专利名称：材料吸附量-变形-渗透系数测量的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及工程材料的特性试验技术领域，更具体涉及一种工程材料的吸附量、吸附变形和渗透系数测量的装置。该装置可广泛由于工程材料的吸附能力(吸附量)、吸附变形和渗透系数的测量。
背景技术：
很多材料(如活性炭、煤等)由于包含大量孔隙，其表面积很大，因而具有对气体的吸附能力。材料吸附气体后，其物理、力学性质会产生变化。比如材料吸附气体后体积会膨胀或者收縮，从而改变其孔隙系统的结构，孔隙结构的变化
会导致材料渗透系数改变，从而影响材料的力学性质。材料对不同气体的吸附量不相同，因此，材料吸附不同气体后，其变形也不相同，从而对渗透系数的影响效果不一样，及对材料的力学性质的影响会有很大区别。
因此，研究材料的吸附能力(吸附量)、吸附变形以及渗透系数变化对研究材料吸附引起的力学性质变化有很重要的意义。
发明内容
本实用新型的目的是在于提供了一种工程材料吸附量-变形-渗透系数测量的装置，该装置可以实现材料的吸附量、变形和渗透系数的同时测量。为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案
一种材料吸附量-变形-渗透系数测量装置主要包括气源子系统、气体注入与控制子系统、加载子系统、数据采集子系统和恒温水槽。其特征在于气源子系统通过不锈钢管与气体注入与控制子系统内的三通连接，为系统提供气源；气体注入与控制子系统通过不锈钢管与加载子系统内的多孔垫片连接，为试样注气；气体注入与控制子系统中的管路部分放在恒温水槽中保持恒温；气体注入与控制子系统中的差压计和压力传感器以及加载子系统中的温度传感器和变形传感器通过电缆与数据采集子系统内的釆集卡连接。其中，气源子系统包括气瓶、减压阀、六通阀；气体注入与控制子系统包括不锈钢管、计量泵(共2台)、压力传感器、差压计、真空泵、真空表、阀门(共8个)、三通(共4个)、四通(共2个)；加载子系统包括压力室、试样、液压油、温度传感器、多孔垫片(共2个)、轴向变形传感器、径向变形传感器，加热器；数据采集子系统包括电缆、采集卡、USB数据线、计算机。各部件具体结构连接关系如下
气源子系统气瓶与减压阀连接，用于调节从气瓶出来的气体压力；减压阀与六通阔连接，用于选择气体种类。
气体注入与控制子系统一个三通通过不锈钢管与气源子系统中的六通阀连接；三通另两端分别与上游计量泵和下游计量泵的进气阀门连接，用于向计量泵充气；上游计量泵和下游计量泵分别有出气阀门，用于控制计量泵注气；上游计量泵出气阀门与一个三通连接；三通一端连接一个阀门，用于将上下游管路连通，另一端和一个四通连接；四通一端连接差压计，用于测量试样两端管路的差压，另一端连接一个压力传感器，用于测量上游管路的压力，压力传感器和差压计通过电缆与数据采集子系统连接，最后与一个阀门连接，用于控制向试样注气；下游计量泵出气阀门与一个四通连接；四通一端与一个阀门连接，该阀门连接一个三通，该一端与真空泵连接另一端连接真空泵，用于对系统抽真空，四通另一端与连接上下游管路的阀门相连，四通最后连接一个阔门，该阀门用于控制向试样注气。
加载子系统试样两端分别与多孔垫片接触，用于给试样均匀注气；两个多孔垫片分别通过不锈钢管与气体注入与控制子系统中的上下游管路连接；压力室内安放有加热器和温度传感器，用于给压力室加热和测定压力室内温度；试样表面安放有轴向变形传感器和径向变形传感器，用于测量试样的变形;温度传感器、轴向变形传感器以及径向变形传感器通过电缆与数据采集子系统连接。
数据采集子系统采集卡通过USB数据线与计算机连接。
恒温水槽气体注入与控制子系统中的管路部分放在恒温水槽中保持恒温。本实用新型具有以下优点和积极效果
1、 一种材料吸附量-变形-渗透系数测量装置，该装置用两台计量泵测定吸附量和流量，用差压计测定差压，同时用变形传感器测定变形；原理简单，结构清晰，操作简便。
2、应用本实用新型进行材料吸附量、变形、渗透系数的同时测量，使原来需要进行几次的试验一次、同时完成，大大节省了试验时间和成本。


图1为一种材料吸附量-变形-渗透系数测量装置结构示意图，其中
1— 气源子系统(包括气瓶1.1、减压阀1.2、六通阀1.3);
2— 气体注入与控制子系统(包括不锈钢管2.1、上游计量泵12a、下游计量泵2.2b、压力传感器2.3、差压计2.4、真空泵2.5、真空表2.6、阀门2.7
(2.7a、 2.7b、 2.7c、 2.7d、 2.7e、 2.7f、 2.7g、 2.7h共8个)、三通2.8 (包括2.8a、 2.8b、 2.8c、 2.8d共4个)、四通2.9 (2.9a、 2.9b共2个));
3— 加载子系统(包括压力室3.1、试样3.2、液压油3.3、温度传感器3.4、多孔垫片3.5 (3.4a、 3.4b共2个)、轴向变形传感器3.6、径向变形传感器3.7，加热器3.8);
4一数据采集子系统(包括电缆4.1 (4.1a、 4.1b、 4.1c、 4.1d、 4.1e共5根)、采集卡4.1 (4.2a、 4.2b共2个)，USB数据线(4.3a、 4.3b共2个)、计算机4.4);
5—恒温水槽。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步的说明
一种材料吸附量-变形-渗透系数测量装置主要包括气源子系统1、气体注入
与控制子系统2、加载子系统3、数据釆集子系统4和恒温水槽5。其特征在于气源子系统1通过不锈钢管2.1与气体注入与控制子系统2内的三通2.8d连接，为系统提供气源；气体注入与控制子系统2通过不锈钢管2.1与加载子系统3内的多孔垫片3.5连接，为试样注气；气体注入与控制子系统2中的管路部分放在恒温水槽5中保持恒温；气体注入与控制子系统2中的差压计2.4和压力传感器2.3分别通过电缆4.1e和4.1d与数据采集子系统4内的采集卡4.2a连接；加载子系统3中的温度传感器3.4、轴向变形传感器3.6和径向变形传感器3.7分别通过电缆4.1a、 4.1b和4.1c与数据采集子系统4内的采集卡4.2连接。其中，气源子系统l包括气瓶l.l、减压阀1.2、六通阀1.3;气体注入与控制子系统2包括不锈钢管2.1、上游计量泵2.2a和下游计量泵2.2b、压力传感器2.3、差压计2.4、真空泵2.5、真空表2.6、阀门2.7 (2.7a、 2.7b、 2.7c、 2.7d、 2.7e、 2.7f、 2.7g、2.7h共8个)、三通2.8 (2.8a、 2.8b、 2.8c、 2.8d共4个)、四通2.9 (2.9a、 2.9b共2个)；加载子系统3包括压力室3.1、试样3.2、液压油3.3、温度传感器3.4、多孔垫片(3.5a、 3.5b共2个)、轴向变形传感器3.6、径向变形传感器3.7，加热器3.8;数据采集子系统4包括电缆4.1 (4.1a、 4.1b、 4.1c、 4.1d、 4.1e共5根)、采集卡4.2 (4.2a、 4.2b共2个)、USB数据线4.3 (4.3a、 4.3b共2个)、计算机4.4。各部件具体结构连接关系如下
气源子系统1 (现有产品)气瓶1.1 (二个)与减压阀1.2 (二个)连接，用于调节从气瓶1.1出来的气体压力；减压阀1.2与六通阀1.3连接，用于选择
气体种类。
气体注入与控制子系统2，其连接关系是三通2.8d通过不锈钢管2.1与气源子系统1中的六通阀1.3连接；三通2.8d两端分别与上游计量泵2.2a进气阀门2.7c和下游计量泵2.2b的进气阀门2.7d连接，用于向上游计量泵2.2a和下游计量泵2.2b充气；上游计量泵2.2a有出气阀门2.7b，下游计量泵2.2b有出气阀门2.7e，分别用于控制上游计量泵2.2a和下游计量泵注气；上游计量泵2.2a出气阀门2.7b与三通2.8a连接；三通2.8a—端连接一个阀门2.7g，用于将上下游管路连通，三通2.8a另一端和一个四通2.9a连接；四通2.9a —端连接差压计2.4，用于测量试样3.2两端管路的差压，四通2.9a另一端连接一个压力传感器2.3，用于测量上游管路的压力，压力传感器2.3通过电缆4.1d与数据采集子系统4连接，差压计2.4通过电缆4.1e与数据采集子系统4连接，差压计2.4最后与阀门2.7a连接，用于控制向试样3.2注气；下游计量泵2.2b出气阀门2.7e与四通2.9b连接；四通2.9b—端与阀门2.7f连接，阀门2.7f连接三通2.8c，三通2.8c—端与真空表2.6连接，三通2.8c另一端与真空泵2.5连接，用于对系统抽真空，四通2.9b另一端与连接上下游管路的阀门2.7g相连，四通2.9b与阔门2.7h连接，阀门2.7h用于控制向试样3.2注气。加载子系统3:试样3.2两端分别与多孔垫片3.5a、 3.5b接触，用于给试样3.2均匀注气；两个多孔垫片3.5a、 3.5b分别通过不锈钢管2.1与气体注入与控制子系统2中的上下游管路连接；压力室3.1内安放有加热器3.8和温度传感器3.4，用于给压力室3.1加热和测定压力室3.1内温度；试样3.2表面安放有轴向变形传感器3.6和径向变形传感器3.7，用于测量试样3.2的变形；温度传感器3.4通过电缆4.1a与数据采集子系统4的采集卡4.2b连接、轴向变形传感器3.6通过电缆4.1b与数据采集子系统4的采集卡4.2b连接，径向变形传感器3.7通过电缆4.1c与数据采集子系统4的采集卡4.2b连接。
数据采集子系统4:采集卡4.2a通过USB数据线4.3a与计算机4.4连接，采集卡4.2b通过USB数据线4.3b与计算机4.4连接。
恒温水槽5:气体注入与控制子系统2中的管路部分放在恒温水槽5中保持恒定温度。
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权利要求1、一种材料吸附量-变形-渗透系数测量的装置，它包括气源子系统(1)、气体注入与控制子系统(2)、加载子系统(3)、数据采集子系统(4)和恒温水槽(5)，其特征在于气源子系统(1)通过不锈钢管(2.1)与气体注入与控制子系统(2)内的三通(2.8d)连接，气体注入与控制子系统(2)通过不锈钢管(2.1)与加载子系统(3)内的多孔垫片(3.5)连接，气体注入与控制子系统(2)中的管路放在恒温水槽5(中)，气体注入与控制子系统(2)中的差压计(2.4)和压力传感器(2.3)分别通过电缆(4.1e、4.1d)与数据采集子系统(4)内的采集卡(4.2a)连接，加载子系统(3)中的温度传感器(3.4)、轴向变形传感器(3.6)和径向变形传感器(3.7)分别通过电缆(4.1a、4.1b、4.1c)与数据采集子系统(4)内的采集卡(4.2)连接。
2、 根据权利要求1所述的一种材料吸附量-变形-渗透系数测量的装置，其 特征在于所述的气体注入与控制子系统(2)包括不锈钢管(2.1)、压力传感 器(2.3)、差压计(2.4)、真空泵2.5、阀门(2.7)、三通(2.8)、四通(2.9)， 三通(2.8d)通过不锈钢管(2.1)与气源子系统(1)中的六通阀(1.3)连接； 三通(2.8d)两端分别与上游计量泵(2.2a)进气阀门(2.7c)和下游计量泵(2.2b) 的进气阀门(2.7d)连接，上游计量泵(2.2a)的出气阀门(2.7b)与三通(2.8a) 连接；三通(2.8a) —端连接阀门(2.7g)，三通(2.8a)另一端和四通(2.9a) 连接；四通(2.9a) —端连接差压计(2.4)，四通(2.9a)另一端连接压力传感 器(2.3)，压力传感器(2.3)通过电缆(4.1d)与数据采集子系统(4)连接， 差压计(2.4)通过电缆(4.1e)与数据采集子系统(4)连接，四通(2.9a)与 阀门(2.7a)连接，下游计量泵(2.2b)、出气阀门(2.7e)与四通(2.9b)连接， 四通(2.9b) —端与阔门(2.7f)连接，阀门(2.7f)连接三通(2.8c)，三通(2.8c) 一端与真空表(2.6)连接，三通(2.8c)另一端与真空泵(2.5)连接，四通(2.9b) 另一端与连接上下游管路的阀门(2.7g)相连，四通(2.9b)连接阀门(2.7h)。
3、 根据权利要求1所述的一种材料吸附量-变形-渗透系数测量的装置，其 特征在于所述的加载子系统3包括压力室(3.1)、试样(3.2)、液压油(3.3)、 温度传感器(3.4)、多孔垫片(3.5a、 3.5b)、轴向变形传感器(3.6)、径向变形传感器(3.7)、加热器(3.8)，多孔垫片G.5a、 3.5b)分别通过不锈钢管(2.1) 与气体注入与控制子系统(2)中的上、下游管路连接；压力室(3.1)内安放有 加热器(3.8)和温度传感器(3.4)，温度传感器(3.4)通过电缆(4.1a)与数据 采集子系统(4)中的采集卡(4.2b)连接，轴向变形传感器(3.6)通过电缆(4.1b) 与数据采集子系统(4)中的采集卡(4.2b)连接，径向变形传感器(3.7)通过 电缆(4.1c)与数据采集子系统(4)中的采集卡(4.2b)连接。
4、根据权利要求1所述的一种材料吸附量-变形-渗透系数测量的装置，其 特征在于所述的数据采集子系统(4)包括电缆(4.1a、 4.1b、 4.1c、 4.1d、 4.1e)、 采集卡(4.2a、 4.2b)、 USB数据线4 (4.3a、 4.3b)，采集卡(4.2a)通过USB数 据线(4.3a)与计算机(4.4)连接，采集卡(4.2b)通过USB数据线(4.3b)与 计算机(4.4)连接。
专利摘要本实用新型公开了一种材料吸附量-变形-渗透系数测量的装置，包括气源子系统、气体注入与控制子系统、加载子系统、数据采集子系统和恒温水槽。气源子系统通过不锈钢管与气体注入与控制子系统内的三通连接，气体注入与控制子系统通过不锈钢管与加载子系统内的多孔垫片连接，气体注入与控制子系统中的管路放在恒温水槽中，气体注入与控制子系统中的差压计和压力传感器分别通过电缆与数据采集子系统内的采集卡连接，加载子系统中的温度传感器、轴向变形传感器和径向变形传感器分别通过电缆与数据采集子系统内的采集卡连接。本实用新型同时测量材料的吸附量、变形和渗透系数，使原来需要几次的试验一次、同时完成，节省了试验时间和成本。
文档编号G01N7/04GK201307085SQ20082019285
公开日2009年9月9日 申请日期2008年11月24日 优先权日2008年11月24日
发明者方志明, 李小春 申请人:中国科学院武汉岩土力学研究所