CN203037538U - 一种电热式冻土融化压缩装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电热式冻土融化压缩装置，包括：温控系统、导热系统、透水机构、支撑机构及紧固机构。其中，温控系统与导热系统固定连接；透水机构置于紧固机构内部，并与其活动连接。同时，紧固机构置于支撑机构内部，并与其活动连接。并且，温控系统通过导热系统能够实现控制紧固机构内部空间环境温度。本实用新型在实际工作过程中，按照制样、预热、装样、试样四个步骤进行操作，通过温度控制器控制电路导通与断开，进而控制电阻丝是否发热，最终实现导热机构、紧固机构等整体温度保持在40—50℃之间，满足冻土融化压缩试验所需温度范围。且本实用新型具有结构简单、易操作的特点。

Description

一种电热式冻土融化压缩装置

技术领域

本实用新型属于土样压缩试验装置设计技术领域，特别涉及一种电热式冻土融化压缩装置。

背景技术

为了测试冻土在融化过程中的压缩性，需要进行冻土的融化压缩试验。与一般的土样压缩试验不同，冻土的融化压缩试验除了需要提供加压装置外，还需要一个相对稳定的供热装置，热量从试样顶端传给试样。另外，试验过程中试样需要放在隔热性能良好的试样环内,以减少冻土试样侧面与环境的热交换。参见图1所示，现有的冻土融化压缩试验仪的设计思路是：在传力板内设计一个可以通过热循环液的空腔并通过热液循环来达到控温的目的。但是，在传力板上设计热液循环的空腔和热液循环进出口会增加传力板的体积和加工难度，而且还有可能会因为热液循环系统密封性不良产生新的问题。此外，现有的融化压缩仪器还需要配套另外恒温水浴，而恒温水浴有体积大、能耗高、造价昂贵等缺点。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种电热式冻土融化压缩装置，以克服现有技术中的不足。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种电热式冻土融化压缩装置，包括：温控系统、导热系统、透水机构、支撑机构及紧固机构；所述温控系统与所述导热系统固定连接；所述透水机构置于所述紧固机构内部，并与其活动连接；所述紧固机构置于所述支撑机构内部，并与其活动连接；所述温控系统通过所述导热系统能够实现控制所述紧固机构内部空间环境温度。

进一步地，所述温控系统包括：电源、温度控制器、温度传感器、电阻丝及信息传递单元；所述温度控制器分别与所述电源、所述电阻丝电连接；所述温度控制器通过所述信息传递单元与所述温度传感器进行信息传递；所述温度传感器、所述电阻丝分别与所述导热系统固定连接；所述电源与所述电阻丝电连接。

进一步地，所述导热系统包括：保温单元、第一圆柱、第二圆柱及第三圆柱；所述第一圆柱底部与所述第二圆柱顶部固定连接；所述第三圆柱顶部与所述第二圆柱底部固定连接；所述电阻丝缠绕在所述第二圆柱外壁上；所述第三圆柱置于所述紧固机构内部，并通过所述透水机构作用于冻土试样；所述第三圆柱靠近边缘部位处开设有圆柱形通水孔，底部开设有用于液体流通的环形凹槽和直线型凹槽；所述温度传感器固定于所述第三圆柱边缘位置处；所述保温单元设置在所述第二圆柱外侧，将所述电阻丝封装于所述第二圆柱、所述保温单元之间。

进一步地，所述透水机构包括：第一透水板、第二透水板及滤纸；所述第一透水板、所述第二透水板中间置入所述冻土试样；所述冻土试样与所述透水板之间设置有所述滤纸；所述第一透水板置于所述紧固机构底部，并与所述支撑机构相接触；所述第二透水板置于所述紧固机构靠近顶部位置处，并与所述第三圆柱底部相接触。

进一步地，所述支撑机构包括：圆筒壁、圆形底座；所述圆筒壁内径与所述圆形底座外径相适配；所述圆筒壁底部与所述圆形底座固定连接；所述第一透水板置于所述圆形底座上；所述圆形底座上部开设有用于液体流通的环形凹槽和直线型凹槽，并与所述紧固机构底部活动连接。

进一步地，所述紧固机构包括：导环、护环及试样环；所述导环一端与所述护环一端活动连接；所述护环另一端与所述圆形底座上部活动连接；所述试样环置于所述导环、所述护环所构成的凹型腔内；所述冻土试样置于所述试样环内。

进一步地，所述信息传递单元是电连接线。

进一步地，所述信息传递单元包括：第一无线接收发射器、第二无线接收发射器；所述第一无线接收发射器与所述温度控制器连接；所述第二无线接收发射器与所述温度传感器连接；所述第一无线接收发射器与所述第二无线接收发射器之间进行信息传递。

进一步地，所述第一圆柱顶部中心位置处开设有用于施压的凹形机构；所述第二圆柱、所述第一圆柱、所述第三圆柱外径依次递增；所述第一圆柱、所述第三圆柱、所述第二圆柱高度依次递增；所述第三圆柱外径、所述透水板外径分别与所述导环内径相适配；所述导环内径、外径与所述护环内径、外径相适配；所述导环外径、所述护环外径小于所述圆形底座外径。所述圆柱、所述透水板、所述导环及所述护环是金属材质制成；所述试样环是有机玻璃材质制成。

进一步地，所述保温单元是PE双层保温膜。

本实用新型提供的一种电热式冻土融化压缩装置，包括：温控系统、导热系统、透水机构、支撑机构及紧固机构。其中，温控系统与导热系统固定连接；透水机构置于紧固机构内部，并与其活动连接。同时，紧固机构置于支撑机构内部，并与其活动连接。并且，温控系统通过导热系统能够实现控制紧固机构内部空间环境温度。本实用新型在实际工作过程中，通过温度控制器控制电路导通与断开，进而控制电阻丝是否发热，最终实现导热机构、紧固机构等整体温度保持在40—50℃之间，且设置保温单元，使得温度控制更加精确，满足冻土融化压缩试验所需温度范围。且本实用新型具有结构简单、易操作的特点。

附图说明

图1为现有技术中冻土融化压缩仪的结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的电热式冻土融化压缩装置的结构安装示意图。

图3为本实用新型实施例提供的电热式冻土融化压缩装置中温控系统与导热系统的结构安装示意图。

图4为本实用新型实施例提供的电热式冻土融化压缩装置中圆形底座俯视图。

图5为本实用新型实施例提供的电热式冻土融化压缩装置中圆形底座主视图。

其中，1-圆筒壁，2-圆形底座，3-电源，4-温度控制器，5-电阻丝，6-温度传感器，7-圆柱形通水孔，8-环形凹槽，9-直线型凹槽，10-凹形机构，11-保温单元，12-凸出部分，101-第一圆柱，102-第二圆柱，103-第三圆柱，201-第一透水板，202-第二透水板，401-导环，402-护环，403-试样环，S0-冻土试样。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型提供的具体实施方式作进一步详细说明。

参见图1-5，本实用新型实施例提供的一种电热式冻土融化压缩装置，包括：温控系统、导热系统、透水机构、支撑机构及紧固机构。其中，温控系统与导热系统固定连接；透水机构置于紧固机构内部，并与其活动连接。同时，紧固机构置于支撑机构内部，并与其活动连接。并且温控系统通过导热系统能够实现控制紧固机构内部空间环境温度。

本实施例中，温控系统包括：电源3、温度控制器4、温度传感器6、电阻丝5及信息传递单元。其中，温度控制器4通过导线分别与电源3、电阻丝5电连接。温度控制器4通过信息传递单元能够实现与温度传感器6进行信息传递。温度传感器4、电阻丝5分别与导热系统固定连接。电源3与电阻丝5电连接。优选地，电源3是直流电源。

本实施例中，温度控制器4与温度传感器6之间的传输方式是有线传输或无线传输。

1、有线传输时；信息传递单元是电连接线。优选地，电连接线是导线。

2、无线传输时；信息传递单元包括：第一无线接收发射器、第二无线接收发射器。其中，第一无线接收发射器与温度控制器4连接；第二无线接收发射器与温度传感器6连接。第一无线接收发射器接收温度传感器6所传输的温度数值信号，并通过无线传输方式传输给第二无线接收发射器，第二无线接收发射器将所接收的温度数值信号传输给温度控制器6进行控制。

本实施例中，导热系统包括：保温单元11、第一圆柱101、第二圆柱102及第三圆柱103。其中，第一圆柱101底部与第二圆柱102顶部固定连接（焊接）；第三圆柱103顶部与第二圆柱102底部固定连接（焊接）。电阻丝5环形缠绕在第二圆柱102外壁上；第三圆柱103置于紧固机构内部，并通过透水机构作用于冻土试样S0；第三圆柱103靠近边缘部位处开设有圆柱形通水孔7，底部开设有用于液体流通的环形凹槽8和直线型凹槽9（环形凹槽8、直线型凹槽9垂直相通）。同时，第三圆柱103边缘部位处还开设有凹形小孔，温度传感器6固定于凹形小孔内。保温单元11设置在第二圆柱102外侧用于保温，将电阻丝5封装于第二圆柱102、保温单元11之间。

本实施例中，透水机构包括：第一透水板201、第二透水板202及至少两张滤纸。其中，第一透水板201、第二透水板202中间置入冻土试样S0；并分别在冻土试样S0与第一透水板201之间、冻土试样S0与第二透水板202之间置入至少一张滤纸。同时，第一透水板201置于紧固机构底部，并与支撑机构相接触；第二透水板202置于紧固机构靠近顶部位置处，并与第三圆柱103底部相接触。第三圆柱103通过作用于第一透水板201，继而作用于冻土试样S0；同时，支撑机构通过作用于第二透水板202，继而作用于冻土试样S0，并结合紧固机构将冻土试样S0夹紧，最终通过外界加压装置作用于第一圆柱101（即顶盖），并通过第一圆柱101依次传力于第二圆柱102、第三圆柱103、第一透水板201至冻土试样S0，以实现压缩操作。

优选地，透水板201-202是带有通孔的金属板或者透水石制作而成。

本实施例中，支撑机构包括：圆筒壁1、圆形底座2。其中，圆筒壁1内径与圆形底座2外径相适配；且圆筒壁1底部与圆形底座2固定连接。同时，第一透水板201置于圆形底座2上。圆形底座2上部开设有用于液体（水）流通的环形凹槽8和直线型凹槽9（环形凹槽8和直线型凹槽9垂直相通），并与紧固机构底部活动连接（卡接或螺纹连接），圆形底座2底部设置有与外界进行机械固定的凸出部分12。

本实施例中，紧固机构包括：导环401、护环402及试样环403。其中，导环401一端与护环402一端活动连接。护环402另一端与圆形底座2上部活动连接（卡接或螺纹连接）。试样环403置于导环401、护环402所构成的凹型腔内；且冻土试样S0置于试样环403内。

本实施例中，第一圆柱101顶部中心位置处开设有用于施压的凹形机构10（凹形孔）。第三圆柱103外径、透水板201-202外径分别与导环401内径相适配。同时，导环401内径、外径与护环402内径、外径相适配；试样环403外径与导环401、护环402所构成的凹型腔内径相适配。

优选地，第二圆柱102、第一圆柱101、第三圆柱103外径依次递增。第一圆柱101、第三圆柱103、第二圆柱102高度依次递增。其中，第三圆柱103外径最大，便于压动第一透水板201，继而压缩冻土试样S0；第二圆柱高度最高，便于电阻丝5缠绕，增大受热面积。

本实施例中，圆柱101-103、透水板201-202、导环401、护环402均由导热系数较大的金属材质制成；试样环403是由有机玻璃材质制成。优选地，透水板201-202上还开设有便于液体（水）流动的通孔。

本实施例中，第一圆柱101、第二圆柱102、第三圆柱103还可以是由同一块金属圆柱材料通过车床加工成截面呈工字型的金属结构；及圆筒壁1、圆形底座2也可由同一块金属圆柱材料通过车床加工成截面呈L型的支撑机构。

本实施例中，保温单元11是橡塑保温膜。优选地，橡塑保温膜是PE双层保温膜。

下面，通过对本实施例的操控方法进行介绍进而对本实用新型提供的电热式冻土融化压缩装置作进一步详细说明：

步骤S1：制样；将冻土制作成圆柱形冻土试样S0装入试样环403中（保证冻土试样S0与试样环403内壁紧密接触），且冻土试样S0顶面、底面均与试样环403顶端、底端对应平齐，以防止冻土试样S0表面融化。

步骤S2：预热；设定温度控制器4控制温度阈值（最高温度P、最低温度Q）；打开电源3的电源开关，并将电压调至M。此时，电阻丝5通过闭环电路产生热量，并通过第二圆柱102传递至第三圆柱103。第三圆柱103通过边缘部位处固定的温度传感器6将温度数值信息反馈至温度控制器4。优选地，M=20V。

步骤S3：装样；当上述步骤S2中温度控制器4显示温度数值达到N，则将护环402安装在圆形底座2上，并将第一透水板201置于护环402内与圆形底座2相接触，且在第一透水板上垫上至少一张滤纸；然后将内部装有冻土试样S0的试样环403装进护环402内，再将导环401套在试样环403外，此时导环401底端与护环402顶端相接触；在冻土试样S0顶部垫上至少一张滤纸，再将第二透水板202通过导环401置于冻土试样S0上表面；最后将由第一圆柱101、第二圆柱102、第三圆柱103及保温单元11所构成的导热系统通过导环401压到第二透水板202上，实现热量从上到下单向传递至冻土试样S0，继而实现单向融化。优选地，N=45℃。

步骤S4：试验；由温控系统产生的热量传输至第三圆柱103，当第三圆柱103温度达到温度控制器4所设定的温度上限值（P值）时，温度控制器4控制电路断开，电阻丝5停止产热，圆柱101-103等整体温度逐渐下降，当第三圆柱103温度降低至设定的温度下限值（Q值）时，温度控制器4控制电路导通，电阻丝5又开始产热，圆柱101-103等整体温度又开始上升。即通过温控系统能够实现圆柱101-103等整体温度保持在40—50℃之间，满足冻土融化压缩试验所需温度范围。间隔一定时间通过外界加压装置中的百分表或位移传感器读取压缩量。

本实施例提供的电热式冻土融化压缩装置，通过温控系统提供冻土融化压缩所要求的温度，不需在传统压缩仪中传力板内额外设计空腔及热液循环进出口，加工简单，且在第一圆柱101中心部位处开设凹形机构10（凹形孔），可直接应用常规土样固结仪的杠杆加力装置。同时，本实施例提供的电热式冻土融化压缩装置具有体积小、能耗低、成本小、升温快的结构特点。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种电热式冻土融化压缩装置，其特征在于，包括：温控系统、导热系统、透水机构、支撑机构及紧固机构； 

所述温控系统与所述导热系统固定连接； 

所述透水机构置于所述紧固机构内部，并与其活动连接； 

所述紧固机构置于所述支撑机构内部，并与其活动连接； 

所述温控系统通过所述导热系统能够实现控制所述紧固机构内部空间环境温度。 

2.根据权利要求1所述电热式冻土融化压缩装置，其特征在于，所述温控系统包括：电源、温度控制器、温度传感器、电阻丝及信息传递单元； 

所述温度控制器分别与所述电源、所述电阻丝电连接； 

所述温度控制器通过所述信息传递单元与所述温度传感器进行信息传递； 

所述温度传感器、所述电阻丝分别与所述导热系统固定连接； 

所述电源与所述电阻丝电连接。 

3.根据权利要求2所述电热式冻土融化压缩装置，其特征在于，所述导热系统包括：保温单元、第一圆柱、第二圆柱及第三圆柱； 

所述第一圆柱底部与所述第二圆柱顶部固定连接； 

所述第三圆柱顶部与所述第二圆柱底部固定连接； 

所述电阻丝缠绕在所述第二圆柱外壁上； 

所述第三圆柱置于所述紧固机构内部，并通过所述透水机构作用于冻土试样； 

所述第三圆柱靠近边缘部位处开设有圆柱形通水孔，底部开设有用于液体流通的环形凹槽和直线型凹槽； 

所述温度传感器固定于所述第三圆柱边缘位置处； 

所述保温单元设置在所述第二圆柱外侧，将所述电阻丝封装于所述第二圆柱、所述保温单元之间。 

4.根据权利要求3所述电热式冻土融化压缩装置，其特征在于，所述透水机构包括：第一透水板、第二透水板及滤纸； 

所述第一透水板、所述第二透水板中间置入所述冻土试样；所述冻土试样与所述透水板之间设置有所述滤纸； 

所述第一透水板置于所述紧固机构底部，并与所述支撑机构相接触； 

所述第二透水板置于所述紧固机构靠近顶部位置处，并与所述第三圆柱底部相接触。 

5.根据权利要求4所述电热式冻土融化压缩装置，其特征在于，所述支撑机构包括：圆筒壁、圆形底座； 

所述圆筒壁内径与所述圆形底座外径相适配； 

所述圆筒壁底部与所述圆形底座固定连接； 

所述第一透水板置于所述圆形底座上； 

所述圆形底座上部开设有用于液体流通的环形凹槽和直线型凹槽，并与所述紧固机构底部活动连接。 

6.根据权利要求5所述电热式冻土融化压缩装置，其特征在于，所述紧固机构包括：导环、护环及试样环； 

所述导环一端与所述护环一端活动连接； 

所述护环另一端与所述圆形底座上部活动连接； 

所述试样环置于所述导环、所述护环所构成的凹型腔内； 

所述冻土试样置于所述试样环内。 

7.根据权利要求2-6任一项所述电热式冻土融化压缩装置，其特征在于：所述信息传递单元是电连接线。 

8.根据权利要求2-6任一项所述电热式冻土融化压缩装置，其特征在于，所述信息传递单元包括：第一无线接收发射器、第二无线接收发射器； 

所述第一无线接收发射器与所述温度控制器连接； 

所述第二无线接收发射器与所述温度传感器连接； 

所述第一无线接收发射器与所述第二无线接收发射器之间进行信息传递。 

9.根据权利要求6所述电热式冻土融化压缩装置，其特征在于：所述第一圆柱顶部中心位置处开设有用于施压的凹形机构； 

所述第二圆柱、所述第一圆柱、所述第三圆柱外径依次递增； 

所述第一圆柱、所述第三圆柱、所述第二圆柱高度依次递增； 

所述第三圆柱外径、所述透水板外径分别与所述导环内径相适配； 

所述导环内径、外径与所述护环内径、外径相适配； 

所述导环外径、所述护环外径小于所述圆形底座外径； 

所述圆柱、所述透水板、所述导环及所述护环是金属材质制成； 

所述试样环是有机玻璃材质制成。 

10.根据权利要求9所述电热式冻土融化压缩装置，其特征在于：所述保温单元是PE双层保温膜。 

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