專利名稱：微機控制高溫膨脹性和滲透性測定儀的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于一種核廢物地質處置的實驗裝置，具體涉及一種用于測 定不同溫度、不同壓實密度膨潤土的膨脹性能的高溫膨脹性和滲透性測定儀。
技術背景高放廢物地質處置方法通常深埋于穩定的地層中，且四周采取多屏障措 施。工程屏障中多使用膨潤土作為緩沖/回填材料，故世界上對壓實膨潤土性 能的研究己相當廣泛。目前，國際上基本完成了膨潤土作為緩沖/回填材料的 選材工作，九十年代開始步入對預選膨潤土進行多場耦合條件下的長期性能 實驗研究。我國目前還處在對膨潤土進行物質成分、物理化學特性、基本物 理和力學性能的研究階段，采用滲透儀、固結儀等測量設備，作了一些壓實 膨潤土的滲透性研究、熱傳導系數測定和膨脹力的實驗。本實用新型就是在 這種情況下，為開展我國對預選膨潤土進行熱-水-力多場耦合條件下膨脹性能 和滲透性能研究，而研制的完整、系統的高性能實驗儀器設備。 實用新型內容本實用新型的目的是提供一種能夠用于測定不同溫度、不同壓實密度膨 潤土性能的微機控制高溫膨脹性和滲透性測定儀。本實用新型是這樣實現的，微機控制高溫膨脹性和滲透性測定儀，它包 括高恒溫箱，高恒溫箱內設有至少一個壓力室，每個壓力室均與進水測控裝 置、出水測控裝置、膨脹力測量裝置和溫濕度測量裝置連接，壓力室還與變 形測量器連接，高恒溫箱與箱溫度測量器連接，進水測控裝置、出水測控裝 置、膨脹力測量裝置、溫濕度測量裝置、變形測量器和箱溫度測量器均與數 據采集器連接，數據采集器與數據處理器連接。所述的壓力室包括底座，底座的下端的兩側分別設有進水管接頭和備用 孔，底座上通過螺紋連接有壓力室體，在底座與壓力室體之間設有樣品環， 樣品環內設有試樣，試樣的上端設有壓桿，壓力室體的側端分別設有出水管 接頭和溫濕度傳感器，在壓力室體的上部通過螺紋連接有上蓋，在上蓋與壓力室體之間設有壓力傳感器，壓桿穿過上蓋。所述的進水測控裝置包括大水缸，大水缸的一端連接有大水缸活塞，大 水缸活塞通過絲杠與減速機連接，減速機與伺服電機連接，大水缸的另一端 與四通手閥連接，四通手閥的端面設有壓力傳感器，四通手閥通過管路與分 水器連接，分水器通過管路與多個充水閥、管路閥和加壓閥連接。所述的出水測控裝置包括至少一個四通手閥，四通手閥通過管路與水缸 連接，水缸與活塞連接，活塞上設有放氣閥，活塞的一端還與編碼器連接， 四通手閥的兩個端面還分別與壓力傳感器和放水管連接。本實用新型的優點是，它由高溫壓力室系統、進(出)水(氣)測量控 制系統和參數測量、數據采集及處理系統構成。可用于研究不同溫度、不同 進水壓力、不同排氣條件和不同壓實密度條件下的壓實膨潤土膨脹力和滲透 特征。其高溫壓力室系統密封性能好、穩定性高、在高溫長期連續(一年) 運行中溫度和壓力誤差小于1%，儀器實現多路數據的自動控制測量，并對測 量結構實時處理。
圖1為本實用新型所提供的微機控制高溫膨脹性和滲透性測定儀總體結構示意圖；圖2為壓力室結構圖； 圖3為進水裝置主視圖； 圖4為圖3的俯視圖； 圖5為出水裝置主視圖；圖6為圖5的左視圖。圖中，l底座，2進水管接頭，3鎖緊螺母，4下透水石，5密封圈，6試 樣，7樣品環，8密封圈，9上透水石，IO壓桿，ll出水管接頭，12密封圈， 13壓力室體，14墊，15鎖緊螺母，16上蓋，17壓力傳感器，18固定傳感器 螺釘，19鎖緊手柄，20位移傳感器頂板，21位移傳感器，22溫濕度傳感器， 23堵桿，24鎖緊手柄，25密封圈，26備用孔，101編碼器，102小水缸活塞， 103小水缸，104管路閥4， 105充水閥4， 106管路閥3， 107充水閥3， 108 管路閥2， 109充水閥2， llO管路閥l, lll充水閥l， 112分水器1， 113四 通手閥，114壓力傳感器，115充水總閥，116加壓總閥，117調平螺，118進水閥，119水缸，120放氣閥，121大水缸，122大水缸活塞，123絲杠，124 減速機，125伺服電機，126限位開關，127分水器2， 128分水器2放氣閥， 129分水器1放氣閥，130加壓閥1， 131加壓閥2， 132加壓閥3， 133加壓 閥4， 201調平螺釘，202四通手閥，203水缸，204活塞，205放氣閥，206 編碼器，207壓力傳感器，208放水管，209放水手閥，210放水手閥，211 放水手闊，212放水手閥，213出水缸閥，214出水缸閥，215出水缸閥，216 出水缸閥，301高恒溫箱，302壓力室，303出水測控裝置，304進水測控裝 置，305膨脹力測量裝置，306變形測量器，307溫濕度測量裝置，308箱溫 度測量器，309數據采集器，310數據處理器。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型做詳細描述如圖1所示， 一種微機控制高溫膨脹性和滲透性測定儀它包括高恒溫箱 301，高溫恒溫箱301內設有至少一個壓力室302，在本實施例中選擇4個壓 力室，每個壓力室302均與進水測控裝置304、出水測控裝置303、膨脹力測 量裝置305和溫濕度測量裝置307連接，壓力室302還與變形測量器306連 接，高恒溫箱301與箱溫度測量器308連接，進水測控裝置304、出水測控 裝置303、膨脹力測量裝置305、溫濕度測量裝置307、變形測量器306和箱 溫度測量器308均與數據采集器309連接，數據采集器309與數據處理器310 連接。如圖2所示，壓力室302包括底座1，底座1的下端的兩側分別設有進 水管接頭2和備用孔26，底座1上通過螺紋連接有壓力室體13，在底座1與 壓力室體13之間設有樣品環7，樣品環7內設有試樣6，試樣6的上端設有 壓桿IO，在壓桿10上安裝有密封圈12，密封圈12與壓力室體13的內壁接 觸，壓力室體13的側端分別設有出水管接頭11和溫濕度傳感器22，在壓力 室體13的上部通過螺紋連接有上蓋16，在上蓋16與壓力室體13之間設有 壓力傳感器17，壓力傳感器17通過固定傳感器螺釘18固定在上蓋16上， 壓桿10穿過上蓋16，上蓋16的頂端的側面還安裝有鎖緊手柄19。工作原理壓力室302與進水裝置304中小水缸相連水具有一定的壓力 通過管道進入底座1中，膨脹土被水滲透以后水從出水口出來進入出水裝置 303水缸中就可以測量出水多少。如果把管路中的閥關上，土被水滲透后經過高溫要膨脹通過壓桿9和墊12，壓力傳感器15接收到力值信號測出膨脹 力大小。位移傳感器21測出系統變形量。如圖3和圖4所示，進水測控裝置304包括大水缸121，大水缸121的 一端連接有大水缸活塞122，大水缸活塞122通過絲杠123與減速機124連 接，減速機124與伺服電機125連接，大水缸121的另一端與四通手閥113 連接，四通手閥113的端面設有壓力傳感器114，四通手閥113通過管路與分 水器112連接，分水器112通過管路與多個充水閥、管路閥和加壓閥連接。進水測控裝置的工作原理電機125減速機124帶動絲杠轉動，絲母與 活塞122相連，活塞122向右移動時大水缸121充水，大水缸活塞122向左 移動時大水缸121向四個小水缸103充水。大水缸121中的水是由與充水閥 相連接的水桶加入的，大水缸121如果有氣體可打開放氣閥放氣。四通手閥 113兩個閥門一個向四個小水缸103充水(充水總閥)，另一個閥門向四個小水 缸加壓(加壓總閥)。往壓力室充水四個小水缸活塞102與編碼器101連接可以 測出活塞102的行程，每個小活塞直徑0)16計算出每個小水缸103的出水量。 分水器112和127中有放氣閥，有氣體時可以放氣。每個小水缸管路中都有 各自的閥門不需要充水時可關掉。壓力傳感器114通過換算可測出進水小水 缸103壓力。如圖5和圖6所示，出水測控裝置303包括一個四通手閥202，四通手 閥202通過管路與水缸203連接，水缸203與活塞204連接，活塞204上設 有放氣閥205，活塞204的一端還與編碼器206連接，四通手閥202的兩個 端面還分別與壓力傳感器207和放水管208連接。出水測控裝置的工作原理水從每個壓力室302出來后進入各自的出水 缸203，活塞204孔內(cD6)水充滿后向上移動打開放氣閥205把氣放出，活 塞204上端連接有編碼器206，水缸203直徑O 18可以計算出水量多少。四通 手閥202上安裝有壓力傳感器207，放水手閥門209，出水缸閥門213。本實用新型為研究多場耦合條件下，微機控制測定緩沖/回填材料膨脹性 能和滲透性能的儀器設備。儀器由高溫壓力室系統、進(出)水(氣)測量 控制系統和參數測量、數據采集及處理系統構成。可用于研究不同溫度、不 同進水壓力、不同排氣條件和不同壓實密度條件下的壓實膨潤土膨脹力和滲 透特征。該裝置具有鮮明的技術特點高溫壓力室系統密封性能好、穩定性高、 在高溫長期連續(一年)運行中溫度和壓力誤差小于1%。測量采用國際先進技術與國內最新研究成果(20Mpa壓力室，應力變形<0.1%，控制膨潤土變 形<1%)相結合，四路膨脹力(測量范圍0-20Mpa〈l-10Mpa、測量分辨率 0.0005 Mpa<0.0002 Mpa>，測量精度1%)、四路進水量(容量300ml，可續水)、 四路出水量(O-lKg,測量精度1%)和出水壓(0-1 Mpa，測量精度1%)、四 路溫濕度(溫度0-120° C，濕度0-100%)、兩路膨潤土變形(0-2mm高溫差 動變壓器，測量精度1%CF)、 一路供水系統壓力(0-2 Mpa，測量分辨率0.0001 Mpa)、 一路恒溫箱溫度(室溫到120 ° C，控制溫度變化0.1 ° C)實現數 據自動測量控制及其進行人工測讀。該裝置的工作原理為進水裝置中具有一定壓力的水通過管道進入壓力 室，水滲透到膨潤土樣品中，被水滲透后的樣品遇水膨脹，通過壓桿等作用 于壓力傳感器，其接受到的信號便能測出膨脹力值；由位移傳感器測出系統 變形量，去掉壓力室的變形量，可得出膨潤土的變形量。水滲透到膨潤土樣 品中待其飽和后，便由壓力室出來進入出水裝置的水缸中測出水量的多少。 測量數據串行發送到計算機進行數據處理，通過計算得出不同溫度、不同進 水壓力、不同排氣條件和不同壓實密度條件下的壓實膨潤土膨脹力和滲透系 數，通過理論和數值分析建立多場耦合條件下高壓實緩沖/回填材料的膨脹力 模型。首先，把利用樣品壓實模具制作的緩沖/回填材料樣品，放在高溫壓力室 中試樣位置。將壓桿放入壓力室內，并固定好上壓座與壓力室體，裝好壓力 傳感器、位移傳感器和溫(濕)度傳感器。然后，把壓力室系統放入高溫箱 內，壓力室系統分別與進(出)水測量控制系統和參數測量、數據采集及處 理系統(測量控制柜)按要求連接起來。由壓力室下部進水飽和膨潤土樣品， 樣品被水滲透后遇高水膨脹，通過壓桿等作用，壓力傳感器接受到信號測出 膨脹力值；通過位移傳感器測出系統變形量。改變各種試驗條件時，可逐項 測定不同溫度、不同進水壓力、不同排氣條件和不同壓實密度緩沖/回填材料 樣品的膨脹特性。并在此基礎上建立緩沖/回填材料膨脹力模型。
權利要求1.微機控制高溫膨脹性和滲透性測定儀，其特征在于它包括高恒溫箱(301)，高恒溫箱(301)內設有至少一個壓力室(302)，每個壓力室(302)均與進水測控裝置(304)、出水測控裝置(303)、膨脹力測量裝置(305)和溫濕度測量裝置(307)連接，壓力室(302)還與變形測量器(306)連接，高恒溫箱(301)與箱溫度測量器(308)連接，進水測控裝置(304)、出水測控裝置(303)、膨脹力測量裝置(305)、溫濕度測量裝置(307)、變形測量器(306)和箱溫度測量器(308)均與數據采集器(309)連接，數據采集器(309)與數據處理器(310)連接。
2. 如權利要求1所述的微機控制高溫膨脹性和滲透性測定儀，其特征在 于所述的壓力室包括底座(1)，底座(1)的下端的兩側分別設有進水管接 頭(2)和備用孔(26)，底座(1)上通過螺紋連接有壓力室體(13)，在底 座(1)與壓力室體(13)之間設有樣品環(7)，樣品環(7)內設有試樣(6)， 試樣(6)的上、下兩端分別設有上、下透水石(4、 9)，上透水石(9)的上 端設有壓桿(10)，壓力室體(13)的側端分別設有出水管接頭(11)和溫濕 度傳感器(22)，在壓力室體(13)的上部通過螺紋連接有上蓋(16)，在上 蓋(16)與壓力室體(13)之間設有壓力傳感器(17)，壓桿(10)穿過上蓋(16)。
3. 如權利要求1所述的微機控制高溫膨脹性和滲透性測定儀，其特征在 于所述的進水測控裝置包括大水缸(121)，大水缸(121)的一端連接有大 水缸活塞(122)，大水缸活塞(122)通過絲杠(123)與減速機(24)連接， 減速機(24)與伺服電機(125)連接，大水缸(121)的另一端與四通手閥(113)連接，四通手閥(113)的端面設有壓力傳感器(114)，四通手閥(113) 通過管路與分水器(112)連接，分水器(112)通過管路與多個充水閥、管 路閥和加壓閥連接。
4. 如權利要求1所述的微機控制高溫膨脹性和滲透性測定儀，其特征在 于所述的出水測控裝置包括至少一個四通手閥(202)，四通手閥(202)通 過管路與水缸(203)連接，水缸(203)與活塞(204)連接，活塞(204) 上設有放氣閥(205)，活塞(204)的一端還與編碼器(206)連接，四通手 閥(202)的兩個端面還分別與壓力傳感器(207)和放水管(208)連接。
專利摘要本實用新型屬于一種核廢物地質處置的實驗裝置，具體涉及一種用于測定不同溫度、不同壓實密度膨潤土的膨脹性能的裝置。它包括高恒溫箱，高恒溫箱內設有至少一個壓力室，每個壓力室均與進水測控裝置、出水測控裝置、膨脹力測量裝置和溫濕度測量裝置連接，壓力室還與變形測量器連接，高恒溫箱與箱溫度測量器連接，進水測控裝置、出水測控裝置、膨脹力測量裝置、溫濕度測量裝置、變形測量器和箱溫度測量器均與數據采集器連接，數據采集器與數據處理器連接。可用于研究不同溫度、不同進水壓力、不同排氣條件和不同壓實密度條件下的壓實膨潤土膨脹力和滲透特征。
文檔編號G01N15/08GK201408187SQ20092015421
公開日2010年2月17日 申請日期2009年5月14日 優先權日2009年5月14日
發明者劉月妙, 駒 王 申請人:核工業北京地質研究院