(gòu)；所述位移采集系統(tǒng)包括軸向位移傳感器、導(dǎo)線和數(shù)據(jù)采集儀；所述溫度控制系統(tǒng)包括硅橡膠電熱片、導(dǎo)線、溫度控制器和溫度傳感器。本實(shí)用新型除了具備常規(guī)土壤膨脹儀的功能外，還通過溫度控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)驗(yàn)溫度的精確控制，能夠進(jìn)行不同溫度下的土體的膨脹試驗(yàn)；并且對(duì)土體在浸水過程中體積膨脹量實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化采集，所測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。
【專利說明】
一種溫度控制土壤膨脹儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于巖土工程土工試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種溫度控制土壤膨脹儀，適用于測(cè)量不同溫度下的土體在浸水過程中體積增大膨脹量。
【背景技術(shù)】
[0002]在自然條件下，土體自身存在一個(gè)初始溫度場，溫度沿著土體深度的增加而逐漸變化，進(jìn)而影響到土體的工程性質(zhì)。而我們使用傳統(tǒng)土壤膨脹儀對(duì)粘性土的膨脹量進(jìn)行量測(cè)時(shí)，往往是在常溫的條件下進(jìn)行的，忽略了溫度的影響，最后測(cè)得的膨脹量是不準(zhǔn)確的，也不能滿足實(shí)際工程的需要。同時(shí)，使用傳統(tǒng)的膨脹儀對(duì)粘性土膨脹量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需要人為地每隔2h測(cè)計(jì)數(shù)據(jù)采集儀一次，直至兩次讀數(shù)差值不超過0.0 Imm時(shí)膨脹穩(wěn)定，工作效率低，試驗(yàn)誤差亦大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷及不足，本實(shí)用新型提供一種溫度控制土壤膨脹儀，能夠?qū)?shí)驗(yàn)溫度精確控制和測(cè)量，開展不同溫度下的土體膨脹率試驗(yàn)；同時(shí)對(duì)土體膨脹量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)自動(dòng)化采集，所測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，解決了膨脹量不能連續(xù)測(cè)量和自動(dòng)記錄、誤差較大的缺點(diǎn)。
[0004]本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上述目的:一種溫度控制土壤膨脹儀，包括盛水容器、頂蓋、溫度控制系統(tǒng)和位移采集系統(tǒng)。具體結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系為:
[0005]所述頂蓋固定在盛水容器上。
[0006]所述盛水容器包括底座、外壁以及可調(diào)節(jié)支座，底座與外壁焊接，底座下設(shè)有可調(diào)節(jié)支座，外壁通過導(dǎo)線與溫度控制器相連接。
[0007]所述溫度控制系統(tǒng)包括硅橡膠電熱片、溫度傳感器、導(dǎo)線以及溫度控制器，所述硅橡膠電熱片設(shè)置于外壁夾層內(nèi)，溫度傳感器通過螺帽固定于頂蓋上，溫度傳感器的一端置于盛水容器內(nèi)的水中，另一端通過導(dǎo)線與溫度控制器相連接，溫度控制器接電源。
[0008]所述位移控制系統(tǒng)包括軸向位移傳感器、導(dǎo)線和數(shù)據(jù)采集儀，所述軸向位移傳感器通過螺帽固定在頂蓋的中央，軸向位移傳感器一端與墊片頂部相接觸，另一端通過導(dǎo)線與數(shù)據(jù)采集儀相連接，數(shù)據(jù)采集儀連接電源，數(shù)據(jù)采集儀自動(dòng)采集記錄試驗(yàn)過程中的墊片的軸向位移變化。
[0009]所述外壁為夾層結(jié)構(gòu)，外壁外部設(shè)有一層玻璃纖維。
[0010]所述硅橡膠電熱片為軟性可彎曲的薄膜狀電熱器件，均勻緊貼在盛水容器外壁夾層的內(nèi)壁上。
[0011]所述底座內(nèi)設(shè)置注水通道，通過注水通道往盛水容器注水。
[0012]所述頂蓋通過固定螺栓固定連接在盛水容器外壁上，頂蓋上設(shè)置排氣閥，頂蓋中央固定設(shè)置有軸向位移傳感器，旁邊固定設(shè)置溫度傳感器。
[0013]所述排氣閥連通盛水容器內(nèi)部與外部空氣，保持大氣平衡，有利于實(shí)驗(yàn)時(shí)通過注水通道往盛水容器內(nèi)部注水，同時(shí)避免粘性土遇水膨脹時(shí)壓縮內(nèi)部空氣引起的誤差。
[0014]所述墊片上帶有多個(gè)孔隙，以便于膨脹土遇水膨脹過程中的氣泡排放。
[0015]所述頂蓋底部與外壁頂面通過固定螺桿連接，頂蓋四周的圓孔與外壁四周的圓孔
——對(duì)應(yīng)。
[0016]所述盛水容器底座中央設(shè)有環(huán)狀水槽，環(huán)狀水槽上放置透水石，透水石上放置環(huán)刀，環(huán)刀內(nèi)部為土樣;透水石和環(huán)刀外部設(shè)置一護(hù)環(huán)，防止膨脹;環(huán)刀上放置另一導(dǎo)環(huán)，通過只螺桿固定于底座;土樣上放置墊片，墊片頂部與軸向位移傳感器一端相接觸。
[0017]本實(shí)用新型的突出效果在于:
[0018]1、由于設(shè)置了溫度控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)驗(yàn)溫度的精確控制和測(cè)量，能夠在不同溫度下進(jìn)行粘性土膨脹率試驗(yàn)。
[0019]2、由于設(shè)置了位移采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)測(cè)量和采集的自動(dòng)化，減少了測(cè)量過程中每2h讀數(shù)的繁瑣性，提高工作效率，且所測(cè)數(shù)據(jù)精確。
[0020]3、為了使土樣整體均勻受熱，在盛水容器外壁均勻緊貼硅橡膠電熱片，有效保證了加熱的均勻性。
[0021]4、為了防止盛水容器內(nèi)熱量的散失，將盛水容器外壁設(shè)置了夾層結(jié)構(gòu)，并在外壁設(shè)置玻璃纖維，同時(shí)還在盛水容器頂部設(shè)置了頂蓋，有效防止盛水容器內(nèi)熱量的散失。
【附圖說明】
[0022]圖1為本實(shí)用新型所述的溫度控制土壤膨脹儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本實(shí)用新型所述的溫度控制土壤膨脹儀的安裝順序示意圖。
[0024]其中:1-排氣閥，2-頂蓋，3-螺桿，4-外壁，5-玻璃纖維，6-導(dǎo)環(huán)，7_環(huán)刀，8_硅橡膠電熱片，9-護(hù)環(huán)，I O-底座，11-可調(diào)節(jié)支座，12-墊片，13-土樣，14-透水石，15-軸向位移傳感器，16-溫度傳感器，17-導(dǎo)線，18-數(shù)據(jù)采集儀，19-溫度控制器，20-螺桿，21-注水管道。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下通過附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。
[0026]如圖1至圖2所示，本實(shí)用新型所述的溫度控制土壤膨脹儀，包括盛水容器、頂蓋2、位移采集系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)。具體結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系為:
[0027]所述盛水容器包括底座10、外壁4和可調(diào)節(jié)支座11;底座10與外壁4焊接，底座10下設(shè)置可調(diào)節(jié)支座U，保證儀器水平;外壁4為夾層結(jié)構(gòu)，硅橡膠電熱片8設(shè)置于外壁4夾層內(nèi)，并通過導(dǎo)線17與溫度控制器19相連接;外壁4外部設(shè)置一層玻璃纖維5，防止盛水容器內(nèi)熱量散失。
[0028]所述頂蓋2設(shè)置于盛水容器上，通過3個(gè)固定螺栓3固定連接于盛水容器外壁4;頂蓋2上設(shè)置一排氣閥I;中央固定設(shè)置一軸向位移傳感器15，一端與墊片12頂部相接觸，另一端通過導(dǎo)線17與數(shù)據(jù)采集儀18相連接;頂蓋2周邊固定設(shè)置一溫度傳感器16，一端置于盛水容器內(nèi)，另一端通過導(dǎo)線17與溫度控制器19相連接;所述頂蓋2底部與外壁4頂面通過固定螺桿3連接，其中，頂蓋2四周的圓孔與外壁4四周的圓孔一一對(duì)應(yīng)。
[0029]所述溫度控制系統(tǒng)包括硅橡膠電熱片8、溫度傳感器16、導(dǎo)線17和溫度控制器19;所述的硅橡膠電熱片8為盛水容器內(nèi)部的溫度改變提供熱源，環(huán)繞外壁4布置，其內(nèi)部電阻絲的兩端通過導(dǎo)線17與溫度控制器19相連接;溫度傳感器16通過一固定螺帽固定于頂蓋2，其一端置于盛水容器內(nèi)的水中，另一端通過導(dǎo)線17與溫度控制器19相連接;溫度控制器19接電源，其誤差范圍為±0.5 °C，能夠?qū)κ⑺萜鲀?nèi)部的水溫進(jìn)行精確控制。
[0030]所述位移控制系統(tǒng)包括軸向位移傳感器15、導(dǎo)線17和數(shù)據(jù)采集儀18;軸向位移傳感器15通過一固定螺帽固定于頂蓋2中央，一端與墊片12頂部相接觸，另一端通過導(dǎo)線17與數(shù)據(jù)采集儀18相連接;數(shù)據(jù)采集儀18接電源，能夠自動(dòng)采集記錄試驗(yàn)過程中的墊片12的軸向位移變化。
[0031 ] 盛水容器底座10中央設(shè)置環(huán)狀水槽，水槽上放置透水石14，透水石14上放置環(huán)刀7，環(huán)刀7內(nèi)部為土樣13;透水石14和環(huán)刀7外部設(shè)置一護(hù)環(huán)9，防止旁脹;環(huán)刀上放置另一導(dǎo)環(huán)6，通過3只螺桿20固定于底座10; 土樣13上放置墊片12，墊片12頂部與軸向位移傳感器15
一端相接觸。
[0032]具體操作方法如下:
[0033]1、實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作:準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)用土、切土環(huán)刀7、各種傳感器器件等輔助材料，檢查儀器各部件是否正常；用切土環(huán)刀7制備實(shí)驗(yàn)土樣13，修平兩面并將土樣放置于恒溫恒濕箱168h;通過另一溫控盛水容器將純水加熱到實(shí)驗(yàn)設(shè)定的水溫。
[0034]2、試件安裝:在盛水容器內(nèi)放置護(hù)環(huán)9、透水石14，將帶有土樣的環(huán)刀7從恒溫恒濕箱取出并裝入護(hù)環(huán)9內(nèi)；然后把導(dǎo)環(huán)6放在環(huán)刀7上，并用3只螺桿20輕擰壓平，將其固定于底座10;最后將墊片12蓋于土樣13表面;最后將通過螺桿3將頂蓋2固定于盛水容器上，使軸向位移傳感器15底部與墊片12頂部接觸；
[0035]3、打開排氣閥I，通過注水管道21向盛水容器注入已加熱到設(shè)定水溫的純水，使水面保持于土樣表面高度齊平，或按土工操作規(guī)程使水面高出土樣5mm;同時(shí)開啟溫度控制器19的電源開關(guān)并設(shè)置實(shí)驗(yàn)所需溫度，溫度控制器19發(fā)出溫度的指令給硅橡膠電熱片8使其開始加熱，同時(shí)溫度傳感器16測(cè)試被加熱的盛水容器內(nèi)水的溫度，當(dāng)溫度達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)，溫度傳感器16檢測(cè)到并發(fā)出一個(gè)返回信號(hào)給溫度控制器19，溫度控制器19再向硅橡膠電熱片8發(fā)出停止加熱的信號(hào)，從而打到溫度恒定在預(yù)定溫度的目的，由此，溫度控制器19上的溫度顯示屏將會(huì)恒定在一定值；
[0036]4、注水后將數(shù)據(jù)采集儀18打開，將其設(shè)置為每2h自動(dòng)采集數(shù)據(jù)一次，對(duì)土樣吸水后的膨脹量進(jìn)行自動(dòng)采集，直至兩次讀數(shù)差值不超過0.0 Imm時(shí)膨脹穩(wěn)定，即實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
[0037]上述實(shí)施例的描述是方便人們理解和應(yīng)用本實(shí)用新型。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不受實(shí)施例所限制。任何人對(duì)本實(shí)用新型做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)視為本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種溫度控制土壤膨脹儀，包括盛水容器、頂蓋、溫度控制系統(tǒng)和位移采集系統(tǒng)，其特征在于，具體結(jié)構(gòu)和連接關(guān)系為: 所述頂蓋固定在盛水容器上， 所述盛水容器包括底座、外壁以及可調(diào)節(jié)支座，底座與外壁焊接，底座下設(shè)有可調(diào)節(jié)支座，外壁通過導(dǎo)線與溫度控制器相連接， 所述溫度控制系統(tǒng)包括硅橡膠電熱片、溫度傳感器、導(dǎo)線以及溫度控制器，所述硅橡膠電熱片設(shè)置于外壁夾層內(nèi)，溫度傳感器通過螺帽固定于頂蓋上，溫度傳感器的一端置于盛水容器內(nèi)的水中，另一端通過導(dǎo)線與溫度控制器相連接，溫度控制器接電源， 所述位移控制系統(tǒng)包括軸向位移傳感器、導(dǎo)線和數(shù)據(jù)采集儀，所述軸向位移傳感器通過螺帽固定在頂蓋的中央，軸向位移傳感器一端與墊片頂部相接觸，另一端通過導(dǎo)線與數(shù)據(jù)采集儀相連接，數(shù)據(jù)采集儀連接電源，數(shù)據(jù)采集儀自動(dòng)采集記錄試驗(yàn)過程中的墊片的軸向位移變化。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度控制土壤膨脹儀，其特征在于，所述外壁為夾層結(jié)構(gòu)，外壁外部設(shè)有一層玻璃纖維。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度控制土壤膨脹儀，其特征在于:所述硅橡膠電熱片為軟性可彎曲的薄膜狀電熱器件，均勻緊貼在盛水容器外壁夾層的內(nèi)壁上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度控制土壤膨脹儀，其特征在于，所述底座內(nèi)設(shè)置注水通道，通過注水通道往盛水容器注水。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度控制土壤膨脹儀，其特征在于:所述頂蓋通過固定螺栓固定連接在盛水容器外壁上，頂蓋上設(shè)置排氣閥，頂蓋中央固定設(shè)置有軸向位移傳感器，旁邊固定設(shè)置溫度傳感器。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的溫度控制土壤膨脹儀，其特征在于:所述排氣閥連通盛水容器內(nèi)部與外部空氣，保持大氣平衡，有利于實(shí)驗(yàn)時(shí)通過注水通道往盛水容器內(nèi)部注水，同時(shí)避免粘性土遇水膨脹時(shí)壓縮內(nèi)部空氣引起的誤差。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度控制土壤膨脹儀，其特征在于:所述墊片上帶有多個(gè)孔隙，以便于膨脹土遇水膨脹過程中的氣泡排放。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度控制土壤膨脹儀，其特征在于:所述頂蓋底部與外壁頂面通過固定螺桿連接，頂蓋四周的圓孔與外壁四周的圓孔一一對(duì)應(yīng)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫度控制土壤膨脹儀，其特征在于:所述盛水容器底座中央設(shè)有環(huán)狀水槽，環(huán)狀水槽上放置透水石，透水石上放置環(huán)刀，環(huán)刀內(nèi)部為土樣;透水石和環(huán)刀外部設(shè)置一護(hù)環(huán)，防止膨脹;環(huán)刀上放置另一導(dǎo)環(huán)，通過螺桿固定于底座;土樣上放置墊片，墊片頂部與軸向位移傳感器一端相接觸。
【文檔編號(hào)】G01N1/44GK205484329SQ201620210771
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月18日
【發(fā)明人】歐孝奪, 潘鑫, 侯凱文, 蘇建, 陳建文, 侯福昌
【申請(qǐng)人】廣西大學(xué), 廣西瑞宇建筑科技有限公司