CN109506794A - 一种冻土起始冻结温度的测量装置 - Google Patents

一种冻土起始冻结温度的测量装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109506794A
CN109506794A CN201811240539.9A CN201811240539A CN109506794A CN 109506794 A CN109506794 A CN 109506794A CN 201811240539 A CN201811240539 A CN 201811240539A CN 109506794 A CN109506794 A CN 109506794A
Authority
CN
China
Prior art keywords
sample
low temperature
contactor
sample box
data collecting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811240539.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109506794B (zh
Inventor
周小平
李长清
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing University
Original Assignee
Chongqing University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing University filed Critical Chongqing University
Priority to CN201811240539.9A priority Critical patent/CN109506794B/zh
Publication of CN109506794A publication Critical patent/CN109506794A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109506794B publication Critical patent/CN109506794B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/02—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种冻土起始冻结温度的测量装置，它包括低温水浴装置（1）、试样盒（2）、热电阻（3）、数据采集仪（4）、交流接触器（5）和中间继电器（6），低温水浴装置（1）通过管道连接试样盒（2）的中空壁，试样盒内填满试样，热电阻（3）置于试样中，数据采集仪（4）的输入通道连接热电阻（3），数据采集仪（4）的控制端通过中间继电器（6）连接在交流接触器（5）上，交流接触器（5）接在低温水浴装置（1）的供电线路上。本发明的优点是：能自动完成测试任务，试验结束时输出数据，装置自动关闭，测量精度高、方便快捷、省时省力。

Description

一种冻土起始冻结温度的测量装置
技术领域
本发明属于土木工程的测试技术领域，具体涉及一种自动测量冻土起始冻结温度的测量装置。
背景技术
在矿山井筒和城市地铁冻结法施工过程中，施工周围土体（岩体）起始冻结温度是必须确定的物理量之一。
起始冻结温度是地层开始冻结时的温度，地层起始冻结温度的大小与多种因素有关，标准状态下纯水在0℃时开始结冰，然而在实际工程中，地层中水分结冰受到颗粒间的表面能、水分中矿物含量等因素制约。地层中的矿物成分、颗粒级配、含水率、水分含盐量、压力以及孔隙分布等因素都会影响地层起始冻结温度，一般情况下比表面能越大，水分由水变成冰需要克服的阻力越大，因而所需能量越大，地层起始冻结温度越低；水分中矿物成分越多，致使试样中水分结冰时需要克服的阻力越大，造成地层起始冻结温度越低；地层中含水率越大，使得试样中自由水越多，造成起始冻结温度越接近0℃；含水率一定时压力越大，所需做功越多，试样起始冻结温度越低。上述原因使得地层中水分结冰温度低于0℃，因此需要试验测量地层中水分起始冻结温度。
地层中水分凝结成冰需要经历如下过程：试样中部分水分形成很小的分子集团形成结晶中心（生长点），此时是试样中水分结冰的开始；这种分子集团进而生长成为稍大一些的团粒-晶核，试样冻结不断发展演化；最后试样中这些小团粒结合、生长，产生冰晶，此阶段为试样中水分大量结冰阶段，此时的温度称为试样起始冻结温度（冰点）；试样中水分不断结冰直至冻结完成。
由于试样中部分水分形成生长点的温度比冰点更低，因此试样冻结过程需要经历：过冷、跳跃、恒定和递降四个阶段，每个阶段持续的时间各不相同，试验时地层冻结过程中地层温度首先降到冻结温度之下，称为过冷阶段；当温度达到冰点试样中水分开始大量结冰，并释放大量潜热，使得试样温度突然升高，出现跳跃阶段；试样中水分结冰速度趋于稳定，试样内部温度趋于稳定；当地层完全冻结时，地层温度不断下降。测量试样起始冻结温度的实质就是量测试样内部小团粒结合和生长，水分大量结冰阶段时的温度，该阶段属于温度保持恒定阶段。
目前没有一种能测量起始冻结温度的测试设备，一般测量冻土起始冻结温度采用《土工试验方法标准》（GB/T 50123-1999）中的方法，然而在实际测量过程中会面临诸多问题：1、在试验前需要准备诸多仪器和材料，如零温瓶、低温瓶、电位差计、铜-康铜热电偶、试样盒、氯化钠、氯化钾、氯化镁、沙子等，在试验前进行现场组装非常麻烦和低效；2、试验时所需的低温溶液需要提前制备，氯化钠、氯化钾、氯化镁混合溶液需要在-30℃温度下冻结2-3天才能冻结成满足试验要求的冰块，费时费力；3、在试验时需要一分钟读取一次电位差计读数，由于试验所需时间较长（通常需要数个小时），因此试验记录任务繁重；4、试验得到的数据为电位差需要换算才能得到试验时的温度等。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种冻土起始冻结温度的测量装置，它能自动完成测试任务，试验结束时输出数据，装置自动关闭，测量精度高、方便快捷、省时省力。
本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括低温水浴装置、试样盒、热电阻、数据采集仪、中间继电器和交流接触器，低温水浴装置通过管道连接试样盒的中空壁，试样盒内填满试样，热电阻置于试样中，数据采集仪的输入通道连接热电阻，数据采集仪的控制端通过中间继电器连接到交流接触器，交流接触器接在低温水浴装置的供电线路上。
本发明的工作原理是：低温水浴装置向试样盒的中空壁灌注冷冻液（根据试验设计方案选择合适的冷冻液，一般选择酒精为冷冻液），给试样盒降温，热电阻放置在试样盒的试样内测量温度，数据采集仪相同间隔时间记录温度并输出数据，数据采集仪设置有报警温度，当热电阻测量温度达到报警温度时数据采集仪发出报警信号，报警信号经过中间继电器传递到安装在电路中的交流接触器上，交流接触器切断电路，低温水浴装置停止运行；读取数据采集仪时间-温度数据，试验曲线由过冷、跳跃、恒定和递降四个阶段组成，恒定阶段的温度即为冻土起始冻结温度。
本发明的技术效果是：解决了现有冻土起始冻结温度测试技术的问题，自动完成测试任务，试验结束时输出数据，装置自动关闭，测量精度高、方便快捷、省时省力。
附图说明
本发明的附图说明如下：
图1为本发明的原理结构图；
图2为试样盒的结构示意图；
图3为图2中盒体的内部结构图；
图4为低温水浴装置原理结构图。
图中，1、低温水浴装置；11、压缩机；12、冷凝器；13、过滤器；14、蒸发器；15、温度控制器；16、冻水循环泵；
2、试样盒；21、盒体；22、试样盒盖；23、手柄柱；24、通孔；25、冷冻液进口；26、冷冻液出口；3、热电阻；4、数据采集仪；5、交流接触器；6、中间继电器。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：
如图1所示，本发明包括低温水浴装置1、试样盒2、热电阻3、数据采集仪4、交流接触器5和中间继电器6，低温水浴装置1通过管道连接试样盒2的中空壁，试样盒内填满试样，热电阻3置于试样中，数据采集仪4的输入通道连接热电阻3，数据采集仪4的控制端通过中间继电器6连接交流接触器5，交流接触器5接在低温水浴装置1的供电线路上。
如图2和图3所示，所述试样盒2包括盒体21和试样盒盖22，盒体21与试样盒盖22合盖成一体，试样盒盖22上设有手柄柱23，手柄柱3中心开有安装热电阻的通孔24；盒体21内腔用于盛装冻土试样，盒体壁为中空壁，中空壁下部接有冷冻液进口25，中空壁上部接有冷冻液出口26。
如图4所示，所述低温水浴装置1包括压缩机11、冷凝器12、过滤器13、蒸发器14、温度控制器15和冷水循环泵16，冷冻液和制冷剂在蒸发器14进行热交换，降低冷冻液温度；冷水循环泵16实现冷冻液在低温水浴装置1与试样盒2之间循环。
如图1所示，低温水浴装置1与交流接触器5串联接入供电线路中，在数据采集仪4设定报警温度，报警温度为低温水浴温度；数据采集仪报警输出端通过中间继电器6接入交流接触器5，试样盒2的冷冻液进口25、冷冻液出口26与低温水浴装置1相连，冷冻液进入试样盒2中空壁内，降低试样环境温度，试样在低温环境中开始冻结，热电阻引线与数据采集仪4相连，数据采集仪4实时读取试样内部温度。
试验结束时，读取数据采集仪的时间-温度数据，试验曲线由过冷、跳跃、恒定和递降四个阶段组成，恒定阶段的温度即为冻土起始冻结温度。试样完全冻结后试样内部温度会不断降低至低温水浴温度，当试样内部温度达到低温水浴温度时数据采集仪4发出报警信号，报警信号通过中间继电器6传递到交流接触器5，交流接触器5切断低温水浴装置1的电源，试验结束。

Claims (2)

1.一种冻土起始冻结温度的测量装置，其特征是：包括低温水浴装置（1）、试样盒（2）、热电阻（3）、数据采集仪（4）、交流接触器（5）和中间继电器（6），低温水浴装置（1）通过管道连接试样盒（2）的中空壁，试样盒内填满试样，热电阻（3）置于试样中，数据采集仪（4）的输入通道连接热电阻（3），数据采集仪（4）的控制端通过中间继电器连接在交流接触器（5），交流接触器（5）接在低温水浴装置（1）的供电线路上。
2.根据权利要求1所述的冻土起始冻结温度的测量装置，其特征是：所述试样盒（2）包括盒体（21）和试样盒盖（22），盒体（21）与试样盒盖（22）合盖成一体，试样盒盖（22）上设有手柄柱（23），手柄柱（23）中心开有安装热电阻的通孔（24）；盒体（21）内腔用于盛装冻土试样，盒体壁为中空壁，中空壁下部接有冷冻液进口（25），中空壁上部接有冷冻液出口（26）。
CN201811240539.9A 2018-10-24 2018-10-24 一种冻土起始冻结温度的测量装置 Active CN109506794B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811240539.9A CN109506794B (zh) 2018-10-24 2018-10-24 一种冻土起始冻结温度的测量装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811240539.9A CN109506794B (zh) 2018-10-24 2018-10-24 一种冻土起始冻结温度的测量装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109506794A true CN109506794A (zh) 2019-03-22
CN109506794B CN109506794B (zh) 2021-04-27

Family

ID=65746152

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811240539.9A Active CN109506794B (zh) 2018-10-24 2018-10-24 一种冻土起始冻结温度的测量装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109506794B (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10332095A (ja) * 1997-05-28 1998-12-15 Taisei Corp 低温地下式貯槽の側部ヒーター
CN1869620A (zh) * 2005-05-25 2006-11-29 中国石油天然气股份有限公司 一种化学反应热的测定方法和装置
CN101750167A (zh) * 2009-12-17 2010-06-23 中国矿业大学 结冰温度传感器及其测量方法
CN102854384A (zh) * 2011-06-30 2013-01-02 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 一种测量冻土试验中相变过程温度和电阻率分布的装置
CN203224406U (zh) * 2013-03-18 2013-10-02 长江水利委员会长江科学院 单向冻结冻融循环三轴仪
CN104316391A (zh) * 2014-10-10 2015-01-28 同济大学 模拟人工地层冻结法的冻融试验模型装置及方法
CN104748879A (zh) * 2013-12-30 2015-07-01 北京南口轨道交通机械有限责任公司 精选机磁极测温装置
CN105675157A (zh) * 2015-11-09 2016-06-15 广州齐天冷链科技有限公司 蓄冷状态判定方法及其判定仪
CN205507575U (zh) * 2016-04-05 2016-08-24 西安科技大学 一种冻土低温特性分析用温控装置
CN107192912A (zh) * 2017-07-14 2017-09-22 国网河南省电力公司濮阳供电公司 配电箱故障检测电路

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10332095A (ja) * 1997-05-28 1998-12-15 Taisei Corp 低温地下式貯槽の側部ヒーター
CN1869620A (zh) * 2005-05-25 2006-11-29 中国石油天然气股份有限公司 一种化学反应热的测定方法和装置
CN101750167A (zh) * 2009-12-17 2010-06-23 中国矿业大学 结冰温度传感器及其测量方法
CN102854384A (zh) * 2011-06-30 2013-01-02 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 一种测量冻土试验中相变过程温度和电阻率分布的装置
CN203224406U (zh) * 2013-03-18 2013-10-02 长江水利委员会长江科学院 单向冻结冻融循环三轴仪
CN104748879A (zh) * 2013-12-30 2015-07-01 北京南口轨道交通机械有限责任公司 精选机磁极测温装置
CN104316391A (zh) * 2014-10-10 2015-01-28 同济大学 模拟人工地层冻结法的冻融试验模型装置及方法
CN105675157A (zh) * 2015-11-09 2016-06-15 广州齐天冷链科技有限公司 蓄冷状态判定方法及其判定仪
CN205507575U (zh) * 2016-04-05 2016-08-24 西安科技大学 一种冻土低温特性分析用温控装置
CN107192912A (zh) * 2017-07-14 2017-09-22 国网河南省电力公司濮阳供电公司 配电箱故障检测电路

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XUERUI WU 等: "《Initial results for near surface soil freeze-thaw process detection using GPS-Interferometric Reflectometry》", 《2016 IEEE INTERNATIONAL GEOSCIENCE AND REMOTE SENSING SYMPOSIUM (IGARSS)》 *
刘宗超: "湿土冻结温度及其测定", 《中国矿业学院学报》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109506794B (zh) 2021-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104792818B (zh) 将土中水相变潜热进行能量替代的黏土冻结阶段比热计算方法
CN109997949A (zh) 一种冰淇淋机料盆冷控装置及冷控方法及其冰淇淋机
CN104749011A (zh) 一种单向冻融循环土样的制备装置
CN109490350A (zh) 气冷式土体冻胀试验装置及试验方法
CN106770436B (zh) 基于混合量热法的冻土比热计算方法
CN104251750A (zh) 水三相点瓶自动冻制与保存装置及方法
CN108645114A (zh) 一种空气辅助制冷的智慧型节能冷冻设备
CN109506794A (zh) 一种冻土起始冻结温度的测量装置
CN105841415B (zh) 一种海冰制备装置及方法
CN202420046U (zh) 可视化动态水过冷冻结实验装置
CN106525893A (zh) 一种路面半刚性基层材料冻融试验机
CN204346611U (zh) 水三相点瓶自动冻制与保存装置
CN110108748B (zh) 冻胀实验装置
CN204536073U (zh) 一种制备单向冻融循环土样的装置
CN102207477B (zh) 一体震荡式渗透压仪制冷组件
Brown et al. Freezing of nonwoody plant tissues: III. Videotape micrography and the correlation between individual cellular freezing events and temperature changes in the surrounding tissue
CN113281482A (zh) 一种模拟水体结冰和消融过程污染物迁移转化的试验装置
CN206399870U (zh) 路面半刚性基层材料冻融试验机
RU180198U1 (ru) Жидкоазотно-термоэлектрический термостат лабораторного назначения
Murray et al. Freezing of water drops
CN210465135U (zh) 一种盐-湿-热作用下沥青混凝土力学性能加速实验装置
CN111189880A (zh) 可考虑对流传热作用的低温裂隙岩体传热试验系统及方法
CN202057618U (zh) 一体震荡式渗透压仪制冷组件
CN202521983U (zh) 即时出冰风冷冰浆系统
CN211061451U (zh) 一种改进的浸入式冰核测量实验冷台

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant