CN104897717A - 室内岩样轴向与径向热膨胀系数测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内岩样轴向与径向热膨胀系数测试装置，包括底部控制台、支杆和顶箱，顶箱底部设有加热室，顶箱底部设有应变杆，应变杆底部设有压头，加热室内设有均匀加热装置，加热室侧壁设有多组高度不一的径向通孔，每组径向通孔为若干条位于加热室同一横截面内的径向通孔，每条径向通孔内设有一端与岩样侧壁相抵的位移传递棒，加热室侧壁设有多个分别与径向通孔一一对应、并与对应的位移传递棒另一端相连的高精度百分表，加热室内设有测加热室与岩样温度的测温热电偶，各个测温热电偶和应变杆的信号输出端与底部控制台的信号输入端相连。本发明能够测量岩石试样的轴向与径向热膨胀系数，准确表现岩石的各向异性，属于测试仪器。

Description

室内岩样轴向与径向热膨胀系数测试装置

技术领域

本发明涉及测试仪器，特别是涉及一种室内岩样轴向与径向热膨胀系数测试装置。

背景技术

热膨胀系数作为岩石的一项重要的热力学参数，对于岩石的多场耦合研究有着重要的意义。然而，在成岩和长期的地质构造的作用下，岩石为多种矿物集合而成的非均质体，所以岩石的热膨胀系数常常表现为各向异性。因此，如何测量岩石试样的轴向和径向热膨胀系数就显得尤为重要。而目前用以测试热膨胀系数的装置，大部分不适用于测量岩石的热膨胀系数，有些采用非接触式测量方法，利用光学信号测量，原理复杂；有些仪器的使用，需要两个试样进行对比，测量过程中，人为误差较大。小部分测量岩石热膨胀系数的装置，只能测量岩石试样的轴向热膨胀系数，这并不能表现岩石的各向异性。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种室内岩样轴向与径向热膨胀系数测试装置，能够测量岩石试样的轴向与径向热膨胀系数，准确表现岩石的各向异性。

本发明提供的一种室内岩样轴向与径向热膨胀系数测试装置，包括底部控制台，所述底部控制台顶部设有多根支杆，所述多根支杆顶部设有顶箱，所述顶箱底部设有装载岩样的加热室，所述顶箱底部设 有轴向伸入加热室的应变杆，所述应变杆底部设有用于测试岩样轴向形变的压头，所述加热室内设有由底部控制台控制的均匀加热装置，所述加热室侧壁设有多组高度不一的径向通孔，每组径向通孔为若干条位于加热室同一横截面内的径向通孔，每条径向通孔内设有一端与岩样侧壁相抵的位移传递棒，所述加热室侧壁设有多个分别与径向通孔一一对应、并与对应的位移传递棒另一端相连的高精度百分表，所述加热室内分别设有测加热室与岩样温度的测温热电偶，各个测温热电偶和应变杆的信号输出端与底部控制台的信号输入端相连。

在上述技术方案中，所述每组径向通孔为夹角呈180°的两条径向通孔。

在上述技术方案中，所述加热室侧壁设有三组径向通孔，相邻两组径向通孔的夹角为60°。

在上述技术方案中，所述加热室侧壁设有多个分别与径向通孔一一对应的支架，所述每个高精度百分表设于对应的支架上。

在上述技术方案中，所述加热室由加热筒和载物台组成，所述加热筒设置于顶箱底部，所述应变杆轴向伸入加热筒，所述载物台固定于设置在底部控制台的升降电机上，所述载物台与加热筒底部开口相配合与加热筒形成封闭空腔。

在上述技术方案中，所述均匀加热装置为沿加热筒内壁环绕的电热丝层。

在上述技术方案中，所述测温热电偶分别设于加热筒内壁面和载物台顶面中心处。

在上述技术方案中，所述压头底面尺寸与岩样尺寸相匹配。

在上述技术方案中，所述位移传递棒为有机玻璃棒。

在上述技术方案中，所述支杆是两根。

本发明室内岩样轴向与径向热膨胀系数测试装置，具有以下有益效果：

本发明的测试装置采用内置式电热丝层加热的方式，内置式电热丝层加热方式可对所测试的岩样进行均匀加热，应变杆配以高精度应变片，能较为敏感地测量岩样受热后的轴向膨胀应变。

本发明的测试装置采用安置在支架上的高精度百分表测量岩样受热后的径向膨胀应变，通过后期计算，获得岩样的径向热膨胀系数。

本发明结构合理，操作简单，能够用于测量岩石的轴向和径向热膨胀系数，内置式加热丝层加热方式具有比较高的加热温度，测试装置配合高精度应变片、高精度百分表，方便测量岩石的轴向和径向热膨胀系数，且测试精度高，能够准确表现岩石的各向异性。

附图说明

图1为本发明室内岩样轴向与径向热膨胀系数测试装置的外部结构示意图；

图2为本发明室内岩样轴向与径向热膨胀系数测试装置的内外结构示意图；

图3为图2的A-A处的剖视结构示意图；

图4为图3中B处的放大结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

参见图1至图3，本发明室内岩样轴向与径向热膨胀系数测试装置，包括底部控制台1，所述底部控制台1顶部设有多根支杆5，所述多根支杆5顶部设有顶箱4，所述顶箱4底部设有装载岩样9的加 热室，所述顶箱4底部设有轴向伸入加热室的应变杆8，所述应变杆8底部设有用于测试岩样9轴向形变的压头12，所述加热室内设有由底部控制台1控制的均匀加热装置，所述加热室侧壁设有多组高度不一的径向通孔13，每组径向通孔13为若干条位于加热室同一横截面内的径向通孔13，每条径向通孔13内设有一端与岩样9侧壁相抵的位移传递棒10，所述加热室侧壁设有多个分别与径向通孔13一一对应、并与对应的位移传递棒10另一端相连的高精度百分表11，所述加热室内分别设有测加热室与岩样9温度的测温热电偶(图中未示出)，各个测温热电偶和应变杆8的信号输出端与底部控制台1的信号输入端相连。

在本实施例中，所述每组径向通孔13为夹角呈180°的两条径向通孔13，在最优实施例中，所述加热室侧壁设有三组径向通孔13，相邻两组径向通孔13的夹角为60°。

所述加热室侧壁设有多个分别与径向通孔13一一对应的支架6，所述每个高精度百分表11设于对应的支架6上。

所述加热室由加热筒3和载物台2组成，所述加热筒3设置于顶箱4底部，所述应变杆8轴向伸入加热筒3，所述载物台2固定于设置在底部控制台1的升降电机(图中未示出)上，所述载物台2与加热筒3底部开口相配合与加热筒3形成封闭空腔。

所述均匀加热装置为沿加热筒3内壁环绕的电热丝层7。所述测温热电偶分别设于加热筒3内壁面和载物台2顶面中心处。所述压头12底面尺寸与岩样9尺寸相匹配。

所述位移传递棒10为有机玻璃棒。所述支杆5是两根。

本发明工作原理如下：

一、将岩样9放置在载物台2中心处，通过底部控制台1，控制 载物台2上升，将加热筒3封闭。

二、将各支架6处的位移传递棒10推入加热筒3内，抵至岩样9表面，在支架6上安装高精度百分表11，高精度百分表11通过紧固螺钉(图中未示出)固定在支架6上，底端与位移传递棒10相抵。

三、通过底部控制台1，控制电热丝层7加热，开始试验。

四、试验过程中，通过安置在加热筒3内壁面和载物台2上顶面中心处的测温热电偶，分别测量加热筒3内的温度以及岩样9的表面温度，并将所得温度显示到底部控制台1上的显示器上，岩样9的轴向变形ΔL通过应变杆8获得，应变杆8上获得的轴向变形ΔL传入底部控制台1，并通过计算公式：(α₁为轴向热膨胀数，L为岩样高度，ΔT为某时刻温度与初始温度差)得到不同温度点岩样9的轴向热膨胀系数，并将其显示在底部控制台1的显示器上。

五、记录不同岩样9温度时，各高精度百分表11的读数变化，夹角为180°的两个百分表读数变化叠加，即为岩样9的径向变形ΔR，依据公式(α₂为轴向热膨胀数，R为岩样直径，ΔT为某时刻温度与初始温度差)，即可计算出岩样9某一方向的径向热膨胀系数。将6个高精度百分表11计算得到的3个径向热膨胀系数进行加权平均，即可准确得到岩样9的径向热膨胀系数。

六、试样完毕后，拆下高精度百分表11，并向外拉出位移传递棒10，最后降下载物台2，拿出岩样9。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种室内岩样轴向与径向热膨胀系数测试装置，包括底部控制台(1)，所述底部控制台(1)顶部设有多根支杆(5)，所述多根支杆(5)顶部设有顶箱(4)，所述顶箱(4)底部设有装载岩样(9)的加热室，所述顶箱(4)底部设有轴向伸入加热室的应变杆(8)，所述应变杆(8)底部设有用于测试岩样(9)轴向形变的压头(12)，所述加热室内设有由底部控制台(1)控制的均匀加热装置，其特征在于：所述加热室侧壁设有多组高度不一的径向通孔(13)，每组径向通孔(13)为若干条位于加热室同一横截面内的径向通孔(13)，每条径向通孔(13)内设有一端与岩样(9)侧壁相抵的位移传递棒(10)，所述加热室侧壁设有多个分别与径向通孔(13)一一对应、并与对应的位移传递棒(10)另一端相连的高精度百分表(11)，所述加热室内分别设有测加热室与岩样(9)温度的测温热电偶，各个测温热电偶和应变杆(8)的信号输出端与底部控制台(1)的信号输入端相连。

2.根据权利要求1所述的室内岩样轴向与径向热膨胀系数测试装置，其特征在于：所述每组径向通孔(13)为夹角呈180°的两条径向通孔(13)。

3.根据权利要求2所述的室内岩样轴向与径向热膨胀系数测试装置，其特征在于：所述加热室侧壁设有三组径向通孔(13)，相邻两组径向通孔(13)的夹角为60°。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的室内岩样轴向与径向热膨胀系数测试装置，其特征在于：所述加热室侧壁设有多个分别与径向通孔(13)一一对应的支架(6)，所述每个高精度百分表(11)设于对应的支架(6)上。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的室内岩样轴向与径向热膨胀系数测试装置，其特征在于：所述加热室由加热筒(3)和载物台(2)组成，所述加热筒(3)设置于顶箱(4)底部，所述应变杆(8)轴向伸入加热筒(3)，所述载物台(2)固定于设置在底部控制台(1)的升降电机上，所述载物台(2)与加热筒(3)底部开口相配合与加热筒(3)形成封闭空腔。

6.根据权利要求5所述的室内岩样轴向与径向热膨胀系数测试装置，其特征在于：所述均匀加热装置为沿加热筒(3)内壁环绕的电热丝层(7)。

7.根据权利要求5所述的室内岩样轴向与径向热膨胀系数测试装置，其特征在于：所述测温热电偶分别设于加热筒(3)内壁面和载物台(2)顶面中心处。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的室内岩样轴向与径向热膨胀系数测试装置，其特征在于：所述压头(12)底面尺寸与岩样(9)尺寸相匹配。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的室内岩样轴向与径向热膨胀系数测试装置，其特征在于：所述位移传递棒(10)为有机玻璃棒。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的室内岩样轴向与径向热膨胀系数测试装置，其特征在于：所述支杆(5)是两根。