CN106990803A - 一种可实现图像测量与温度控制的多功能压力室 - Google Patents

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    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/20—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature

Abstract

一种可实现图像测量与温度控制的多功能压力室，沥青试样放置在试样底座上，直线轴承与加压杆配合，压力杆通过试样帽将力均匀的传递给沥青试样。钢化玻璃固定在钢化玻璃固定板内，形成可视窗口，摄像机通过可视窗口拍摄沥青试样全表面的实验变化；照明灯具提供稳定光照；两面镜子固定在位于沥青试样正后的镜架上，调节镜架，两面镜子形成120度角。电热丝固定在压力室腔体内，加热水；温度传感器固定在压力室腔体上板，其探头悬置于压力室腔体内，直接测量水温，将水温值通过外界PID控制系统反馈给电热丝，控制水温。本发明能够通过可视窗口实现实验试样全表面观测，实现水温度控制，测试过程中温度误差小；本发明节省低，结构简单，实验准确度高。

Description

一种可实现图像测量与温度控制的多功能压力室
技术领域
本发明属于土木工程领域，涉及一种可实现图像测量与温度控制的多功能压力室。
背景技术
三轴仪是土工试验领域最常见的一种土工实验设备，其组成可分成围压控制系统、轴向压力系统、测量系统，其中测量系统可以包括图像测量系统，常规的压力室通常采用透明圆筒状，来达到观察试样的全表面，而且必须采用多个摄像头来同时观察，这大大提高了测量系统的精度要求，以及造成成本高；另一方面影响到围压控制系统，这种常规的压力室只可适用于低围压。测量系统还可以包括温控控制系统，现存的温控控制系统，既温控压力室多是借助于恒温恒湿箱，把整个三轴仪放置在一个很大的恒温恒湿箱内，用控制恒温恒湿箱室内的温度来间接控制三轴仪压力室的温度。而恒温恒湿箱室温控系统误差比较大，不适用于精度要求较高的土工试验；温度稳定时间较长，大大提高了实验难度，会给压力室内试样带来一定的影响，从而降低实验的准确度；结构布置形式单一且体积偏大，安装也不方便。
图像测量系统要求精度高，操作方便，造价便宜，容易实现。解决的办法是一方面要要减少摄像头的使用数量，从而减少人工处理工作量；另一方面能是压力室承受围压增大，从而可以进行多范围多种类的实验工作。
温控压力室的自动反馈控制系统(以下简称温控系统)既要求达到稳定设定参数值，也要在误差范围内稳定调节。并且在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳，其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例P”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势。这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例P+微分D(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性；当控制系统进入稳定状态后，可能存在稳态误差，必须引入“积分项I”(PI)消除稳态误差。除了稳定要求，快速响应也是用户较关心的；控制系统的人机交互面板既要简洁操作方便，也要面板按键功能明确。
因此基于以上现状，研究一种可实现图像测量与温度控制的多功能压力室具有很重要的意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种可实现图像测量与温度控制的多功能压力室。
本发明的技术方案为：
一种可实现图像测量与温度控制的多功能压力室，所述的多功能压力室包括沥青试样4、试样帽5、排水堵头6、加压杆7、直线轴承8、压力室上盖9、压力室腔体12、试样底座13、压力室底座14、温控系统、图像测量系统。
所述的试样底座13安装于压力室底座14上，用于放置沥青试样4，试样帽5放置于沥青试样4上；所述直线轴承8安装在压力室上盖9中心位置，与加压杆7配合，压力室上盖9通过螺帽10固定在压力室腔体12外侧的上表面；外界载荷传递至压力杆7，压力杆7通过试样帽5将力均匀的传递给沥青试样4；所述排水堵头6安装在压力室上盖9上方。
所述的图像测量系统包括内六角螺栓1、钢化玻璃固定板2、钢化玻璃3、镜架18、照明灯具17、灯具线路接头11、镜子19、摄像机20以及外界图像采集。所述钢化玻璃3通过内六角螺栓1固定安装在钢化玻璃固定板2内，形成一个可视窗口；所述照明灯具17固定安装在压力室腔体12内部的上下两个面，提供稳定光照，通过灯具线路接头11与外部连接；所述的两面镜子19固定在镜架18上，镜架18固定在压力室腔体12内部底板上且位于沥青试样4正后方，调节镜架18，可使两面镜子19形成120度角，从可视窗口能够看到沥青试样4的全表面，其全表面的实验变化通过可视窗口前方的摄像机20拍摄得到。
所述的温控系统包括电热丝15、温度传感器16和外界PID控制系统。所述电热丝15固定在压力室腔体12的上板，电热丝15的环部与试样底座13同轴且位于同一高度，用于加热压力室腔体12内的水，电热丝15不与压力室腔体12内壁直接接触，有效减少温度耗散；所述的温度传感器16固定在压力室腔体12的上板，其探头悬置于压力室腔体12内，不与电热丝15直接接触，避免测量不准确，探头与压力室腔体12内的水接触，直接测量水的温度，并将水温值通过外界PID控制系统反馈给电热丝15，控制水温，所述的水温变化范围为室温～60℃±0.1℃。
本发明的有益效果为：1)巧妙地利用两面镜子和一个可视窗口来实现实验试样全表面的观测，这个既能克服传统压力室局部观测实验试样表面的局限性，又能扩大其可承受围压的使用范围。2)本发明能够实现温度控制、自定义温度值且维持时间较长，测试过程中温度误差较小。这不仅节省成本，使得结构变得简单，安装更加方便，最重要的是提高了实验的准确度。
附图说明
图1为本发明结构图的前半剖视图；
图2本发明结构图的后半剖视图；
图3本发明结构图的左视图；
图4为功能执行流程图；
图中：1内六角螺栓；2钢化玻璃固定板；3钢化玻璃；4沥青试样；5试样帽；6排水堵头；7加压杆；8直线轴承；9压力室上盖；10螺帽；11灯具线路接头；12压力室腔体；13试样底座；14压力室底座；15电热丝；16温度传感器；17照明灯具；18镜架；19镜子；20摄像机。
具体实施方式
以下对本发明做进一步说明：
一种可实现图像测量与温度控制的多功能压力室，钢化玻璃3通过内六角螺栓1固定安装在钢化玻璃固定板2内，形成一个可视窗口；试样底座13安装于压力室底座14上，用于放置沥青试样4，试样帽5放置于沥青试样4上；所述直线轴承8安装在压力室上盖9中心位置，与加压杆7配合，压力室上盖9通过螺帽10固定在压力室腔体12外侧的上表面；外界载荷传递至压力杆7，压力杆7通过试样帽5将力均匀的传递给沥青试样4；所述排水堵头6通过密封管螺纹安装在压力室上盖9上方。所述照明灯具17固定安装在压力室腔体12内部的上下两个面，提供稳定光照，通过灯具线路接头11与外部连接；所述的两面镜子19固定在镜架18上，镜架18固定在压力室腔体12内部底板上且位于沥青试样4正后方，调节镜架18，可使两面镜子19形成120度角，从可视窗口能够看到沥青试样4的全表面，其全表面的实验变化通过可视窗口前方的摄像机20拍摄得到。所述电热丝15固定在压力室腔体12的上板，与试样底座13同轴，用于加热压力室腔体12内的水，电热丝15不与压力室腔体12内壁直接接触，有效减少温度耗散；所述的温度传感器16固定在压力室腔体12的上板，其探头悬置于压力室腔体12内，不与电热丝15直接接触，避免测量不准确，探头与压力室腔体12内的水接触，直接测量水的温度，并将水温值通过外界PID控制系统反馈给电热丝15，直到实现温度预期值。
本发明的使用方法为：先把沥青试样4放置于压力室腔体12内，盖上压力室上盖9，然后往压力室腔体12内注满水；设置温度预期值，电热丝15进行加热压力室腔体12内的水，然后温度传感器16测量水温，直到压力室水温达到预期值；打开照明灯具17，保证压力室腔体12内光线一致；外界加压系统通过加压杆7对沥青试样4进行施加预压力，摄像机20通过可视窗口对沥青试样4全表面进行采集；检查无误后，堵上排水堵头6，进行外界围压控制和外界力加载控制，进行实验。

Claims (5)

1.一种可实现图像测量与温度控制的多功能压力室，其特征在于，所述的多功能压力室包括沥青试样(4)、试样帽(5)、排水堵头(6)、加压杆(7)、直线轴承(8)、压力室上盖(9)、压力室腔体(12)、试样底座(13)、压力室底座(14)、温控系统、图像测量系统；
所述的试样底座(13)安装于压力室底座(14)上，用于放置沥青试样(4)，试样帽(5)放置于沥青试样(4)上；所述直线轴承(8)安装在压力室上盖(9)中心位置，与加压杆(7)配合，压力室上盖(9)固定在压力室腔体(12)上方；外界载荷传递至压力杆(7)，压力杆(7)通过试样帽(5)将力均匀的传递给沥青试样(4)；所述排水堵头(6)安装在压力室上盖(9)上方；
所述的图像测量系统包括内六角螺栓(1)、钢化玻璃固定板(2)、钢化玻璃(3)、镜架(18)、照明灯具(17)、灯具线路接头(11)、镜子(19)、摄像机(20)以及外界图像采集；所述钢化玻璃(3)固定安装在钢化玻璃固定板(2)内，形成一个可视窗口，摄像机(20)通过可视窗口拍摄沥青试样(4)全表面的实验变化；所述照明灯具(17)固定安装在压力室腔体(12)内部上下两个表面，提供光照，并通过灯具线路接头(11)与外部连接；所述的两面镜子(19)放置在镜架(18)上，镜架(18)固定于沥青试样(4)正后方，调节镜架(18)，保证两面镜子(19)形成120度角；
所述的温控系统包括电热丝(15)、温度传感器(16)和外界PID控制系统；所述电热丝(15)固定在压力室腔体(12)的上板，用于加热压力室腔体(12)内的水，电热丝(15)不与压力室腔体(12)内壁直接接触；所述的温度传感器(16)固定在压力室腔体(12)的上板，其探头悬置于压力室腔体(12)内，不与电热丝(15)直接接触，直接测量水温度，并将水温度通过外界PID控制系统反馈至电热丝(15)，调节控制水温。
2.根据权利要求1所述的一种可实现图像测量与温度控制的多功能压力室，其特征在于，所述的控制水温的水温变化范围为室温～60℃±0.1℃。
3.根据权利要求1或2所述的一种可实现图像测量与温度控制的多功能压力室，其特征在于，所述钢化玻璃(3)通过内六角螺栓(1)固定安装在钢化玻璃固定板(2)内。
4.根据权利要求1或2所述的一种可实现图像测量与温度控制的多功能压力室，其特征在于，所述的压力室上盖(9)通过螺帽(10)固定在压力室腔体(12)上方。
5.根据权利要求3所述的一种可实现图像测量与温度控制的多功能压力室，其特征在于，所述的压力室上盖(9)通过螺帽(10)固定在压力室腔体(12)上方。
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