CN103994908A - 一种精确制备不同含水率的实验试样的方法 - Google Patents

Abstract

一种能够精确制备不同含水率的实验试样的方法包含有烘干预处理系统（1）、恒温恒湿试验箱（2）、操控面板（3）、载有称重传感器的称重系统（4）、数据采集模块（5）和计算机实时数据显示系统（6）。称重系统（4）安置在恒温恒湿箱（2）中，并且称重传感器受温度和湿度影响较小。首先将预制备的试样进行烘干处理，保证未制备的实验样品具有相同的含水率；在正常大气压下，为恒温恒湿试验箱（2）设定恒定温度和湿度；将实验试样放入恒温恒湿箱（2）中，获取初始试样重量读数；等待一段时间后，待称重系统（4）显示读数为待制备含水率试样重量，打开恒温恒湿箱（2），迅速将试样密封保存，待实验时使用。

Description

一种精确制备不同含水率的实验试样的方法

技术领域

本发明涉及一种精确制备不同含水率的实验试样的方法及其制备装置，适用于研究含水率对某一现象影响效果的实验试样的制备，特别适用于不同含水率粉碎性岩样、煤样、土壤或木材、烟草等试样的制备。 

背景技术

含水率为物质或材料中自由水的质量在其总质量中占的百分比，物质或材料的含水率高低往往直接或间接影响到它们的性质。例如，煤体的含水率对其吸附解析特性的影响，岩石的含水率对其剪切蠕变效应的影响，煤层的冲击倾向性与含水率的关系，土壤的含水率对植物种子发芽率的影响，土壤的含水率及导电率的对应关系研究等。这些研究课题来自不同的学科，涉及力学、农学、热力学、建筑学、地质学等诸多领域。在传统研究含水率的影响实验中，制备试样时，往往采用事先将试样浸入水中，放置一段时间或者烘烤长度不等的时间后，再测定其含水率，记录下该含水率再进行实验的方式。这样制备试样所测得的含水率是随机产生的，预先不能很好地控制实验梯度，极大限制了实验的最终效果。因此，确定一种标准的精确制备不同含水率实验试样的方法就尤为重要，这将极大有助于改善有关含水率的相关实验效果。 

发明目的 

本发明的目的之一是提供一种精确制备不同含水率的实验试样的方法，目的之二是在理论方法的基础上提供实施该方法的配套试样制备装置。 

技术方案 

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：通过设计一套由试样烘干预处理系统、恒温恒湿试验箱和称重系统构成的试样制备系统，实现精确制备不同含水率的试样。 

所述恒温很湿箱，可实现控制其内部温度和湿度在一定的范围之内，通过外部操控界面，实现对内部环境参数的有效控制。 

所述称重系统是在自行选用称重传感器的基础上构建成的，安置在恒温恒湿箱中，并且所选称重传感器基本不受温度和湿度的影响；称重系统具有重量读数界面，能实时显示其称重平台上试样或物体的重量。 

本发明的有益效果是，利用含水率的物理意义，对传统含水率测定方法进行改良，理论上该方法可以制备任意含水率的试样。通过简单的装置给出了精确制备不同含水率的实验试样的方法，操作简便易行，制备精度高。 

附图说明

图1为：精确制备不同含水率实验试样系统装置示意图。 

附图标记说明：1-烘干预处理系统；2-恒温恒湿试验箱；3-操控面板；4-载有称重传感器的称重系统；5-数据采集模块；6-计算机实时数据显示系统。 

具体实施方式

物质的含水率与一定温度和湿度的空气环境存在定量的平衡关系。在温度为T、湿度为W的空气环境中，平衡时烟草所能达到的稳定含水率值为A，则在0-A范围内的定值含水率都可以通过控制物质重量实现。该制备方法较适用于孔隙度大、吸湿性大的物质，对于孔隙度小、吸湿性小的物质用该方法制备时所需的时间周期较长且含水率变化范围较小，例如岩石的含水率变化范围在3％以内，且稳定周期为一个月左右。 

本发明的具体实施方式以烟草样品为例，制备定量含水率烟草的理论计算依据如下： 

设中间需要制备的含水率值为5％的倍数(方便计算)，以700g作为初始干重质量，每次取出的物质的干重相等。设试样含水率为w，用w_i(i＝1,2,3,...,n)表示要制备的不同含水率梯度，初始试样干重为m₁，湿重为m₂；根据如下所示含水率计算公式： 

$w_1=\frac{m_2-m_1}{m_1}*100\%(i=\mathrm{1,2,3},\·\·\·,n)$

则湿重m₂可表示为： 

m₂＝m₁·w_i÷100％+m₁(i＝1,2,3,...,n) 

初始样品重量为700g，经过一定时间恒温恒湿环境平衡后，物质会吸收空气环境中的水分，重量不断增加，通过以下计算可实现该过程 

1.当整体含水率变为10％时，重量值变为770g， 

M₁＝700×10％+700＝770 

单份100g干重对应10％含水率试样质量为110g，则取出110g，剩余660g，剩余干基重600g； 

2.当整体含水率变为15％时，重量值变为690g 

M₂＝600×15％+600＝690 

单份100g干重对应15％含水率试样质量为115g，则取出115g，剩余575g，剩余干基重500g； 

3.当整体含水率变为20％时，重量值变为600g 

M₃＝500×20％+500＝600 

单份100g干重对应20％含水率试样质量为120g，则取出120g，剩余480g，剩余干基重400g； 

4.当整体含水率变为25％时，重量值变为500g 

M₄＝400×25％+400＝500 

单份100g干重对应25％含水率试样质量为125g，则取出125g，剩余375g，剩余干基重300g； 

5.当整体含水率变为30％时，重量值变为390g 

M₅＝300×30％+300＝390 

单份100g干重对应30％含水率试样质量为130g，则取出130g，剩余260g，剩余干基重200g； 

6.当整体含水率变为35％时，重量值变为390g 

M₆＝200×35％+200＝270 

单份100g干重对应35％含水率试样质量为135g，则取出135g，剩余135g，剩余干基重100g； 

7.当整体含水率变为40％时，重量值变为390g 

M₇＝100×40％+100＝140 

单份100g干重对应40％含水率试样质量为140g，则取出140g，剩余0g，剩余干基重100g； 

汇总计算出每次取得某一制样后的基本参数信息，填入下表，上例信息如下所示： 

制样过程具体实施方式如下所示： 

(1)制样前的准备，确定实验所需试样含水率梯度，将计算值填入表格。制备实验样品并做烘干预处理后分组放置，如700g的样品分7个托盘分别放置100g。 

(2)将称重传感器连接好布置在恒温恒湿箱中(不放置托盘)，另一端与电脑相连，设置恒温恒湿箱到特定温度和湿度，开启恒温恒湿试验箱并等待其内部环境至稳定状态。 

(3)将待制备的样品分别放置在称重传感器。 

(4)关闭恒温试验箱箱门开始制样，待重量读数达到表格中某个计算值时，即取出一个托盘，并迅速将材料放入密封袋中密封保存，并标记对应的含水率值。 

(5)按照该实验步骤依次类推，直至完成最后一个制样。 

Claims (2)

1.一种能够精确制备不同含水率实验试样的方法和装置，由试样烘干预处理系统（1）、恒温恒湿试验箱（2）和安装有精密称重传感器的称重系统（4）。

2.根据权利要求1所述的称重系统（4），其特征在于：该称重系统（4）布置于恒温恒湿试验箱（2）内部，且该称重系统安装有高精度称重传感器，称重传感器受温度和湿度影响小。