CN104913999B - 一种适用于特定温湿度环境的无干扰称重装置 - Google Patents

Abstract

一种适用于特定温湿度环境的无干扰称重装置，包括盛水的水浴箱、盛有饱和盐溶液的密封罐，所述水浴箱设有箱盖，所述密封罐设有密封盖，箱盖上开设有孔，密封盖盖在密封罐上后，通过箱盖上的孔露出水浴箱外。试件置于载样篮中，挂杆插入密封盖后其下端勾住载样篮，载样篮置于密封罐中，密封罐置于水浴箱中。水浴箱上方架设有导轨架，电子天平放置在导轨架上。本发明一种适用于特定温湿度环境的无干扰称重装置，该装置可以实现在不开密封罐的情况下对试样进行多次称量，不造成密封罐内水汽的扰动，使试样始终处在特定的温湿度环境中。

Description

一种适用于特定温湿度环境的无干扰称重装置

技术领域

本发明一种适用于特定温湿度环境的无干扰称重装置，涉及实验试样的称重和土壤总吸力的测量，属于岩土工程技术领域。

背景技术

湿度控制技术是岩土工程中测量土壤吸力的一种重要技术，其基本原理是：通过开尔文公式可以通过相对湿度计算出吸力值，试验时将试样放入到一个密封环境中，通过控制密封环境中的相对湿度来控制土壤吸力，当试样中的水汽交换达到平衡后，即可认为土壤吸力达到了需要控制的吸力值。目前土壤吸力测量中运用该技术的方法有盐溶液法和滤纸法中的率定曲线测定过程。对于盐溶液法，其一般过程为将不同种类的饱和盐溶液分别放入对应的密封罐中，然后在密封罐中放入支架，再将土样放在支架上，注意试样不能与密封罐中的溶液接触，一段时间后（20天至两个月不等），待确定试样和罐内水蒸气的水汽交换达到平衡后从罐中取出试样放置在天平上称量，测得其含水率。对于滤纸法中的率定曲线试验，除试验对象从土样改为滤纸之外，其过程与盐溶液法基本一致。上述两种方法中试样与环境中水汽交换是否达到平衡是通过试样的重量不再发生变化来确定的，往往需要多次测量。通常的试验方法是将试样从密封罐中取出称量之后再放回密封罐中，在这个过程中密封罐在取试样的过程中敞开了一段时间，密封罐内的水汽与外部环境中的水汽发生交流，导致在试样放回密封罐后的一段时间内罐内相对湿度发生改变；另外在取试样的时候试样也会暴露在空气中，其质量也会发生微小的变化，这两种情况的发生，对试验结果都是会产生一定影响的。

发明内容

为了克服上述在称量过程中人为操作导致的误差，本发明提供一种适用于特定温湿度环境的无干扰称重装置，该装置可以实现在不开密封罐的情况下对试样进行多次称量，不造成密封罐内水汽的扰动，使试样始终处在特定的温湿度环境中。

本发明采取的技术方案为：

一种适用于特定温湿度环境的无干扰称重装置，包括盛水的水浴箱、盛有饱和盐溶液的密封罐，所述水浴箱设有箱盖，所述密封罐设有密封盖，箱盖上开设有孔，密封盖盖在密封罐上后，通过箱盖上的孔露出水浴箱外。试样置于载样篮中，挂杆插入密封盖后其下端勾住载样篮，载样篮置于密封罐中，密封罐置于水浴箱中。水浴箱上方架设有导轨架，电子天平放置在导轨架上。

所述水浴箱包括设置有内胆，内胆底部设有U形发热电阻管、多孔隔板，U形发热电阻管用于为水浴箱提供热源；多孔隔板用于支撑密封罐并将密封罐与U形发热电阻管隔开。

所述箱盖为不锈钢外壳，其内填充隔热材料，在箱盖上开设有多个直径与密封罐直径一致的圆孔，密封罐的密封盖通过圆孔暴露在水浴箱外。

所述密封罐为玻璃材质的圆柱形罐体，盖上密封盖后，能使密封盖伸出箱盖。

所述密封盖为塑料或者有机玻璃盖子，其朝向密封罐内的一侧为向内凹的锥形。

所述密封盖中心处设置有用于插入挂杆的圆孔，挂杆用于连接电子天平、载样篮。

所述密封盖外部中心处粘连有橡胶垫片。

所述挂杆两端各有一个挂钩，在挂杆朝向密封罐外一侧杆身上设有塑料片。

所述载样篮由不锈钢丝网、网架构成，所述网架为表面光滑的铜线。

所述导轨架上设置有横向导轨、纵向导轨，电子天平通过其底部安装的滑轮架设在纵向导轨上，纵向导轨架设在横向导轨上。

本发明一种适用于特定温湿度环境的无干扰称重装置，在水浴箱的上部设有移动导轨架，导轨架上设有横向导轨、纵向导轨；实验时，将底部安装滑轮的天平架设在纵向导轨上，同时纵向导轨架设在横向导轨上。当实验过程中，需要称量时，可移动天平和纵向导轨，将天平移动到需要称量的密封罐的正上方，将密封罐上的挂钩与天平挂钩连接，即可进行称量；随着天平位置的移动，不同密封罐内试样的质量即可被多次称量。

本发明水浴箱的使用，为试验提供了一个恒定的温度环境，并且随着水浴箱温度的调节可以进行不同温度下的试验研究工作。非干扰式的称量装置简化了试验流程，减少了人员投入，并且减少了因试样取出暴漏在外部环境中造成的质量改变，对于提高试验质量和试验数据精准性方面有重大意义。

附图说明

图1a为本发明的水浴箱俯视结构示意图（无箱盖状态）；

图1b为本发明的水浴箱俯视结构示意图（有箱盖状态）；

图2为本发明的装置剖面结构示意图；

图3为本发明的密封罐的密封盖结构示意图；

图4为本发明的导轨架结构示意图。

具体实施方式

如图1a 、1b 、图2~图4所示，一种适用于特定温湿度环境的无干扰称重装置，包括盛水的水浴箱1、盛有饱和盐溶液7的密封罐6，所述水浴箱1设有箱盖4，箱盖4上设有提手19。所述密封罐6设有密封盖10，箱盖4上开设有孔，密封盖10盖在密封罐6上后，通过箱盖4上的孔露出水浴箱1外。试样9置于载样篮8中，挂杆11插入密封盖10后其下端勾住载样篮8，载样篮8置于密封罐6中，密封罐6置于水浴箱1中。水浴箱1上方架设有导轨架17，电子天平14放置在导轨架17上。

所述水浴箱1包括设置有内胆，内胆材质为不锈钢板，内胆尺寸：长、宽、高为55cm*35cm*25cm。内胆底部设有U形发热电阻管3、多孔隔板2，U形发热电阻管3用于为水浴箱1提供热源。多孔隔板2用于支撑密封罐6并将密封罐6与U形发热电阻管3隔开。U形发热电阻管3连接温控面板5。

所述箱盖4为不锈钢外壳，其内填充隔热材料，箱盖4为分离式，可以离开水浴箱1本体。在箱盖4上开设有多个（如：10个）直径与密封罐6直径一致的圆孔，密封罐6的密封盖10通过圆孔暴露在水浴箱1外。

所述密封罐6为玻璃材质的圆柱形罐体，耐试验中各种溶液的腐蚀。盖上密封盖10后，能使密封盖10伸出箱盖4，目的是方便密封罐6的放置和取出。

所述密封盖10为塑料或者有机玻璃盖子，其朝向密封罐内的一侧为向内凹的锥形，作用是防止密封罐10内凝结在密封盖10上的水滴滴到试样9上。

所述密封盖10中心处设置有用于插入挂杆11的、直径为0.5cm圆孔，挂杆11用于连接电子天平14、载样篮8，使电子天平14可以称取载样篮8的质量。

所述密封盖10外部中心处粘连有内径0.5cm，外径3cm的橡胶垫片12。

电子天平14采用梅特勒天平。

所述挂杆11为直径2mm的铜线（防锈），挂杆11两端各有一个挂钩，在挂杆11朝向密封罐6外一侧杆身上设有直径2cm的塑料片13。塑料片的作用一是卡住挂杆11使载样篮8在密封罐6中处于悬挂状态，不与罐壁和罐内溶液接触。二是当不进行称重时，塑料片在挂杆11的拉力作用下，能与密封盖10上的橡胶垫片12咬合，确保密封罐6的密封性。

所述载样篮8由不锈钢丝网、网架构成，所述网架为表面光滑的铜线，防止水蒸气吸附在铜线表面或者产生锈蚀从而影响称量效果。

所述导轨架17上设置有横向导轨16、纵向导轨15，电子天平14通过其底部安装的滑轮18架设在纵向导轨15上，纵向导轨15架设在横向导轨16上。

先往水浴箱1中加水，加水后盖上箱盖4。往密封罐6中倒入适量的饱和盐溶液7（或不同浓度的NaCl溶液），试样9放入载样篮8中，挂杆11插进密封盖10上的圆孔后，挂杆11下端挂钩将载样篮8勾住，放入密封罐6中，并小心盖上密封盖10，这个过程中应注意载样篮8不能与罐壁接触，也不能使密封罐6中的溶液溅到载样篮8或者试样9上。分别将放好试样9的密封罐6，通过箱盖4上的圆孔插入到水浴箱1中，开启水浴箱1并将温度设定为预设温度，此时试验正式开始。

水浴箱正上方架设有导轨架17，电子天平14放置在导轨架17上，当需要称量时，将天平14移动到需要称量的试样9正上方，用镊子夹住挂杆11上挂钩与天平挂钩勾，及可进行称量，称量时要确保挂杆11不能与密封罐盖10有接触。待这个试样称完之后做好记录即可移动天平的位置进行下一个试样的称量，试样全部称量完成后，第一轮称量完毕，以后每隔一段设定的时间可进行一次称量工作。

实施例：

实施例1，盐溶液法试验：

先往水浴箱1中加水，加水后盖上箱盖4。往十个密封罐6中分别倒入适量的不同种类的饱和盐溶液7。将制好的环刀土样放入载样篮8中，挂杆11插进密封盖10上的圆孔后，挂杆11下端挂钩将载样篮8勾住放入密封罐6中，并小心盖上密封盖10。然后将这些密封罐6通过箱盖4上的圆孔插入到水浴箱1中，开启水浴箱1并将温度设定为25℃。在环刀土样放入载样篮8之前，先用精度为千分之一的梅特勒天平称出挂杆11和载样篮8的质量分别记录为m₀₀、m₀₁、m₀₂…m₀₉。水浴箱1开始工作后试验正式开始，此后每隔12小时对试样9进行一轮称量。当需要称量时将天平移动到需要称量的试样9正上方，用镊子夹住挂杆使挂杆11上端挂钩与天平挂钩勾进行称量，质量分别记录为m₁₀、m₁₁、m₁₂…m₁₉。12个小时后进行第二次称量，质量分别记录为m₂₀、m₂₁、m₂₂…m₂₉。以此类推指导进行到第n轮测量并发现前后几轮质量差别不大便可确定试样已经达到平衡，此时试验结束。

实施例2，滤纸率定试验：

先往水浴箱1中加水，加水后盖上箱盖4。往十个密封罐6中分别倒入适量的不同摩尔浓度的NaCl溶液。将滤纸试样放入载样篮8中，挂杆11插进密封盖10上的圆孔后，挂杆11下端挂钩将载样篮8勾住放入密封罐6中，并小心盖上密封盖10。然后将这些密封罐6通过箱盖4上的圆孔插入到水浴箱1中，开启水浴箱1并将温度设定为25℃。在滤纸试样放入载样篮8之前，先用精度为万分之一的梅特勒天平称出挂杆11和载样篮8的质量分别记录为m₀₀、m₀₁、m₀₂…m₀₉。水浴箱1开始工作后试验正式开始，将天平移动到需要称量的试样正上方，用镊子夹住挂杆11，使挂杆1上端挂钩与天平挂钩勾住，进行称量，质量分别记录为m₁₀、m₁₁、m₁₂…m₁₉。1个小时后进行第二次称量，质量分别记录为m₂₀、m₂₁、m₂₂…m₂₉。随着试验时间的延续此后每轮测量的间隔时间可以延长，以此类推指导进行到第n轮测量并发现前后几轮质量差别不大便可确定试样已经达到平衡，此时试验结束。因为滤纸率定的平衡时间相对于盐溶液法时间短很多，尤其是其质量变化在试验开始的一两天之内最为剧烈，因此最开始的称量时间间隔有必要设段一些，两天之后间隔可设为每隔一天一测。

Claims (9)

1.一种适用于特定温湿度环境的无干扰称重装置，包括盛水的水浴箱（1）、盛有饱和盐溶液（7）的密封罐（6），其特征在于，所述水浴箱（1）设有箱盖（4），所述密封罐（6）设有密封盖（10），箱盖（4）上开设有孔，密封盖（10）盖在密封罐（6）上后，通过箱盖（4）上的孔露出水浴箱（1）外；试样（9）置于载样篮（8）中，挂杆（11）插入密封盖（10）后其下端勾住载样篮（8），载样篮（8）置于密封罐（6）中，密封罐（6）置于水浴箱（1）中；水浴箱（1）上方架设有导轨架（17），电子天平（14）放置在导轨架（17）上；所述挂杆（11）两端各有一个挂钩，在挂杆（11）朝向密封罐（6）外一侧杆身上设有塑料片（13）；所述载样篮（8）由不锈钢丝网、网架构成，所述网架为表面光滑的铜线。

2.根据权利要求1所述一种适用于特定温湿度环境的无干扰称重装置，其特征在于，所述水浴箱（1）包括设置有内胆，内胆底部设有U形发热电阻管（3）、多孔隔板（2），U形发热电阻管（3）用于为水浴箱（1）提供热源；多孔隔板（2）用于支撑密封罐（6）并将密封罐（6）与U形发热电阻管（3）隔开。

3.根据权利要求1所述一种适用于特定温湿度环境的无干扰称重装置，其特征在于，所述箱盖（4）为不锈钢外壳，其内填充隔热材料，在箱盖（4）上开设有多个直径与密封罐（6）直径一致的圆孔，密封罐（6）的密封盖（10）通过圆孔暴露在水浴箱（1）外。

4.根据权利要求3所述一种适用于特定温湿度环境的无干扰称重装置，其特征在于，所述密封罐（6）为玻璃材质的圆柱形罐体，盖上密封盖（10）后，能使密封盖（10）伸出箱盖（4）。

5.根据权利要求3所述一种适用于特定温湿度环境的无干扰称重装置，其特征在于，所述密封盖（10）为塑料，其朝向密封罐（6）内的一侧为向内凹的锥形。

6.根据权利要求1所述一种适用于特定温湿度环境的无干扰称重装置，其特征在于，所述密封盖（10）中心处设置有用于插入挂杆（11）的圆孔，挂杆（11）用于连接电子天平（14）、载样篮（8）。

7.根据权利要求1所述一种适用于特定温湿度环境的无干扰称重装置，其特征在于，所述密封盖（10）外部中心处粘连有橡胶垫片（12）。

8.根据权利要求1所述一种适用于特定温湿度环境的无干扰称重装置，其特征在于，所述导轨架（17）上设置有横向导轨（16）、纵向导轨（15），电子天平（14）通过其底部安装的滑轮（18）架设在纵向导轨（15）上，纵向导轨（15）架设在横向导轨（16）上。

9.一种适用于特定温湿度环境的无干扰称重方法，其特征在于，先往水浴箱（1）中加水，加水后盖上箱盖（4），往密封罐（6）中倒入适量的饱和盐溶液（7），试样（9）放入载样篮（8）中，挂杆（11）插进密封盖（10）上的圆孔后，挂杆（11）下端挂钩将载样篮（8）勾住，放入密封罐（6）中，盖上密封盖（10），分别将放好试样（9）的密封罐（6），通过箱盖（4）上的圆孔插入到水浴箱（1）中，开启水浴箱（1）并将温度设定为预设温度，此时试验正式开始；

水浴箱（1）正上方架设有导轨架（17），电子天平（14）放置在导轨架（17）上，当需要称量时，将电子天平（14）移动到需要称量的试样（9）正上方，用镊子夹住挂杆（11）上端的挂钩，使挂杆（11）上端的挂钩与电子天平（14）的挂钩勾住，即可进行称量，称量时要确保挂杆（11）不能与密封盖（10）有接触；待这个试样称完之后，做好记录即可移动天平的位置进行下一个试样的称量，试样全部称量完成后，第一轮称量完毕，以后每隔一段设定的时间可进行一次称量工作。