CN103776983B - 岩土干湿循环实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种岩土干湿循环实验装置，包括壳体、控制装置、干湿转换装置和称重装置，控制装置、干湿转换装置和称重装置设置在壳体内；干湿转换装置设有加湿装置和干燥装置，加湿装置、干燥装置和称重装置均通过模数转换器连接控制器，控制器连接数模转换器，数模转换器连接加湿、干燥装置和称重装置；所述干湿转换装置的下方为称重装置；控制装置接收干湿转换装置水量控制信号及称重装置质量信号，并进行干-湿判断，向干湿转换装置发出控制信号。本发明提供的这种实验装置及实验方法，专业用于岩土工程方面干湿循环实验，提高实验自动化程度及精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种岩土干湿循环实验装置，属于岩土工程技术领域。
背景技术
目前尚没有专门针对岩土干湿循环实验的仪器，大多科研工作者均是通过人工加水和烘干的方法进行实验，加水量和干燥程度难以控制。干湿循环实验分为增湿实验和干燥实验，增湿实验要求水量精确，并使岩土样品完全浸润；干燥实验要求试样达到要求的干燥程度。传统实验过程中由于专用仪器的缺失，干湿循环实验中，多个试样多次增湿水量很难做到精确、统一；干燥过程中，无法准确判断样品是否已经达到所需干燥程度，且增湿与干燥过程的转换，必须通过人工实现。通过传统实验装置得到的结果离散性大，只有通过增加实验组数减小误差，既费时又费力，增加实验成本。
发明内容
本发明提供一种实验装置，专业用于岩土工程方面干湿循环实验，提高实验自动化程度及精度。
为解决以上技术问题，本发明提供如下技术方案：一种岩土干湿循环实验仪器，所述实验仪器包括壳体、控制装置、干湿转换装置和称重装置，控制装置、干湿转换装置和称重装置设置在壳体内；干湿转换装置设有加湿装置和干燥装置，加湿装置、干燥装置和称重装置均通过模数转换器连接控制器，控制器连接数模转换器，数模转换器连接加湿、干燥装置和称重装置；所述干湿转换装置的下方为称重装置；控制装置接收干湿转换装置水量控制信号及称重装置质量信号，并进行干-湿判断，向干湿转换装置发出控制信号。
进一步地，所述加湿装置包括储水箱、储水器、主流量计、副流量计和与副流量计配套使用的定量控制仪和滴管，所述储水箱的下方连接主流量计，主流量计下方连接储水器，储水器下方连接副流量计，副流量计下方连接定量控制仪;主流量计与副流量计均连接模数转换装置。
进一步地，所述干燥装置包括干燥灯、灯罩和底座，所述干燥灯固定于灯罩内壁上，灯罩固定于底座上，底座上为试样，干燥灯设置在试样的侧上方；干燥灯的控制装置连接数模转换装置，通过控制装置的信号发出，实现干燥装置的启动及根据干燥时间的设定执行干燥照射。
进一步地，所述称重装置为一称重台，称重台上方连接干燥装置的底座，底座为一上方敞口的容器，底部具有凸台，凸台与称重台中心处的凹陷嵌入连接；底座顶部外圆周台阶处支撑所述灯罩。
进一步地，所述定量控制仪的下方连接滴管，滴管正对试样。
进一步地，所述壳体上设置有连接板，连接板有两块，设置在储水器的上下两端，用于固定储水器。
进一步地，所述储水器的出水口处设有多孔塞。
实验方法的具体步骤如下：
（1）将储水箱通过入水口与水源连接，多余的水通过溢流口排出仪器外部，将流量计、定量控制仪、干燥灯、称重台分别与模数转换器及数模转换器连接好；
（2）制样之前需通过土工实验得到试样初始含水量w 0，初始质量m 0。
（3）将仪器组装完毕后，在控制装置中将质量清零；
（4）设定增湿水量V，如需将试样增湿至含水量w 1，需加水体积为：
；
（5）设定浸润时间T 1，加水量至V后，定量控制仪关闭阀门，加水停止，试样充分浸润后进入干燥过程；
（6）设定由干燥过程进入增湿过程的判断值A，通过称重装置返回给控制装置的质量值，即干土质量值进行判断，实现干湿转换，判断值A的公式为：
；
（7）设定冷却时间T 2，试样干燥后，需冷却一定时间后才能进行增湿；
（8）设定干湿循环次数N。
本发明涉及的这种岩土干湿循环实验装置，通过A/D模数转换器将称重装置、干湿转换装置的电信号转为数字信号，传递给控制装置，控制装置接收信号并判断，并通过D/A数模转换器向干湿循环模块发出指令，进行增湿与干燥及其之间的转换。干湿转换装置与称重装置组成一体，标准化配件，配件之间可任意组合，形成一套装置。在多孔塞的连接下，可以实现同时多个、多组实验的进行。加湿过程与干燥过程均完成后为一个干湿循环，试样进行多次干湿循环实验时，只需要重复上一个循环的动作。
附图说明
图1为本发明岩土干湿循环实验装置结构图；
图2为图1I-I向剖面图；
图3为图1Ⅱ-Ⅱ向剖面图；
图4为图1Ⅲ-Ⅲ向剖面图；
图5为本发明实验装置干-湿转换控制流程图；
附图标记说明：
1-控制装置；2-模数转化器；3-数模转换器；4-储水箱；5-入水口；6-溢流口；7-主流量计；8-安装板；9-储水器；10-副流量计；11-定量控制仪； 12-干燥灯；13-滴管；14-称重台；15-试样；16-底座；17-壳体；18-排气孔；19-灯罩；20-多孔塞。
具体实施方式
如图1所示，加湿装置包括储水箱4、储水器9、主流量计7、副流量计10和与副流量计10配套使用的定量控制仪11和滴管13，所述储水箱4的下方连接主流量计7，主流量计7下方连接储水器9，储水器9下方连接副流量计10，副流量计10下方连接定量控制仪11。
其中，储水箱4为一大容量水箱，顶部具有入水口，入水口连接水源；储水箱4上部、入水口的旁侧设有溢流口，用于储水箱4内水过多情况下进行溢流，溢流口一般连接接收装置，以免储水箱4内的水过多流出箱外。储水器9的主要作用是形成自由水面，减小水压与流速，实现水量精确控制。储水器9为一相对容量较小的容器，储水器9由安装板8连接固定于壳体上。
干燥装置包括干燥灯12、灯罩19和底座16，所述干燥灯12固定于灯罩19内壁上，灯罩固定于底座16上，底座上为试样15，干燥灯设置在试样15的侧上方。其中，灯罩侧壁上部设有排气孔18，试样在干燥灯的照射下，散发大量水汽，水汽从排气孔18排出。
称重装置为一称重台，称重台14上方连接干燥装置的底座。
定量控制仪的下方连接滴管13，滴管的正对试样15。
壳体17上设置有连接板，连接板有两块，设置在固定储水器9的上下两端，用于固定储水器9。
储水器9的出水口处设有多孔塞20。
主流量计7主要是读取总进水量，用于实验过程中结果复核；储水器9主要是暂时性储水，同时减小水压，减小流速，其规格为2L~3L；副流量计10与定量控制仪11配合使用，控制增湿水量；干燥灯12用于干燥试样，共12个，分2层并呈圆形均匀布置置于19灯罩之上；灯罩19对称分割为独立的两个部分，使用圆环在中部将两个独立部分绑在一起；滴管13为使水被试样充分吸收，滴管内径应尽可能小，滴管采用酸碱式滴定管。
称重装置主要有称重台14等组成。称重台产生压力电信号并传递给A/D模数转换器2；底座16用于盛放试样15，与称重台14是相互匹配，可拆卸的。
称重台14、底座16、灯罩19相互匹配，可采用标准化配件，相互组合形成一套装置。如多个试样进行多组实验，只需增加多套这样的装置，连接于同一套控制装置，即可实现多个试样的同时实验。
图2-图4为图1的各个位置剖面图。
图5为实验装置干-湿转换控制流程图，试样放置于称重装置顶部进行干燥并称重，控制装置根据称重结果与设定值A进行判断，若称重结果达到设定值，则控制装置向加湿装置发出加湿信号；若称重结果未达到设定值A，则控制装置向干燥装置发出信号，对试样进行干燥一定时间后，再由称重装置称重，控制装置根据称重结果进行判断，循环以上过程。
本发明是专门用于岩土干湿循环实验，相比以往实验仪器，具有自动增湿、自动干燥的功能，增湿与干燥的转换不需要手动调整，根据称重装置返回给控制装置的信号，增湿与干燥自动转换。增湿与干燥过程，土样实时称重，增湿与干燥是否达到设定要求，仪器自动判定。实验仪器标准化，可随意组合形成多套装置，实现多个试样同时进行实验，并能精确控制。该仪器能够实现实验过程的自动化，实验精度高，误差小。
本发明所述的具体实施方式并不构成对本申请范围的限制，凡是在本发明构思的精神和原则之内，本领域的专业人员能够作出的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种岩土干湿循环实验仪器，其特征在于，所述实验仪器包括壳体、控制装置、干湿转换装置和称重装置，控制装置、干湿转换装置和称重装置设置在壳体内；干湿转换装置设有加湿装置和干燥装置，加湿装置、干燥装置和称重装置均通过模数转换器连接控制器，控制器连接数模转换器，数模转换器连接加湿、干燥装置和称重装置；所述干湿转换装置的下方为称重装置；控制装置接收干湿转换装置水量控制信号及称重装置质量信号，并进行干-湿判断，向干湿转换装置发出干湿控制信号；所述加湿装置包括储水箱、储水器、主流量计、副流量计和与副流量计配套使用的定量控制仪、多孔塞和滴管，所述储水箱的下方连接主流量计，主流量计下方连接储水器，储水器下方连接副流量计，副流量计下方连接定量控制仪；储水器规格为2L-3L。
2.根据权利要求1所述的岩土干湿循环实验仪器，其特征在于，所述干燥装置包括干燥灯、灯罩和底座，所述干燥灯固定于灯罩内壁上，灯罩固定于底座上，底座上为试样，干燥灯设置在试样的侧上方。
3.根据权利要求1所述的岩土干湿循环实验仪器，其特征在于，所述称重装置为一称重台，称重台上方连接干燥装置的底座。
4.根据权利要求1所述的岩土干湿循环实验仪器，其特征在于，所述定量控制仪的下方连接滴管，滴管正对试样。
5.根据权利要求1所述的岩土干湿循环实验仪器，其特征在于，壳体上设置有连接板，连接板有两块，设置在储水器的上下两端，用于固定储水器。
6.根据权利要求1所述的岩土干湿循环实验仪器，其特征在于，所述储水器的出水口处设有多孔塞。
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