一種高低溫三軸試驗(yàn)溫控裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高低溫三軸試驗(yàn)溫控裝置，包括三軸壓力室、溫度控制系統(tǒng)。所述三軸壓力室的有機(jī)玻璃筒外壁、頂蓋頂部、底座底部設(shè)置石棉類隔熱層。所述溫度控制系統(tǒng)包括溫度測(cè)控儀、溫度傳感器、螺旋形紫銅管、電磁閥、制冷／熱源，螺旋形紫銅管緊貼壓力室內(nèi)壁布置，一端為冷凍液進(jìn)口，另一端為冷凍液出口，冷凍液進(jìn)口通過電磁閥與制冷／熱源的冷凍液供給口連接，冷凍液出口與制冷／熱源的冷凍液回流口連接。溫度測(cè)控儀接收溫度傳感器信號(hào)后，根據(jù)設(shè)定的溫度值對(duì)電磁閥發(fā)出指令，來控制電磁閥的開閉。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了三軸高低溫全自動(dòng)控制，控溫效果好、精度高，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，可開展不同溫度下的土樣或?yàn)r青混凝土等溫度敏感性材料的三軸試驗(yàn)。
【專利說明】一種高低溫三軸試驗(yàn)溫控裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可對(duì)三軸試驗(yàn)溫度進(jìn)行有效控制的溫控裝置，實(shí)現(xiàn)三軸試驗(yàn)的高溫、低溫等不同溫度試驗(yàn)條件，屬于土木工程土工試驗(yàn)儀器【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]黃河等流域的溫度隨季節(jié)不斷變化，當(dāng)氣候變暖，溫度上升，原來在河流中出現(xiàn)冰塞、冰壩這種特殊冰情將會(huì)形成極大的安全隱患，很有可能導(dǎo)致凌洪泛濫成災(zāi)。凌汛災(zāi)害一旦發(fā)生，將極大地危害人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此深入研究凌期溫度變化對(duì)堤防穩(wěn)定的影響，對(duì)于科學(xué)指導(dǎo)大堤險(xiǎn)情防治，提高大堤的穩(wěn)定性，確保建設(shè)工程及人民生命財(cái)產(chǎn)安全有著非常重要的理論意義及實(shí)用價(jià)值。針對(duì)這一問題，有必要針對(duì)凌汛期土體強(qiáng)度變形開展溫度效應(yīng)的變化規(guī)律的深入研究。
[0003]浙青混凝土在公路工程中應(yīng)用廣泛，隨著對(duì)浙青混凝土性能認(rèn)識(shí)逐步深入，施工機(jī)械化程度逐漸提高，浙青混凝土心墻防滲土石壩成為當(dāng)前工程界的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)，該壩型已成為國際大壩委員會(huì)的推廣壩型。隨著溫度的升高，浙青混凝土由硬脆性變?yōu)檐浰苄裕瑴囟让舾行允诛@著。但由于技術(shù)制約、進(jìn)口設(shè)備過于昂貴等原因，該材料的溫度敏感性與溫度安全性評(píng)價(jià)方面尚缺乏深入的研究。
[0004]為了研究凌汛期土體強(qiáng)度變形特性、浙青混凝土等溫度敏感性材料的力學(xué)性質(zhì)的溫度效益，常溫下的土工試驗(yàn)設(shè)備已不能滿足要求，需要可以控溫的三軸試驗(yàn)設(shè)備?，F(xiàn)有三軸溫控裝置要么只能單向控溫，要么是將三軸儀置于恒溫室或在壓力室外部罩上恒溫箱，費(fèi)用較高或操作上存在不足，因此，研制經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的高低溫三軸試驗(yàn)溫控裝置顯得尤為迫切與重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有試驗(yàn)技術(shù)的上述不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高低溫三軸試驗(yàn)溫控裝置，控溫效率高，可實(shí)現(xiàn)高低溫控制，且溫控的長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)溫度的全自動(dòng)化控制，且溫控精度高，從而開展不同溫度下的土樣或浙青混凝土等溫度敏感性材料的三軸靜、動(dòng)力與蠕變?cè)囼?yàn)，提高溫控三軸的普適性。
[0006]根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]1、一種高低溫三軸試驗(yàn)溫控裝置，包括三軸壓力室、溫度控制系統(tǒng)，所述三軸壓力室包括頂蓋、有機(jī)玻璃筒、螺母、拉桿、底座；所述有機(jī)玻璃筒的頂蓋和底座采用螺母旋緊拉桿連接。所述溫度控制系統(tǒng)包括溫度測(cè)控儀、溫度傳感器、螺旋形紫銅管、電磁閥、制冷/熱源；所述溫度傳感器下端探針置于三軸壓力室有機(jī)玻璃筒內(nèi)，上端導(dǎo)線與溫度測(cè)控儀連接，電磁閥通過導(dǎo)線也與溫度測(cè)控儀連接；所述螺旋形紫銅管設(shè)置在三軸壓力室的有機(jī)玻璃筒內(nèi)壁，螺旋形紫銅管一端口為冷凍液進(jìn)口，另一端口為冷凍液出口，所述冷凍液進(jìn)口通過電磁閥與制冷/熱源的冷凍液供給口連接，冷凍液出口與制冷/熱源的冷凍液回流口連接。
[0008]2、所述有機(jī)玻璃筒外壁、頂蓋頂部、底座底部還設(shè)置隔熱層，所述隔熱層為石棉等保溫材料。
[0009]3、所述溫度傳感器通過接頭將傳感器探針穿過壓力室頂蓋插入三軸壓力室的有機(jī)玻璃筒內(nèi)，接頭底部設(shè)置一 “O”型密封圈。
[0010]4、所述螺旋形紫銅管緊貼有機(jī)玻璃筒內(nèi)壁，采用Φ8紫銅管均勻繞制而成，端部孔口去毛刺。
[0011]5、所述螺旋形紫銅管的兩端自下而上分別通過壓緊螺母，錐形密封墊圈，由接頭密封穿過壓力室頂蓋。
[0012]6、所述溫度測(cè)控儀為數(shù)顯式智能溫度測(cè)控儀，具有低限預(yù)置、高限預(yù)置、測(cè)控的功能，通過導(dǎo)線與溫度傳感器、電磁閥連接。
[0013]7、所述冷凍液出口的管道上設(shè)置一冷凍液出口閥門，然后與制冷/熱源的冷凍液回流口連接。
[0014]8、所述冷凍液進(jìn)口的管道上設(shè)置一冷凍液進(jìn)口閥門，然后管道經(jīng)過電磁閥與制冷/熱源的冷凍液供給口連接。
[0015]9、所述電磁閥為日本SMC進(jìn)口閥，最大工作壓力為水壓2.5MPa，流量孔徑3mm。
[0016]10、所述制冷/熱源的容積為210L、循環(huán)流量2.5m3 / h,并設(shè)有電熱管，同時(shí)兼顧制冷與加熱功能。
[0017]此項(xiàng)專利申請(qǐng)與以往技術(shù)相比的有益效果
[0018]1、本發(fā)明在常規(guī)靜三軸儀、動(dòng)三軸儀、蠕變?nèi)S儀基礎(chǔ)上改進(jìn)增加了溫度控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度的有效控制，溫控的長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，可開展不同溫度下的靜、動(dòng)、蠕變?nèi)S試驗(yàn)。
[0019]2、本發(fā)明為了能夠使土樣整體均勻受熱，在壓力室內(nèi)均勻設(shè)置多圈螺旋形紫銅管，有效保證了加熱或制冷的均勻性。
[0020]3、本發(fā)明采用導(dǎo)熱系數(shù)高的冷凍液作為循環(huán)液進(jìn)行溫度傳遞，溫控效率高。
[0021]4、本發(fā)明為了防止壓力室內(nèi)部溫度的散失，將壓力室外圍與底部包裹隔熱石棉等保溫材料，提高了加熱效率，有效保證了溫度的均勻性。
[0022]5、本發(fā)明既能實(shí)現(xiàn)低溫控制，也能實(shí)現(xiàn)較高溫控制，溫控范圍為-10°C?50°C，解決了現(xiàn)有三軸溫控裝置僅能低溫制冷或高溫加熱的不足。
[0023]6、現(xiàn)有的三軸高低溫控制技術(shù)是改變?nèi)S設(shè)備或壓力室所處環(huán)境的溫度，將設(shè)備置于恒溫室或在壓力室外部罩上恒溫箱，但前者需對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行溫控改造費(fèi)用高且不適合人員長(zhǎng)時(shí)間實(shí)驗(yàn)操作，后者要么為國外進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格極高，要么外形體積大且試驗(yàn)操作空間小不便于操作。相比較，本發(fā)明即經(jīng)濟(jì)又不占體積。
[0024]7、本發(fā)明設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、操作方便，溫度的測(cè)量和控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，且溫控控制精度±0.2°C。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是高低溫三軸試驗(yàn)溫控裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是圖1的壓力室頂蓋的俯視圖。
[0027]圖中:1_溫度測(cè)控儀；2_冷凍液出口 ；3_溫度傳感器；4_冷凍液出口閥門；5-溫度傳感器探針接頭；6- “O”型密封圈；7_紫銅管接頭；8_ “O”型密封圈；9-螺母；10_壓力室頂蓋；11-錐形密封墊；12-壓緊螺母；13-螺旋形紫銅管；14_拉桿；15_隔熱層；16_有機(jī)玻璃筒；17_底座；18-壓緊螺母；19-錐形密封墊；20_ “O”型密封圈；21_紫銅管接頭；22-冷凍液進(jìn)口閥門；23_冷凍液進(jìn)口 ；24_電磁閥；25_冷凍液供給口 ；26_冷凍液回流口 ；27-制冷/熱源。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】及有關(guān)技術(shù)問題作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0029]如圖1所示，本發(fā)明一種高低溫三軸試驗(yàn)溫控裝置，包括三軸壓力室、溫度控制系統(tǒng)。
[0030]三軸壓力室包括頂蓋10、有機(jī)玻璃筒16、螺母9、拉桿14、底座17 ;有機(jī)玻璃筒16的頂蓋10和底座17采用螺母9旋緊拉桿14連接。有機(jī)玻璃筒16外壁、頂蓋10頂部、底座17底部還設(shè)置石棉類隔熱層15，以防止壓力室內(nèi)部溫度散失。
[0031]溫度控制系統(tǒng)包括溫度測(cè)控儀1、電磁閥24、溫度傳感器3、螺旋形紫銅管13、制冷/熱源27。
[0032]溫度測(cè)控儀I為數(shù)顯式智能溫度測(cè)控儀，具有低限預(yù)置、高限預(yù)置、測(cè)控的功能，通過導(dǎo)線與溫度傳感器3、電磁閥24連接；電磁閥24為日本SMC進(jìn)口閥，最大工作壓力為水壓2.5MPa，流量孔徑3_。溫度測(cè)控儀I接收溫度傳感器信號(hào)后，根據(jù)預(yù)置的溫度限值對(duì)電磁閥發(fā)出指令，從而控制電磁閥的開閉狀態(tài)。
[0033]溫度傳感器3下端探針通過接頭5穿過壓力室頂蓋10插入三軸壓力室的有機(jī)玻璃筒內(nèi)，接頭5底部設(shè)置一 “O”型密封圈6，防止壓力室的圍壓水泄漏；溫度傳感器3上端導(dǎo)線與溫度測(cè)控儀I連接，電磁閥24通過導(dǎo)線也與溫度測(cè)控儀I連接。
[0034]螺旋形紫銅管13采用Φ8紫銅管均勻繞制而成，多圈緊貼布置在三軸壓力室的有機(jī)玻璃筒16內(nèi)壁，有效保證了加熱或制冷的均勻性與高效性。螺旋形紫銅管13 —端口為冷凍液進(jìn)口 23，另一端口為冷凍液出口 2 ;螺旋形紫銅管13的兩端自下而上分別通過壓緊螺母12、18，錐形密封墊圈11、19，由接頭7、21密封穿過壓力室頂蓋10。
[0035]制冷/熱源27為專業(yè)冷凍機(jī)廠家定制，采用進(jìn)口壓縮機(jī)、容積210升、循環(huán)流量
2.5T / h，并設(shè)有電熱管，同時(shí)兼顧制冷與加熱功能；制冷/熱源27的冷凍液供給口 25通過管道經(jīng)過電磁閥24，與冷凍液進(jìn)口 23連接，電磁閥24的開閉狀態(tài)決定著冷凍液是否在管道中循環(huán)流動(dòng)，冷凍液進(jìn)口 23的管道上設(shè)置冷凍液進(jìn)口閥門22，關(guān)閉閥門可停止冷凍液的輸出；制冷/熱源27的冷凍液回流口 26與冷凍液出口 2連接，冷凍液出口 2的管道上設(shè)置冷凍液出口閥門4，關(guān)閉閥門可停止冷凍液的流動(dòng)。為保證壓力室溫控效果，制冷/熱源與壓力室距離不宜過長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)室布局時(shí)應(yīng)考慮制冷/熱源與三軸壓力室盡量接近。溫度控制系統(tǒng)的溫控范圍為-10°C?50°C，溫控精度±0.2°C，溫度低于0°C時(shí)用冷凍液代替圍壓水進(jìn)行試驗(yàn)。
[0036]本發(fā)明試驗(yàn)裝置具體操作步驟如下:
[0037]1、試樣準(zhǔn)備工作，對(duì)制備好的試樣進(jìn)行試驗(yàn)溫度調(diào)整，在試驗(yàn)前將試樣放置恒溫(溫度控制值±0.20C )水槽內(nèi)24h確保整個(gè)試樣的溫度均勻。
[0038]2、提前12小時(shí)打開制冷/熱源電源，設(shè)置好冷凍液供給源的溫度，試驗(yàn)溫度低于室溫時(shí)設(shè)置溫度一般要比試驗(yàn)溫度低5 V，試驗(yàn)溫度高于室溫時(shí)設(shè)置溫度一般要比試驗(yàn)溫度高5°C。
[0039]3、待試樣安裝好后，罩上包裹石棉隔熱層的壓力室，或待壓力室罩上后在壓力室外壁、頂蓋、底部包裹石棉類保溫材料，往壓力室里注入預(yù)制好的試驗(yàn)溫度的脫氣水或冷凍液。
[0040]4、將溫度測(cè)控儀的高限、低限預(yù)置分別設(shè)為試驗(yàn)溫度±0.2°C，打開冷凍液進(jìn)、出口的閥門，冷凍液在制冷/熱源、螺旋形紫銅管中循環(huán)流動(dòng)。試驗(yàn)溫度低于室溫時(shí)，若壓力室溫度高于溫度測(cè)控儀設(shè)定溫度，溫控儀控制電磁閥打開，冷凍液通過循環(huán)管道進(jìn)入壓力室內(nèi)部的螺旋銅管中，通過冷熱循環(huán)，使壓力室溫度達(dá)到設(shè)定溫度；試驗(yàn)溫度高于室溫時(shí)，將電磁閥與溫度測(cè)控儀反接，若壓力室溫度低于溫度測(cè)控儀設(shè)定溫度，溫控儀控制電磁閥打開，冷凍液通過循環(huán)管道進(jìn)入壓力室內(nèi)部的螺旋銅管中，通過冷熱循環(huán)，使壓力室溫度達(dá)到設(shè)定溫度，溫控儀控制電磁閥關(guān)閉，從而達(dá)到壓力室溫度閉環(huán)控制的目的。
[0041]5、待30min溫度傳感器的讀數(shù)穩(wěn)定到試驗(yàn)溫度后，可進(jìn)行后續(xù)的三軸靜、動(dòng)力或蠕變?cè)囼?yàn)，所測(cè)得的相關(guān)數(shù)據(jù)即為當(dāng)前所設(shè)定溫度下的巖土體相關(guān)指標(biāo)。在整個(gè)試驗(yàn)過程中控制壓力室水溫為試驗(yàn)溫度±0.2°C。
[0042]6、試驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉冷凍液進(jìn)、出口的閥門，防止冷凍液泄漏，如果較長(zhǎng)時(shí)間不使用溫控裝置應(yīng)關(guān)閉制冷/熱源的開關(guān)。
[0043]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何屬于本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種高低溫三軸試驗(yàn)溫控裝置，包括三軸壓力室、溫度控制系統(tǒng)； 其特征在于:所述三軸壓力室包括頂蓋(10)、有機(jī)玻璃筒(16)、螺母(9)、拉桿(14)、底座(17);所述有機(jī)玻璃筒(16)的頂蓋(10)和底座(17)采用螺母(9)旋緊拉桿(14)連接; 所述溫度控制系統(tǒng)包括溫度測(cè)控儀(I)、溫度傳感器(3)、螺旋形紫銅管(13)、電磁閥(24)、制冷/熱源(27);所述溫度傳感器(3)下端探針置于三軸壓力室的有機(jī)玻璃筒(16)內(nèi)，上端通過導(dǎo)線與溫度測(cè)控儀(I)連接，電磁閥(24)通過導(dǎo)線也與溫度測(cè)控儀(I)連接；所述螺旋形紫銅管(13)設(shè)置在三軸壓力室的有機(jī)玻璃筒(16)內(nèi)內(nèi)壁，螺旋形紫銅管(13)一端口為冷凍液進(jìn)口(23)，另一端口為冷凍液出口(2)，所述冷凍液進(jìn)口(23)通過電磁閥(24)與制冷/熱源(27)的冷凍液供給口(25)連接，冷凍液出口⑵與制冷/熱源(27)的冷凍液回流口(26)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高低溫三軸試驗(yàn)溫控裝置，其特征在于:所述有機(jī)玻璃筒(16)外壁、頂蓋(10)頂部、底座(17)底部還設(shè)置隔熱層(15)，所述隔熱層(15)為石棉等保溫材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高低溫三軸試驗(yàn)溫控裝置，其特征在于:所述溫度傳感器(3)通過接頭(5)將傳感器探針穿過壓力室頂蓋(10)插入壓力室內(nèi)部，接頭(5)底部設(shè)置一“O”型密封圈(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高低溫三軸試驗(yàn)溫控裝置，其特征在于:所述螺旋形紫銅管(13)緊貼有機(jī)玻璃筒(16)內(nèi)壁，采用Φ8紫銅管均勻繞制而成，端部孔口去毛刺。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高低溫三軸試驗(yàn)溫控裝置，其特征在于:所述螺旋形紫銅管(13)的兩端自下而上分別通過壓緊螺母(12，18)，錐形密封墊圈(11，19)，由接頭(7，21)密封穿過壓力室頂蓋(10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高低溫三軸試驗(yàn)溫控裝置，其特征在于:所述溫度測(cè)控儀(I)為數(shù)顯式智能溫度測(cè)控儀，具有低限預(yù)置、高限預(yù)置、測(cè)控的功能，通過導(dǎo)線與溫度傳感器(3)、電磁閥(24)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高低溫三軸試驗(yàn)溫控裝置，其特征在于:所述冷凍液出口(2)的管道上設(shè)置一冷凍液出口閥門(4)，然后與制冷/熱源(27)的冷凍液回流口(26)連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高低溫三軸試驗(yàn)溫控裝置，其特征在于:所述冷凍液進(jìn)口(23)的管道上設(shè)置一冷凍液進(jìn)口閥門(22)，然后管道經(jīng)過電磁閥(24)與制冷/熱源(27)的冷凍液供給口(25)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高低溫三軸試驗(yàn)溫控裝置，其特征在于:所述電磁閥(24)為日本SMC進(jìn)口閥，最大工作壓力為水壓2.5MPa，流量孔徑3mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高低溫三軸試驗(yàn)溫控裝置，其特征在于:所述制冷/熱源(27)的容積為210L、循環(huán)流量2.5m3 / h，并設(shè)有電熱管，同時(shí)兼顧制冷與加熱功能。
【文檔編號(hào)】G05D23/20GK103885496SQ201410120123
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】黃斌, 程展林, 饒錫保, 張偉, 潘家軍, 徐晗, 李玫, 何曉民, 陳云, 譚凡 申請(qǐng)人:黃斌