CN114112772A - 一种检测试样吸水率的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种检测试样吸水率的装置及方法，该装置包括柱形容器，其用于盛装试验用的液体；多个检测仓，其由多个隔板在该柱形容器内部分隔而形成，试样放置于在每个检测仓中；多个传感器组，该传感器组包括液位传感器和温度传感器，并且多个该传感器组一一对应地设置于多个该检测仓中，以检测对应检测仓中的液面高度和液体温度；以及主控设备，其与多个该传感器组通信连接，以将每个检测仓中的液面高度信息和液体温度信息导向外部设备。通过该装置，能够同时检测多个试样的吸水率，提高检测效率，并且操作简便，准确度高，并通过对比可以排除结果异常的某些试样的检测结果。

Description

一种检测试样吸水率的装置及方法
技术领域
本发明涉及煤矿开采技术领域，并且更具体地，涉及一种检测试样吸水率的装置及方法。
背景技术
岩石吸水率是表示物体在正常大气压下吸水程度的物理量，用百分率来表示。判别岩石石质好坏最常用的办法是判别其吸水率，吸水率低证明岩石的密度高，抗污染的性能也强。吸水率高则岩石内核硬质已被侵蚀，质量显然是大打折扣。随着岩石开采量的日益增多，为了评价某些建筑材料矿产的质量，如监测岩石微裂隙的发育程度，判断一些岩石的抗冻和抗风化等性能，为矿山开采设计以及解决有关工程地质等问题提供资料依据，均需要测定岩石吸水率。
现有技术中存在多种用于测定岩石吸水率的方法，例如石孔隙滴水法和自由吸水法。工厂通常会用石孔隙滴水法(即在岩石的孔隙上滴点水)来指导消费者辨别岩石的好坏：渗水快，吸水率就高；渗水慢，吸水率就低。石孔隙滴水法，尽管常用，也有必然的道理，但已不是最佳的测试方法了。岩石出采石场后到进入市场前通常都会通过一道锻造并干燥的工序，对于这种岩石，用滴水法能够检修，而对存放一段时间的岩石再用就不精确了。而假如岩石的吸水率比较高，久置于潮湿的空气中，岩石中的含水量会添加，如果用滴水法判别，岩石也会滴水不渗，因而无法标明其吸水率高低。因此目前，岩石吸水率通常采用自由吸水法测定，其饱和吸水率通常采用煮沸法或真空抽气法测定，现在用的较多的是岩石吸水率测试仪，但其测试步骤较繁琐，需分别测试干试样及浸水后试样的重量，且浸水后擦拭试样对于实验结果的影响程度仍未可知。另外，为避免实验结果的偶然性，此类试验通常需对同一地点的多块岩石试样进行检测，这种情况下采用通用的吸水率测试仪则不能满足同时检测多块岩石试样的要求。
发明内容
针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种基于多仓同步检测的试样吸水率检测装置及方法，其通过设置多个检测仓，能够在同一环境下同时检测多个试样的吸水率，多组试验同步进行，同步观测，提高了检测效率，并且操作简便，准确度高。
第一方面，本申请提供了一种检测试样吸水率的装置，其包括柱形容器，其用于盛装试验用的液体；多个检测仓，其由多个隔板在该柱形容器内部分隔而形成，试样放置于在每个检测仓中；多个传感器组，该传感器组包括液位传感器和温度传感器，并且多个该传感器组一一对应地设置于多个该检测仓中，以检测对应检测仓中的液面高度和液体温度；以及主控设备，其与多个该传感器组通信连接，以将每个检测仓中的液面高度信息和液体温度信息导向外部设备。通过该装置，能够同时检测多个试样的吸水率，提高检测效率，并且操作简便，准确度高，并通过对比可以排除结果异常的某些试样的检测结果。
在第一方面的一个实施方式中，该检测仓由隔网分隔为试样区和检测区，该试样区用于放置试样，该检测区用于设置传感器组。通过该实施方式，能够有效地减少试样上可能掉落的碎屑造成的对检测区的污染，以及由此导致的液面高度数值的不准确。
在第一方面的一个实施方式中，该柱形容器的底壁居中地设置有向上延伸的凸起部，该凸起部内开设有向下开口的容纳腔，该主控设备设置于该容纳腔中，该检测区靠近该主控设备，该试样区远离该主控设备。通过该实施方式，能够便于主控设备和传感器组之间的布线，提高数据传输的准确性，同时能够减小该装置的体积。
在第一方面的一个实施方式中，每个该检测仓内的试样的吸水率通过以下公式计算：
w＝m/Μ
m＝ρ1·S底·H1-ρ2·S底·H2
其中，m为试样吸入的液体质量，g；M为试样的初始质量，g；ρ1为液体在初始温度下的密度，g/cm3；ρ2为液体在试验结束时的液体温度下的密度，g/cm3；S底为每个检测仓的底面积，cm2；H1为放入试样后的液面高度，cm；H2为试验结束时的液面高度，cm。
在第一方面的一个实施方式中，还包括显示器，其用于接收并显示来自该主控设备的关于每个检测仓的液面高度信息和液体温度信息。通过该实施方式，使得操作人员通过显示器即可实时观测每个检测仓内的液体温度变化和液面高度变化。
在第一方面的一个实施方式中，还包括报警器，其与该主控设备电连接，并能够在该主控设备的控制下发出用于指示试验结束的报警信号。通过该实施方式，能够使得操作人员能够确定试验的结束，提高检测效率的同时还能够提高准确性。
在第一方面的一个实施方式中，还包括密封盖，其在试验过程中盖合在该柱形容器上。通过该实施方式，能够防止外界物质进入容器内部以及容器内部液体的蒸发造成的液面高度误差。
在第一方面的一个实施方式中，该柱形容器的尺寸为Φ60mm×110mm。
在第一方面的一个实施方式中，该装置包括6个检测仓。
在第一方面的一个实施方式中，在柱形容器的外壳内部填充有保温材料。通过该实施方式，能够保证容器内部液体的温度不会下降过于剧烈，影响检测结果的准确性。
第二方面，本申请还提供了一种利用第一方面及其任一实施方式的装置检测试样吸水率的方法，包括：步骤1，将多个大小形状相同的试样分别标号，称量初始质量；步骤2，分别在多个检测仓中注入液体至淹没传感器的检测探头；步骤3，分别按照所标序号同时将多个试样放入对应检测仓中；步骤4，针对每个检测仓，记录初始时刻液位传感器的数值和温度传感器数值的数值，确定初始温度下的液体密度，并发送给该主控设备；步骤5，预设时间后，试验结束，针对每个检测仓，分别记录下结束时刻的液位传感器的数值和温度传感器的数值，确定结束温度下的液体密度，并发送给该主控设备；步骤6，根据步骤1、4和5中的数据获取该试样的吸水率。
本发明提供的用于检测试样吸水率的装置及方法，相比于现有技术，能够同时检测多个试样的吸水率，即同步进行多组试验，同步观测，提高了检测效率，并且能够通过相互对比排除结果异常的试样检测结果，操作简便，准确度高。
上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本发明的目的。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1显示了根据本发明实施例的用于检测试样吸水率的装置的立体图；
图2显示了根据本发明实施例的用于检测试样吸水率的装置的沿着图1中的A-A线的横截面示意图；
图3显示了根据本发明实施例的用于检测试样吸水率的装置的俯视图；
图4显示了根据本发明实施例的用于检测试样吸水率的方法的示意性流程图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
附图标记清单：
100-装置；110-柱形容器；111-凸起部；112-容纳腔；113-导线通道；114-液体排放阀；120-检测仓；121-隔网；122-试样区；123-检测区；130-传感器组；131-液位传感器；132-温度传感器；133-大气压力变送器；140-主控设备；150-隔板；160-试样；170-显示器；180-报警器；190-密封盖。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
本发明提供的试样检测装置可以适用于多个行业领域，用于检测多种固体试样的吸水率，如岩石、陶瓷、混凝土块等。同样应理解，本文所指的试样应当为固体块状试样。
图1为本申请提供的检测试样吸水率的装置100的立体图。如图1所示，该装置100包括柱形容器110、多个检测仓120、传感器组130以及主控设备140，其中，该柱形容器110为上部开口的容器以用于盛装试验用的液体，该多个检测仓120由多个隔板150在容器内腔中分隔而形成，在每个检测仓120中均放置有试样160，该隔板150的高度应当始终高于容器内部盛装的液体的液面高度。
在优选实施例中，如图1所示，该柱形容器110为圆柱形容器，然而本领域技术人员应当理解，其他形状(例如棱柱)的容器同样能够适用于本发明的技术方案。作为示例，下文将以图1中的圆柱形容器进行解释和说明。
优选地，该柱形容器110的内腔由6个隔板150分隔为6个检测仓120，使得最多能够同时检测6个试样的吸水率。更优选地，在6个检测仓120沿着柱形容器110的周向均匀分布，使得每个检测仓120的横截面为扇形(如图3所示)，该扇形的圆心角为60°。
在每个检测仓120内部可以一一对应地设置传感器组130，其中，该传感器组130包括液位传感器131和温度传感器132，液位传感器131用于检测该检测仓120中的液面高度，温度传感器132用于检测该检测仓120内的液体温度，该液面高度信息和液体温度信息会被发送给主控设备140。通常，在正常条件下，当试样位于液体中时，部分液体会进入该试样的孔隙当中，造成液面高度的下降；同时，液体温度也会随着时间的进行而略微降低。
可选地，该主控设备140与传感器组130和/或外部设备之间可以采用无线通信，也可以采用有线通信，本发明在此不作限定。在图1和图2所示的有线通信实施例中，在该柱形容器110的底壁上固定设置有想着容器开口方向延伸的凸起部111，该凸起部111内部开设有向下的容纳腔112以用于(通过固定装置如螺钉、螺栓或粘结剂)容纳主控设备140于其中，该主控设备140分别经由开设于凸起部111顶部和底部的开孔与传感器组130以及外部设备通过导线电连接，其用于为各传感器供电并提供数据处理。在该柱形容器110的外壳内部还开设有导线通道113，以用于连接主控设备140与外部设备的导线通过。
应理解，该凸起部111与底壁之间可以为分离式部件，也可以为一体成型结构；在前者的情况下，凸起部111与底壁的连接处应当设置密封机构，以避免容器内腔中的液体流入容纳腔112中而造成内部主控设备140的损坏。同时，往容器内腔中注入的液体的量应当使得在试验过程中凸起部111的高度始终高于液面高度，避免液体从凸起部111顶部开孔中进入容纳腔112中，造成主控设备140的损坏。
在该实施例中，多个隔板150固定设置于容器内壁与该凸起部111之间，以将内腔分隔为多个检测仓。应当理解，隔板150应当设置成使得相邻检测仓之间为完全隔绝且互不干扰。为了这个目的，该隔板150应当由绝热材料制成。
可选地，该隔板150、该凸起部111以及该柱形容器110一体成型。
在每个检测仓120中，在该柱形容器110的底部均开设有液体排放孔，其通过液体排放管路汇聚于开设在容器外壁上的液体排放口，在液体排放口处设置有液体排放阀阀114，以在实验结束时通过这些液体排放孔将容器中的液体排出。
在优选实施例中，该装置100还包括显示器170，其可选地设置于该柱形容器110的外壁上，并与主控设备140电连接，以用于接收并(通过组态界面表格)显示来自于主控设备140的关于每个检测仓120的液体温度信息和液面高度信息，并通过内置的存储设备将上述数值存储以便导出至外部计算机设备观察液面高度变化波形图。同时，该显示器170设置有复位按钮，以在一组实验结束后使屏幕上的表格复位，待下一组数值信息输入。
在另一优选实施例中，该装置100还可以包括报警器180，其可以如图2和2所示地设置于显示器170上并与主控设备140通信连接，在试验达到预设时间时，主控设备140发出高电平，控制报警器180发出报警信号，提示操作人员试验结束。可选地，该报警器180为蜂鸣器或者报警信号灯等。
由于每次试验后，试样在浸泡过程中菠萝的碎屑溶解在液体中，使液体密度增大，从而使得液位传感器131金属探头检测到的压力数值较大，就需要在每次测试过后清洁容器，而传感器落屑后清洁较繁琐。因此，在一个实施例中，在每个检测仓120内还可以包括隔网121，以将检测仓120分隔为试样区122和检测区123，其中，试样区122用于放置试样，检测区123用于设置对应的传感器组130于其中。通过这种方式，隔网121可以防止大粒径分子通过，一定程度上较少检测区污染，并且提高液位传感器131的检测精度。
优选地，该检测区123靠近凸起部111定位，试样区122远离凸起部111定位，这样可以便于检测区内的传感器组130与凸起部111中的主控设备140之间的布线。
可选地，该隔网121可以连接每个检测仓120两侧的隔板150(如图1和图3所示)，也可以连接其中一个隔板150与容器内壁。另外，该隔网121可以有多种材料制成，例如金属或高分子材料(如聚合物)，只要其不与所盛装的液体以及试样发生反应(化学反应或电化学反应)。
优选地，如图1和图2所示，本申请的装置100还可以包括密封盖190，其用于在试验过程中盖合在柱形容器110的开口上，防止外界物质进入容器内部以及容器内部液体的蒸发造成的液面高度误差。更优选地，在密封盖190内壁和柱形容器110的顶部外壁之间设置有密封条，以进一步确保密封效果。
该柱形容器110的尺寸可以为Φ60mm×110mm，并且其可以由不锈钢材料制成。
在优选实施例中，在柱形容器110的外壳内部填充有保温材料(未显示)，这可以使得容器内部液体的温度不会下降太多，保证了检测结果的准确性。
在容器内壁上还可以设置大气压力变送器133。
此外，在本发明提供的装置100中，试验用的液体可以采用本领域技术人员所熟知的液体，例如水、油或者乙醇等。优选地，试验用液体为水。
以本申请的6个检测仓为例，在利用本发明提供的装置100对试样进行吸水率测试时，可以按照如图4所示的方法200进行：
S210、将6个大小形状相同的试样160分别标号1-6，称量其初始质量M，并记录质量读数大小；
S220、分别在6个检测仓120中注入液体至淹没传感器的检测探头；
S230、分别按照所标序号同时将试样160放入对应检测仓120中，待液面稳定后盖上密封盖190；
S240、针对每个检测仓120，记录初始时刻液位传感器131的数值H1和温度传感器数值132的数值T1，发送给主控设备140，以水为例，通过表1确定T1温度下的液体密度ρ1；
S250、预设时间(例如30分钟，可通过主控设备140设定)后，报警器180报警，试验结束，针对每个检测仓120，分别记录下此刻的液位传感器131的数值H2和温度传感器T2的数值，发送给主控设备140，同样通过表1确定T2温度下的液体密度ρ2；
S260、利用S210、S240和S250中的数据获取试样的吸水率。
具体地，主控设备140中内置的微型计算机预设程序通过如下公式计算每个检测仓120内的试样的吸水率w；并将计算结果传输至人机界面显示屏。
w＝m/Μ
m＝ρ1·S底·H1-ρ2·S底·H2
其中，m为试样吸入的液体质量，g；M为试样的初始质量，g；ρ1为液体在初始温度下的密度，g/cm3；ρ2为液体在试验结束时的液体温度下的密度，g/cm3；S底为每个检测仓的底面积，cm2；H1为放入试样后的液面高度，cm；H2为试验结束时的液面高度，cm。
表1水温与密度对照表
Figure BDA0002659690840000081
可选地，该方法200还包括：
S270、通过显示器170的接口将每个检测仓120的液面高度信息(通过RS485通讯线)导出至外部计算机设备，并在计算机设备上查看液面高度数值变化波形图。
通过上述步骤7，可以通过波形图的曲线斜率很直观地观察各个检测仓内的试样的吸水速率，并可以将明显结果异常于其他试样的试样的检测结果排除，提高检测精度。
利用本发明提供的用于检测试样吸水率的装置及方法，能够同时检测多个试样的吸水率，即同步进行多组试验，同步观测，提高了检测效率，并且能够通过相互对比排除结果异常的试样检测结果，操作简便，准确度高。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (10)

1.一种检测试样吸水率的装置，其特征在于，包括：
柱形容器，其用于盛装试验用的液体；
多个检测仓，其由多个隔板在所述柱形容器内部分隔而形成，试样放置于在每个检测仓中；
多个传感器组，所述传感器组包括液位传感器和温度传感器，并且多个所述传感器组一一对应地设置于多个所述检测仓中，以检测对应检测仓中的液面高度和液体温度；以及
主控设备，其与多个所述传感器组通信连接，以将每个检测仓中的液面高度信息和液体温度信息导向外部设备。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测仓由隔网分隔为试样区和检测区，所述试样区用于放置试样，所述检测区用于设置传感器组。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述柱形容器的底壁居中地设置有向上延伸的凸起部，所述凸起部内开设有向下开口的容纳腔，所述主控设备设置于所述容纳腔中，所述检测区靠近所述主控设备，所述试样区远离所述主控设备。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，每个所述检测仓内的试样的吸水率通过以下公式计算：
w＝m/Μ
m＝ρ1·S底·H1-ρ2·S底·H2
其中，m为试样吸入的液体质量，g；M为试样的初始质量，g；ρ1为液体在初始温度下的密度，g/cm3；ρ2为液体在试验结束时的液体温度下的密度，g/cm3；S底为每个检测仓的底面积，cm2；H1为放入试样后的液面高度，cm；H2为试验结束时的液面高度，cm。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，还包括显示器，其用于接收并显示来自所述主控设备的关于每个检测仓的液面高度信息和液体温度信息。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，还包括报警器，其与所述主控设备电连接，并能够在所述主控设备的控制下发出用于指示试验结束的报警信号。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，还包括密封盖，其在试验过程中盖合在所述柱形容器上。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括6个检测仓。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，在柱形容器的外壳内部填充有保温材料。
10.一种利用如权利要求1至9中任一项所述的装置检测试样吸水率的方法，其特征在于，包括：
步骤1，将多个大小形状相同的试样分别标号，称量初始质量；
步骤2，分别在多个检测仓中注入液体至淹没传感器的检测探头；
步骤3，分别按照所标序号同时将多个试样放入对应检测仓中；
步骤4，针对每个检测仓，记录初始时刻液位传感器的数值和温度传感器数值的数值，确定初始温度下的液体密度，并发送给所述主控设备；
步骤5，预设时间后，试验结束，针对每个检测仓，分别记录下结束时刻的液位传感器的数值和温度传感器的数值，确定结束温度下的液体密度，并发送给所述主控设备；
步骤6，根据步骤1、4和5中的数据获取所述试样的吸水率。
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