专利名称：微机控制高温膨胀性和渗透性测定仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种核废物地质处置的实验装置，具体涉及一种用于测 定不同温度、不同压实密度膨润土的膨胀性能的高温膨胀性和渗透性测定仪。
技术背景高放废物地质处置方法通常深埋于稳定的地层中，且四周采取多屏障措 施。工程屏障中多使用膨润土作为缓冲/回填材料，故世界上对压实膨润土性 能的研究己相当广泛。目前，国际上基本完成了膨润土作为缓冲/回填材料的 选材工作，九十年代开始步入对预选膨润土进行多场耦合条件下的长期性能 实验研究。我国目前还处在对膨润土进行物质成分、物理化学特性、基本物 理和力学性能的研究阶段，采用渗透仪、固结仪等测量设备，作了一些压实 膨润土的渗透性研究、热传导系数测定和膨胀力的实验。本实用新型就是在 这种情况下，为开展我国对预选膨润土进行热-水-力多场耦合条件下膨胀性能 和渗透性能研究，而研制的完整、系统的高性能实验仪器设备。 实用新型内容本实用新型的目的是提供一种能够用于测定不同温度、不同压实密度膨 润土性能的微机控制高温膨胀性和渗透性测定仪。本实用新型是这样实现的，微机控制高温膨胀性和渗透性测定仪，它包 括高恒温箱，高恒温箱内设有至少一个压力室，每个压力室均与进水测控装 置、出水测控装置、膨胀力测量装置和温湿度测量装置连接，压力室还与变 形测量器连接，高恒温箱与箱温度测量器连接，进水测控装置、出水测控装 置、膨胀力测量装置、温湿度测量装置、变形测量器和箱温度测量器均与数 据采集器连接，数据采集器与数据处理器连接。所述的压力室包括底座，底座的下端的两侧分别设有进水管接头和备用 孔，底座上通过螺纹连接有压力室体，在底座与压力室体之间设有样品环， 样品环内设有试样，试样的上端设有压杆，压力室体的侧端分别设有出水管 接头和温湿度传感器，在压力室体的上部通过螺纹连接有上盖，在上盖与压力室体之间设有压力传感器，压杆穿过上盖。所述的进水测控装置包括大水缸，大水缸的一端连接有大水缸活塞，大 水缸活塞通过丝杠与减速机连接，减速机与伺服电机连接，大水缸的另一端 与四通手阀连接，四通手阀的端面设有压力传感器，四通手阀通过管路与分 水器连接，分水器通过管路与多个充水阀、管路阀和加压阀连接。所述的出水测控装置包括至少一个四通手阀，四通手阀通过管路与水缸 连接，水缸与活塞连接，活塞上设有放气阀，活塞的一端还与编码器连接， 四通手阀的两个端面还分别与压力传感器和放水管连接。本实用新型的优点是，它由高温压力室系统、进(出)水(气)测量控 制系统和参数测量、数据采集及处理系统构成。可用于研究不同温度、不同 进水压力、不同排气条件和不同压实密度条件下的压实膨润土膨胀力和渗透 特征。其高温压力室系统密封性能好、稳定性高、在高温长期连续(一年) 运行中温度和压力误差小于1%，仪器实现多路数据的自动控制测量，并对测 量结构实时处理。

图1为本实用新型所提供的微机控制高温膨胀性和渗透性测定仪总体结构示意图；图2为压力室结构图； 图3为进水装置主视图； 图4为图3的俯视图； 图5为出水装置主视图；图6为图5的左视图。图中，l底座，2进水管接头，3锁紧螺母，4下透水石，5密封圈，6试 样，7样品环，8密封圈，9上透水石，IO压杆，ll出水管接头，12密封圈， 13压力室体，14垫，15锁紧螺母，16上盖，17压力传感器，18固定传感器 螺钉，19锁紧手柄，20位移传感器顶板，21位移传感器，22温湿度传感器， 23堵杆，24锁紧手柄，25密封圈，26备用孔，101编码器，102小水缸活塞， 103小水缸，104管路阀4， 105充水阀4， 106管路阀3， 107充水阀3， 108 管路阀2， 109充水阀2， llO管路阀l, lll充水阀l， 112分水器1， 113四 通手阀，114压力传感器，115充水总阀，116加压总阀，117调平螺，118进水阀，119水缸，120放气阀，121大水缸，122大水缸活塞，123丝杠，124 减速机，125伺服电机，126限位开关，127分水器2， 128分水器2放气阀， 129分水器1放气阀，130加压阀1， 131加压阀2， 132加压阀3， 133加压 阀4， 201调平螺钉，202四通手阀，203水缸，204活塞，205放气阀，206 编码器，207压力传感器，208放水管，209放水手阀，210放水手阀，211 放水手阔，212放水手阀，213出水缸阀，214出水缸阀，215出水缸阀，216 出水缸阀，301高恒温箱，302压力室，303出水测控装置，304进水测控装 置，305膨胀力测量装置，306变形测量器，307温湿度测量装置，308箱温 度测量器，309数据采集器，310数据处理器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型做详细描述如图1所示， 一种微机控制高温膨胀性和渗透性测定仪它包括高恒温箱 301，高温恒温箱301内设有至少一个压力室302，在本实施例中选择4个压 力室，每个压力室302均与进水测控装置304、出水测控装置303、膨胀力测 量装置305和温湿度测量装置307连接，压力室302还与变形测量器306连 接，高恒温箱301与箱温度测量器308连接，进水测控装置304、出水测控 装置303、膨胀力测量装置305、温湿度测量装置307、变形测量器306和箱 温度测量器308均与数据采集器309连接，数据采集器309与数据处理器310 连接。如图2所示，压力室302包括底座1，底座1的下端的两侧分别设有进 水管接头2和备用孔26，底座1上通过螺纹连接有压力室体13，在底座1与 压力室体13之间设有样品环7，样品环7内设有试样6，试样6的上端设有 压杆IO，在压杆10上安装有密封圈12，密封圈12与压力室体13的内壁接 触，压力室体13的侧端分别设有出水管接头11和温湿度传感器22，在压力 室体13的上部通过螺纹连接有上盖16，在上盖16与压力室体13之间设有 压力传感器17，压力传感器17通过固定传感器螺钉18固定在上盖16上， 压杆10穿过上盖16，上盖16的顶端的侧面还安装有锁紧手柄19。工作原理压力室302与进水装置304中小水缸相连水具有一定的压力 通过管道进入底座1中，膨胀土被水渗透以后水从出水口出来进入出水装置 303水缸中就可以测量出水多少。如果把管路中的阀关上，土被水渗透后经过高温要膨胀通过压杆9和垫12，压力传感器15接收到力值信号测出膨胀 力大小。位移传感器21测出系统变形量。如图3和图4所示，进水测控装置304包括大水缸121，大水缸121的 一端连接有大水缸活塞122，大水缸活塞122通过丝杠123与减速机124连 接，减速机124与伺服电机125连接，大水缸121的另一端与四通手阀113 连接，四通手阀113的端面设有压力传感器114，四通手阀113通过管路与分 水器112连接，分水器112通过管路与多个充水阀、管路阀和加压阀连接。进水测控装置的工作原理电机125减速机124带动丝杠转动，丝母与 活塞122相连，活塞122向右移动时大水缸121充水，大水缸活塞122向左 移动时大水缸121向四个小水缸103充水。大水缸121中的水是由与充水阀 相连接的水桶加入的，大水缸121如果有气体可打开放气阀放气。四通手阀 113两个阀门一个向四个小水缸103充水(充水总阀)，另一个阀门向四个小水 缸加压(加压总阀)。往压力室充水四个小水缸活塞102与编码器101连接可以 测出活塞102的行程，每个小活塞直径0)16计算出每个小水缸103的出水量。 分水器112和127中有放气阀，有气体时可以放气。每个小水缸管路中都有 各自的阀门不需要充水时可关掉。压力传感器114通过换算可测出进水小水 缸103压力。如图5和图6所示，出水测控装置303包括一个四通手阀202，四通手 阀202通过管路与水缸203连接，水缸203与活塞204连接，活塞204上设 有放气阀205，活塞204的一端还与编码器206连接，四通手阀202的两个 端面还分别与压力传感器207和放水管208连接。出水测控装置的工作原理水从每个压力室302出来后进入各自的出水 缸203，活塞204孔内(cD6)水充满后向上移动打开放气阀205把气放出，活 塞204上端连接有编码器206，水缸203直径O 18可以计算出水量多少。四通 手阀202上安装有压力传感器207，放水手阀门209，出水缸阀门213。本实用新型为研究多场耦合条件下，微机控制测定缓冲/回填材料膨胀性 能和渗透性能的仪器设备。仪器由高温压力室系统、进(出)水(气)测量 控制系统和参数测量、数据采集及处理系统构成。可用于研究不同温度、不 同进水压力、不同排气条件和不同压实密度条件下的压实膨润土膨胀力和渗 透特征。该装置具有鲜明的技术特点高温压力室系统密封性能好、稳定性高、 在高温长期连续(一年)运行中温度和压力误差小于1%。测量采用国际先进技术与国内最新研究成果(20Mpa压力室，应力变形<0.1%，控制膨润土变 形<1%)相结合，四路膨胀力(测量范围0-20Mpa〈l-10Mpa、测量分辨率 0.0005 Mpa<0.0002 Mpa>，测量精度1%)、四路进水量(容量300ml，可续水)、 四路出水量(O-lKg,测量精度1%)和出水压(0-1 Mpa，测量精度1%)、四 路温湿度(温度0-120° C，湿度0-100%)、两路膨润土变形(0-2mm高温差 动变压器，测量精度1%CF)、 一路供水系统压力(0-2 Mpa，测量分辨率0.0001 Mpa)、 一路恒温箱温度(室温到120 ° C，控制温度变化0.1 ° C)实现数 据自动测量控制及其进行人工测读。该装置的工作原理为进水装置中具有一定压力的水通过管道进入压力 室，水渗透到膨润土样品中，被水渗透后的样品遇水膨胀，通过压杆等作用 于压力传感器，其接受到的信号便能测出膨胀力值；由位移传感器测出系统 变形量，去掉压力室的变形量，可得出膨润土的变形量。水渗透到膨润土样 品中待其饱和后，便由压力室出来进入出水装置的水缸中测出水量的多少。 测量数据串行发送到计算机进行数据处理，通过计算得出不同温度、不同进 水压力、不同排气条件和不同压实密度条件下的压实膨润土膨胀力和渗透系 数，通过理论和数值分析建立多场耦合条件下高压实缓冲/回填材料的膨胀力 模型。首先，把利用样品压实模具制作的缓冲/回填材料样品，放在高温压力室 中试样位置。将压杆放入压力室内，并固定好上压座与压力室体，装好压力 传感器、位移传感器和温(湿)度传感器。然后，把压力室系统放入高温箱 内，压力室系统分别与进(出)水测量控制系统和参数测量、数据采集及处 理系统(测量控制柜)按要求连接起来。由压力室下部进水饱和膨润土样品， 样品被水渗透后遇高水膨胀，通过压杆等作用，压力传感器接受到信号测出 膨胀力值；通过位移传感器测出系统变形量。改变各种试验条件时，可逐项 测定不同温度、不同进水压力、不同排气条件和不同压实密度缓冲/回填材料 样品的膨胀特性。并在此基础上建立缓冲/回填材料膨胀力模型。
权利要求1.微机控制高温膨胀性和渗透性测定仪，其特征在于它包括高恒温箱(301)，高恒温箱(301)内设有至少一个压力室(302)，每个压力室(302)均与进水测控装置(304)、出水测控装置(303)、膨胀力测量装置(305)和温湿度测量装置(307)连接，压力室(302)还与变形测量器(306)连接，高恒温箱(301)与箱温度测量器(308)连接，进水测控装置(304)、出水测控装置(303)、膨胀力测量装置(305)、温湿度测量装置(307)、变形测量器(306)和箱温度测量器(308)均与数据采集器(309)连接，数据采集器(309)与数据处理器(310)连接。
2. 如权利要求1所述的微机控制高温膨胀性和渗透性测定仪，其特征在 于所述的压力室包括底座(1)，底座(1)的下端的两侧分别设有进水管接 头(2)和备用孔(26)，底座(1)上通过螺纹连接有压力室体(13)，在底 座(1)与压力室体(13)之间设有样品环(7)，样品环(7)内设有试样(6)， 试样(6)的上、下两端分别设有上、下透水石(4、 9)，上透水石(9)的上 端设有压杆(10)，压力室体(13)的侧端分别设有出水管接头(11)和温湿 度传感器(22)，在压力室体(13)的上部通过螺纹连接有上盖(16)，在上 盖(16)与压力室体(13)之间设有压力传感器(17)，压杆(10)穿过上盖(16)。
3. 如权利要求1所述的微机控制高温膨胀性和渗透性测定仪，其特征在 于所述的进水测控装置包括大水缸(121)，大水缸(121)的一端连接有大 水缸活塞(122)，大水缸活塞(122)通过丝杠(123)与减速机(24)连接， 减速机(24)与伺服电机(125)连接，大水缸(121)的另一端与四通手阀(113)连接，四通手阀(113)的端面设有压力传感器(114)，四通手阀(113) 通过管路与分水器(112)连接，分水器(112)通过管路与多个充水阀、管 路阀和加压阀连接。
4. 如权利要求1所述的微机控制高温膨胀性和渗透性测定仪，其特征在 于所述的出水测控装置包括至少一个四通手阀(202)，四通手阀(202)通 过管路与水缸(203)连接，水缸(203)与活塞(204)连接，活塞(204) 上设有放气阀(205)，活塞(204)的一端还与编码器(206)连接，四通手 阀(202)的两个端面还分别与压力传感器(207)和放水管(208)连接。
专利摘要本实用新型属于一种核废物地质处置的实验装置，具体涉及一种用于测定不同温度、不同压实密度膨润土的膨胀性能的装置。它包括高恒温箱，高恒温箱内设有至少一个压力室，每个压力室均与进水测控装置、出水测控装置、膨胀力测量装置和温湿度测量装置连接，压力室还与变形测量器连接，高恒温箱与箱温度测量器连接，进水测控装置、出水测控装置、膨胀力测量装置、温湿度测量装置、变形测量器和箱温度测量器均与数据采集器连接，数据采集器与数据处理器连接。可用于研究不同温度、不同进水压力、不同排气条件和不同压实密度条件下的压实膨润土膨胀力和渗透特征。
文档编号G01N15/08GK201408187SQ20092015421
公开日2010年2月17日 申请日期2009年5月14日 优先权日2009年5月14日
发明者刘月妙, 驹 王 申请人:核工业北京地质研究院