一種用于非飽和土試驗的全自動擴散氣泡沖刷測量儀的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于非飽和土試驗的全自動擴散氣泡沖刷測量儀，它包括：底座（11），安裝在底座（11）上的氣泡收集器（1）和常閉電子閥（8），氣泡收集器（1）底部設有進排水口（3）和傳感器接口（2），傳感器接口（2）連接有精密水壓傳感器（7）；氣泡收集器進排水口（3）與常閉電子閥（8）相連，常閉電子閥（8）另一端與壓力板儀（15）底部的螺旋底槽（18）進排水口相連，螺旋底槽（18）另一端與壓力體積控制器（12）中的封閉水缸（13）相連。本發明結構設計合理，操作方便，自動化程度高，可實現擴散氣泡體積測量的全過程自動化，測量效率高；并且可定時測量擴散氣泡的體積，提高非飽和土實驗的精確度。
【專利說明】一種用于非飽和土試驗的全自動擴散氣泡沖刷測量儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種擴散氣泡體積測量裝置，具體而言涉及一種全自動量測非飽和土試驗中擴散至陶土板底部的氣泡體積測量儀。
【背景技術】
[0002]非飽和土是一種四相離散材料，包括固相(土顆粒)、液相(孔隙水)、氣相(孔隙氣)、液-氣交界面。其中，液-氣交界面的數量由液相、氣相各占含量的多少來決定；液-氣交界面的力學特性由基質吸力的值來反映。由于基質吸力對非飽和土的變形、強度特性有重要影響，因此對非飽和土進行實驗研究時，必須維持基質吸力在一個固定水平。目前通常采用“軸平移”技術來控制基質吸力，壓力室內部空氣保持一定的壓強，當非飽和土含水率保持穩定時，基質吸力就達到了穩定狀態。
[0003]由于基質吸力的控制需要相當長一段時間，而且非飽和土的壓縮試驗、直接剪切試驗、三軸壓縮試驗也需要比較長的時間，在這個過程中壓力室內部的高壓空氣可通過高進氣值陶瓷板擴散，進入其下方的螺旋底槽空腔。擴散的氣泡取代空腔內的水，使排水速度減緩，引起水體積變化量測的誤差。所以，氣泡擴散是非飽和土試驗測量技術的一種障礙。
[0004]在某些情況下，幾天時間內通過高進氣值擴散的氣泡體積可能超過土樣中水的總體積。對于超過一天的非飽和土試驗，如需了解土樣含水量或飽和度的變化，則必須考慮擴散氣泡體積。
[0005]現有技術測量擴散氣泡體積主要依靠氣泡收集器和滾輪，通過循環擠壓與陶瓷板下方空腔連通的水管，使得管內的水循環流動，帶動擴散氣泡移動至氣泡收集器進行收集。但是這種方式一方面需要大量人力操作，效率低下；另一方面難以保證擴散氣泡被全部收集并測量出體積，實驗的精確度受到制約；而且這種方式結構復雜、設計不夠合理，容易在試驗過程中導致錯誤操作。
【發明內容】
[0006]發明目的:本發明的目的是為了解決現有技術存在的工作效率低，測量精度不夠高，結構復雜等缺陷，提供一種結構設計合理，操作方便，尤其是自動化程度高，工作效率高，能夠高效收集并精確測量非飽和土試驗過程中通過高進氣值陶瓷板擴散的氣泡，保證試驗精確度的用于非飽和土試驗的全自動擴散氣泡沖刷測量儀。
[0007]技術方案:為了實現以上目的，本發明采取的技術方案為:
一種用于非飽和土試驗的擴散氣泡沖刷測量儀，它包括:底座，安裝在底座上的氣泡收集器和常閉電子閥，所述的氣泡收集器底部設有氣泡收集器進排水口和傳感器接口，傳感器接口連接有精密水壓傳感器，氣泡收集器內開設有漏斗空腔和與漏斗空腔相連的漏斗細管；所述的氣泡收集器進排水口與常閉電子閥相連，常閉電子閥另一端與壓力板儀底部的螺旋底槽進排水口相連，陶土板螺旋底槽另一端與壓力體積控制器中的封閉水缸相連。
[0008]作為優選方案，以上所述的用于非飽和土試驗的擴散氣泡沖刷測量儀，所述的傳感器接口連接排氣泡閥門。
[0009]作為優選方案，以上所述的用于非飽和土試驗的擴散氣泡沖刷測量儀，所述的精密水壓傳感器的量程為5kPa，分辨率為IPa，精度為5Pa，精密水壓傳感器通過數據采集卡與計算機相連。
[0010]作為優選方案，以上所述的用于非飽和土試驗的擴散氣泡沖刷測量儀，所述的常閉電磁閥通過電路板與壓力體積控制器相連。
[0011]作為優選方案，以上所述的用于非飽和土試驗的擴散氣泡沖刷測量儀，所述的壓力體積控制器通過數據采集卡于計算機相連。
[0012]作為優選方案，以上所述的用于非飽和土試驗的擴散氣泡沖刷測量儀，其特征在于，所述的封閉水缸內設有活塞。
[0013]作為優選方案，以上所述的用于非飽和土試驗的擴散氣泡沖刷測量儀，所述的漏斗細管(5)的直徑為5mm，高度為200mm。
[0014]作為優選所述的氣泡收集器由透明有機玻璃制作而成，直徑100mm，高300mm，其頂端開口，內部掏空成漏斗狀，底部兩端分別設置一個傳感器接口和一個進排水口，所述的傳感器接口與所述的精密水壓傳感器相連，所述的進排水口則與所述的常閉電磁閥相連。
[0015]以上所述的用于非飽和土試驗的擴散氣泡沖刷測量儀，所述的壓力板儀內的螺旋底槽上部設有陶土板，陶土板上設有土樣。
[0016]以上所述的常閉電磁閥兩端分別設有進排水口，一端的進排水口與所述的氣泡收集器底部的進排水口相連，另一端與陶土板下方螺旋底槽進排水口相連，所述的常閉電磁閥通過連接電路板接入到所述的壓力體積控制器，連同壓力體積控制器通過串口再與計算機相連。
[0017]以上所述的壓力體積控制器通過控制室接口與陶土板下方螺旋底槽空腔相連，壓力控制精度為lkPa，體積量測精度為+/-0.005ml，所述的壓力體積控制室通過串口接入數據采集卡再與計算機相連。
[0018]有益效果:本發明提供的用于非飽和土試驗的擴散氣泡沖刷測量儀和現有技術相比具有以下優點:
本發明提供的用于非飽和土試驗的擴散氣泡沖刷測量儀，結構設計合理，操作方便，自動化程度高，可實現擴散氣泡體積測量的全過程自動化，測量效率高；并且可定時測量擴散空氣的體積，提高非飽和土實驗的精確度。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1本發明所述的全自動擴散氣泡沖刷測量儀結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]為使本發明實施例的目的和技術方案更加清楚，下面將結合本發明實施例的附圖，對本發明實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于所描述的本發明的實施例，本領域普通技術人員在無需創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0021]如圖1所示，一種用于非飽和土試驗的擴散氣泡沖刷測量儀，它包括:底座(11)，安裝在底座(11)上的氣泡收集器(I)和常閉電子閥(8)，所述的氣泡收集器(I)底部設有氣泡收集器進排水口( 3 )和傳感器接口( 2 )，傳感器接口( 2 )連接有精密水壓傳感器(7 )，氣泡收集器(I)內開設有漏斗空腔(4)和與漏斗空腔(4)相連的漏斗細管(5);所述的氣泡收集器進排水口(3)與常閉電子閥(8)相連，常閉電子閥(8)另一端與壓力板儀(15)底部的螺旋底槽(18)進排水口相連，陶土板螺旋底槽(18)另一端與壓力體積控制器(12)中的封閉水缸(13)相連。所述的傳感器接口(2)連接排氣泡閥門(6)。所述的常閉電磁閥(8)通過電路板與壓力體積控制器(12)相連。所述的壓力體積控制器(12)通過數據采集卡于計算機相連。
[0022]以上所述的用于非飽和土試驗的擴散氣泡沖刷測量儀，所述的精密水壓傳感器
(7)的量程為5kPa，分辨率為IPa，精度為5Pa，精密水壓傳感器(7)通過數據采集卡與計算機相連。
[0023]以上所述的用于非飽和土試驗的擴散氣泡沖刷測量儀，所述的封閉水缸(13)內設有活塞(14)。所述的壓力體積控制器(12)可以推動所述水缸(13)內的活塞往返運動，使水缸(13)具有排水與吸水功能，同時，所述的壓力體積控制器(12)還具有量測水缸內水體積變化的功能。
[0024]以上所述的用于非飽和土試驗的擴散氣泡沖刷測量儀，所述的漏斗細管(5)的直徑為5mm,高度為200mm。
[0025]以上所述的用于非飽和土試驗的擴散氣泡沖刷測量儀，所述的壓力板儀(15)內的螺旋底槽(18)上部設有陶土板(17)，陶土板(17)上設有土樣(16)。
[0026]所述的漏斗細管(5)或漏斗空腔(4)中充水具有一定液面高度時，所述的精密水壓傳感器(7)則由于水頭差產生一定讀數，當所述的漏斗細管(5)或漏斗空腔(4)中水液面發生變化時，傳感器的讀數會發生相應的變化。
[0027]本本發明所述的全自動擴散氣泡沖刷測量儀與非飽和土土水特征曲線壓力板儀
(15)結合使用的具體實施步驟如下:
一、根據土工試驗標準將土樣(16)裝入壓力板儀(15)，按要求裝配好壓力板儀。
[0028]二、打開計算機，試驗開始前，檢查整個管路的連通性，檢查完畢后進入軟件界面，點擊沖刷按鈕，則壓力控制器(12)推動活塞將水缸(13)中的水以較快的速度沖刷陶土板
(17)底部的陶土板螺旋底槽(18)，最后進入氣泡收集器(I )，沖刷完成后，軟件自動控制在氣泡收集器(I)的漏斗細管(5)中形成一定的液面高度，如管路中的氣泡，打開傳感器接頭
(2)中的閥門6，則漏斗細管中的水從閥門(6)中流出，排除傳感器接頭(2)中的氣泡，來回幾次沖刷，即可排除整個管路中的氣泡。
[0029]三、對壓力控制器(12)施加一較小水壓lkPa，使壓力控制器(12)能穩定運作，即土樣的孔隙水壓力為lkPa，按試驗方案要求的基質吸力對土樣(16)施加一恒定氣壓，即為孔隙氣壓力，根據軸平移技術，所施加的基質吸力為孔隙氣壓力與孔隙水壓力的差值。基質吸力的施加會使土中水體積發生變化，水體積變化量可從壓力體積控制器讀取。
[0030]四、試驗過程中，由于空氣的擴散在陶土板(17)底部螺旋底槽(18)累積，引起水體積變化量測誤差，可通過軟件設置間隔時間對擴算的氣泡進行沖刷，沖刷氣泡的體積計算原理如下:
首先，測記壓力體積控制器(12)中水缸(13)中水體積％和精密水壓傳感器P1，此時，常閉電磁閥(8)關閉沖刷開始，常閉電磁閥(8)開啟，壓力體積控制器(12)的活塞(14)擠壓水缸(13)中的水，水流以較快速度進入螺旋底槽(18)，帶動螺旋底槽(18)空腔內的氣泡，從螺旋底槽(18)另一個進排水口出來，經過常閉電磁閥(8)進入氣泡收集器(I)的漏斗空腔(4)，氣泡上浮從漏斗空腔(4)中溢出，當漏斗空腔(4)中的液面上升達到一定的高度時，精密水壓傳感器(7)采集到水壓力后反饋到計算機，由軟件控制水缸壓力體積控制器(12)中的活塞(14)停止運動。接著，壓力體積控制器(12)中活塞往相反方向運動，使水缸(13)以較慢的速度從氣泡收集器(I)中吸水，當漏斗空腔(4)中水液面下降至原先漏斗細管(5)中的某一液面高度，即此時精密水壓傳感器(7)原先的讀數P1時，計算機軟件接收到反饋信息后立即停止壓力體積控制器(12)中的活塞停止運動，同時關閉常閉電磁閥(8)，然后自動測記當前的水體積，測量得到擴散氣泡體積即為V=H
[0031]以上僅為本發明的實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些均屬于本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種用于非飽和土試驗的擴散氣泡沖刷測量儀，其特征在于，它包括:底座(11)，安裝在底座(11)上的氣泡收集器(I)和常閉電子閥(8)，所述的氣泡收集器(I)底部設有氣泡收集器進排水口( 3)和傳感器接口( 2)，傳感器接口( 2)連接有精密水壓傳感器(7)，氣泡收集器(I)內開設有漏斗空腔(4)和與漏斗空腔(4)相連的漏斗細管(5);所述的氣泡收集器進排水口(3)與常閉電子閥(8)相連，常閉電子閥(8)另一端與壓力板儀(15)底部的螺旋底槽(18)進排水口相連，陶土板螺旋底槽(18)另一端與壓力體積控制器(12)中的封閉水缸(13)相連。
2.根據權利要求1所述的用于非飽和土試驗的擴散氣泡沖刷測量儀，其特征在于，所述的傳感器接口( 2 )連接排氣泡閥門(6 )。
3.根據權利要求1所述的用于非飽和土試驗的擴散氣泡沖刷測量儀，其特征在于，所述的精密水壓傳感器(7)的量程為5kPa，分辨率為IPa，精度為5Pa，精密水壓傳感器(7)通過數據采集卡與計算機相連。
4.根據權利要求1所述的用于非飽和土試驗的擴散氣泡沖刷測量儀，其特征在于，所述的常閉電磁閥(8)通過電路板與壓力體積控制器(12)相連。
5.根據權利要求1所述的用于非飽和土試驗的擴散氣泡沖刷測量儀，其特征在于，所述的壓力體積控制器(12)通過數據采集卡于計算機相連。
6.根據權利要求1所述的用于非飽和土試驗的擴散氣泡沖刷測量儀，其特征在于，所述的封閉水缸(13)內設有活塞(14)。
7.根據權利要求1所述的用于非飽和土試驗的擴散氣泡沖刷測量儀，其特征在于，所述的漏斗細管(5)的直徑為5mm，高度為200mm。
8.根據權利要求1所述的用于非飽和土試驗的擴散氣泡沖刷測量儀，其特征在于，所述的壓力板儀(15)內的螺旋底槽(18)上部設有陶土板(17)，陶土板(17)上設有土樣(16)。
【文檔編號】G01N33/24GK104034385SQ201410310962
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年7月2日 優先權日:2014年7月2日
【發明者】季李通, 姜淮莉 申請人:南京力淮軟件科技有限公司