CN114705605B - 一种集-散两态普适型多孔材料孔隙率测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集‑散两态普适型多孔材料孔隙率测量装置，包括上端开放的筒体、收卷腔体，在筒体内部转动设置有上套环，下套环下端面设有内套筒，沿上套环的周向在其外圆周壁上设有上齿圈，在内套筒的下端外圆周壁设有下齿圈，在筒体底部至少设有两个顶升机构，在外套筒外壁上开有注浆孔，筒体底部开有与注水管连通的通孔；联动组件分别与上齿圈、下齿圈配合以带动外套筒、内套筒转动，在上套环与下套环内部分别设有开合机构。本发明分别实现不同种类的多孔介质孔隙率的测量，通过双密度法在短时间内换算出该多孔介质的孔隙率，实现了岩样总体积测定的自动化，减小测定过程中的人为误差，为试样总体积测试误差的有效控制奠定了基础。
Description
技术领域
本发明涉及孔隙测量技术领域，尤其涉及一种集-散两态普适型多孔材料孔隙率测量装置。
背景技术
多孔介质是指内部含有许多微小孔洞，孔洞之间具有一定程度的连通性，一定条件下，流体可通过微小孔洞(孔喉)进行流动的固体介质。孔隙率是指如混凝土沙石、岩芯、黏土等块状多孔介质固体材料在自然状态下，材料内存在的孔隙的体积之和与其总体积相比的值。多孔介质的孔隙率测定是目前绝大多数实际工程常测项目及高校教学科目。因其内部存在大量不规则、多尺度的微观孔隙，这些微观孔隙与其物理性质、化学性质、孔隙结构以及内部流体的渗流特征都有密切的联系。
孔隙普遍存在于我们的生产、生活中。由于工程技术的发展，人们开始追求更加便捷、更加经济，省时省力的测定装置，人们在改善这类装置方面进行了大量的探索和研究，也生产出了许多新型的产品，在生产与科研实践中发现，相同的试样不同实验室孔隙率测定结果存在差异，给孔隙率资料的应用带来了困扰，孔隙率测定面临着新的挑战。
因此，发展多孔介质试样总体积测定技术，研发试样总体积测定专用设备，有效控制试样总体积测试误差，对于提升孔隙率测试水平，减小各工程单位及实验室孔隙率测试结果差异具有重要意义。
发明内容
本发明目的在于提供一种集-散两态普适型多孔材料孔隙率测量装置，以解决上述问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种集-散两态普适型多孔材料孔隙率测量装置，包括上端开放的筒体，在所述筒体内部设有呈环形的收卷腔体，收卷腔体内设有与收卷环，热缩膜的一端沿收卷环的周向缠绕在其外圆周壁上，热缩膜另一端活动贯穿收卷腔体后竖直向下延伸，在筒体内部转动设置有上套环，上套环下端面设有与之同轴的外套筒，在外套筒内圆周壁上设有下套环，下套环下端面设有内套筒，沿上套环的周向在其外圆周壁上设有上齿圈，在内套筒的下端外圆周壁设有下齿圈，在筒体底部至少设有两个顶升机构，在外套筒外壁上开有注浆孔，注浆孔与送料管连通，筒体底部开有与注水管连通的通孔；
还包括两个设置在外套筒外壁与筒体内壁之间的联动组件，联动组件分别与上齿圈、下齿圈配合以带动外套筒、内套筒转动，在上套环与下套环内部分别设有开合机构，开合机构用于实现上套环、下套环横截面的开闭。针对现有技术中无法对多孔介质的孔隙率进行有效的测定，特别是不同种类的多孔介质固体材料的测试时，需要对应设置出不同类型的测定装置，以确保孔隙率的测量精度；对此，申请人设计出一种均适型多孔材料孔隙率的测量装置，以方便就同一测量装置分别实现不同种类的多孔介质孔隙率的测量，测量对象包括混凝土砂石、岩芯以及黏土等，通过向呈筒状的热缩膜填充多孔介质，送料管通过注浆孔向内套筒中先后注入热风以及蜡液，进而使得热缩膜以及冷却后的蜡块束缚在成型的试样介质外壁上，最后通过试样总体积的测定、试样密度、颗粒密度测定及计算，通过双密度法在短时间内换算出该多孔介质的孔隙率，实现了岩样总体积测定的自动化，减小测定过程中的人为误差，为试样总体积测试误差的有效控制奠定了基础。其中，通过阿基米德原理换算得出试样总体积、通过真空饱水且烘干至恒重，换算得出试样内部孔隙体积。
具体工作原理如下：初始状态下，顶升机构将位于下方的开合机构顶升至靠近位于上方的开合机构，两个开合机构之间的间隔距离偏小，缠绕在收卷环上的热缩膜由收卷腔体中移动，此时联动组件将位于上方的开合机构打开，使得呈筒状的热缩膜顺利穿过上方的开合机构后与下套环内壁连接，此时开始向热缩膜内填充多孔介质，且顶升机构随多孔介质填充量的增加开始带动内套筒下移，直至填充量满足测试需求时，顶升机构停止工作，联动组件带动上套环中的开合机构关闭，同时对热缩膜进行紧固，并通过筒体上段侧壁设置的开口沿热缩膜最上端的紧固点将其剪断，此时固定在两个开合机构之间的多孔介质试样在热缩膜的周向限定下初步成型，然后再通过注浆孔向外套筒内注入热空气，热缩膜受热开始收缩，进而增大对多孔介质的周向约束力，停止注入热空气后，再通过注浆孔向外套筒与热缩膜之间的环空部分浇筑蜡液，通过蜡封将多孔介质试样完全定型呈圆柱状，即初步得出符合要求的试样砂柱，顶升机构上移，上套环中的开合机构打开，以方便测试人员将试样取出，通过阿基米德原理测量出试样的总体积V；将砂柱试样封闭的上端重新开放，再将砂柱试样放入筒体内部，然后顶升机构下移，带动内套筒下端面移动至与筒体底部内壁接触，此时在热缩膜上端开放、下套环内的开合机构打开的前提下，通过注水管向内套筒中注入磁流体、水、乙醇、煤油等测量介质，同时利用注浆孔将内套筒中的空气向外排出，确保试样在真空环境下被完全浸透，即实现试样的真空饱水，测量介质停留在内套筒与外套筒中一段时间，然后再将内套筒中的测量介质完全外排，对饱水状态下的试样进行称重，记录试样在饱水状态时的重量，即湿重mwet，再次通过通孔向内套筒中注入热空气，使得试样重新被烘干至恒重，得到md；通过上述操作可逐步得到所需要的测量数据，如试样的总体积V、填充砂粒的重量m0、蜡封后的试样重量mws等，通过换算以得出该种多孔介质的孔隙率。需要指出的是，本技术方案中注浆孔内设有电磁阀，外套筒中的蜡液无法通过注浆孔向外倒灌，可依次通过注浆孔向外套筒内部注入热空气、蜡液以及向外排出空气等操作，并且内套筒在下移的过程中，上套环与外套筒之间实现动密封，而内套筒下端面与筒体底部内壁之间在接触时同样经过密封处理，进而确保测量数据的准确性。
两个所述开合机构向背设置，两个联动组件能分别带动两个开合机构单独进行开闭；所述开合机构包括外套环，沿外套环的周向在其内圆周壁上开有呈环形的底板，在外套环内圆周壁上设有环形齿带，在所述底板上铰接设置有多个扇形板，相邻的两个扇形板之间通过弧形杆铰接，沿外套环的周向在其内圆周壁上设有与之同轴的随动环，每一个弧形杆均通过弧形的支杆与随动环连接，在每一个弧形板的外侧壁上均设有与环形齿带啮合的齿牙；且在位于上方的开合机构中，环形齿带位于随动环的下方，随动环的上端面与上套环内壁连接，外套环的下端面与外套筒上端面连接；且在位于下方的开合机构中，环形齿带位于随动环的上方，外套环的上端面与下套环的下端面连接，随动环的下端面与内套筒的上端面连接。进一步地，两个开合机构背向设置，以保证在试样成型时其两端面的平整，在对筒体轴线方向上的流通截面进行开闭调整时，根据测量需要，两个开合组件可在两个联动组件的调整下进行单独的开闭动作，且在本技术方案中，有且仅有热缩膜中的多孔介质填充完毕后，两个开合机构才会同时关闭，两个开合机构在其余过程中均呈一开一闭的状态；具体操作时，热缩膜由收卷腔体中移出后，联动组件启动，只带动上齿圈转动，进而使得与上齿圈连接的随动环开始转动，而外套环与外套筒保持静止，转动随动环依次带动多个弧形杆、多个支杆以及多个扇形板转动，同时弧形板外侧壁上的齿牙与环形齿带啮合，直至由多个扇形板封闭的流通截面完全打开，联动组件停止工作，热缩膜穿过上套环后移动至下套环中，并与之下套环内壁连接，此时开始沿环形的收卷腔体中填充多孔介质，而顶升机构带动内套筒同步下移，直至得到测定所需的试样高度，然后重新启动联动组件，使得上套环内的扇形板重新将流通截面封闭，同时注浆孔内先后注入热空气与蜡液，待蜡液冷却后即得到所需的完整试样；最后顶升机构继续下移，带动内套筒下移至与筒体底部内壁接触，联动组件再次启动并将下套环内的多个扇形板打开，同时经注水管向通孔内注入测量介质，以完成后续各项数据的测量。需要指出的是，上套环中扇形板不仅能对填充多孔介质的热缩膜上端进行封口处理，还能将热缩膜在与多孔介质最上端齐平的位置完全切除，位于下套环中的底板以及扇形板则能作为热缩膜中多孔介质的底部支撑面，确保蜡封后的试样上下两个端面的平整度，以方便后续数据测量的顺利进行。
所述联动组件包括上驱动电机、下驱动电机以及固定在筒体底部的底座，上驱动电机与下驱动电机背向设置，底座上设有轴线与筒体轴线平行的联动杆，下驱动电机的输出端与联动杆连接，上驱动电机的输出端与连杆连接，沿联动杆的轴线在其外壁上开有滑槽，在联动杆上套设有与下齿圈啮合的下齿轮，在所述内套筒下端外圆周壁上设有凸缘，下齿圈固定在凸缘的上表面，下齿轮的下端面与凸缘上表面接触，下齿轮的内圆周壁上设有与滑槽配合的滑块，在连杆上固定有与上齿圈啮合的上齿轮。进一步地，联动组件可在竖直方向上实现两个相反方向的移动调节，即分别对上套环以及内套筒的转动进行调整，即当上套环中的扇形板需要打开时，上驱动电机启动，上驱动电机输出端连接的上齿轮直接与上齿圈啮合，进而带动上套环、随动环一并转动，此时由于上套环转动设置在筒体内，使得上套环、外套筒保持原地转动，随动环带动弧形杆、支杆、弧形板以及扇形板旋转，以方便上套环内的流通截面完全打开；而当顶升机构在带动内套筒上下移动时，位于联动杆上的下齿轮被凸缘所支撑，并且在下驱动电机转动时，下齿轮为环形齿轮，下齿轮的内圆周壁上设有与联动杆上的滑槽相配合的滑块，即下齿轮在始终保持与下齿圈啮合的同时，还能实现被动的升降，进而保证下驱动电机能将力矩传递至内套筒以及下套环中的随动环上，确保下套环内的流通截面能在内套筒的升降过程中实时实现开闭。
沿所述收卷环的轴线在外圆周壁上对称设置有两个转轮，且转轮的外径大于收卷环的外径，缠绕在收卷环上的热缩膜将两个转轮完全覆盖，且在热缩膜的延伸端上设有磁吸环，在下套环内壁上设有与磁吸环配合的金属卡槽。作为优选，为方便对热缩膜的安装与整理，收卷腔体上端面设计成活动可拆卸式连接，或是在收卷腔体的外圆周壁上设置外螺纹，筒体上段内壁上设置与外螺纹配合的内螺纹，即操作人员能实时观察热缩膜的使用情况，并在使用量不足时及时更换，并且通过旋转取出收卷腔体还能对筒体内的各部件进行检修或是调试；而在收卷环上设置两个转轮，在打开收卷腔体上端面后，通过转动转轮能实现对热缩膜的收卷，使得剩余未使用的热缩膜重新回复至收卷环上；并且，在热缩膜的延伸端设置磁吸环，在热缩膜移动至下套环内时磁吸环能直接金属卡槽吸合，以确保试样下端实现密闭，防止热缩膜在填充多孔介质时局部卷曲的同时，降低部分多孔材料沿热缩膜底部的缝隙溢出的几率。
在同一个开合机构中，所述支杆与弧形板的弯曲方向相反。作为优选，同一个开合机构中的支杆与弧形板的弯曲方向相反，能增加开合机构整体的使用稳定性，同时避免支杆与弧形板的移动产生相互干扰。
在所述筒体内壁固定有限位筒，上驱动电机与下驱动电机固定在限位筒内，且下驱动电机的输出端活动贯穿固定筒的下端面，在限位筒上段的外圆周壁上设有支承板，支承板的上表面与上齿圈的下表面接触。作为优选，将上驱动电机与下驱动电机固定在限位筒内，能有效降低两个电机在工作时所产生的振动，并且限位筒上段的外圆周壁上设置支承板，支承板能对上齿圈进行支撑保护，确保上套环的使用稳定性。
所述顶升机构包括气缸、导向环，气缸竖直固定在内套筒与筒体之间的环空处，导向环水平固定在内套筒的外圆周壁上，在导向环的下表面设有环形的导向槽，导向槽的纵向截面呈T型，且气缸的输出端连接有与导向槽配合的梯形块。作为优选，当内套筒进行周向转动时，气缸输出端上的梯形块可在导向槽内自由滑动，同时能正常带动内套筒进行竖直升降。
所述内套筒的轴向长度为L，外套筒下端面筒体底部内壁的垂直高度为H，且满足H＜L。进一步地，内套筒的轴向长度为L，外套筒下端面筒体底部内壁的垂直高度为H，且满足H＜L，能够保证内套筒的上端始终处于外套筒内，尤其是在内套筒下端面与筒体底部内壁接触后，内套筒与外套筒之间的空间与筒体内部下段的空间隔离开，以方便测量介质将试样完全浸泡。
在所述下套环的外圆周壁上设有橡胶圈，且橡胶圈与外套筒的内圆周壁接触。进一步地，橡胶圈与外套筒内圆周壁保持接触，能实现内套筒与外套筒之间的活动密封，防止在注浆孔中注入热空气、蜡液时发生外溢。
沿所述筒体的周向在其底部内壁上开有环形槽，在凸缘的下表面设有与环形槽配合的密封圈，且通孔位于所述环形槽的正向投影内。作为优选，环形槽与密封圈的配合，能保证内套筒下端与筒体底部内壁接触时的密闭性能，避免在向通孔内注入测量介质时发生外溢。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明能就同一测量装置分别实现不同种类的多孔介质孔隙率的测量，测量对象包括混凝土砂石、岩芯以及黏土等，通过向呈筒状的热缩膜填充多孔介质，送料管通过注浆孔向内套筒中先后注入热风以及蜡液，进而使得热缩膜以及冷却后的蜡块束缚在成型的试样介质外壁上，最后通过试样总体积的测定、试样密度、颗粒密度测定及计算，通过双密度法在短时间内换算出该多孔介质的孔隙率，实现了岩样总体积测定的自动化，减小测定过程中的人为误差，为试样总体积测试误差的有效控制奠定了基础；
2、本发明中针对试样的测试周期短，并且试样总体积测试平均相对误差0.3％，孔隙度绝对误差小于0.2；
3、本发明可任选磁流体、水、乙醇、煤油等液体作为多孔介质试样的测量介质，对其形态无限制性要求，可以满足多种测试需求。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的结构示意图；
图2为位于上方的开合机构的俯视图；
图3为位于上方的开合机构的仰视图；
图4为随动环的安装示意图。
附图标记所代表的为：1-筒体，2-收卷腔体，3-热缩膜，4-上套环，5-上齿圈，6-支承板，7-外套筒，8-上驱动电机，9-下驱动电机，10-下套环，11-橡胶圈，12-内套筒，13-限位筒，14-上齿轮，15-连杆，16-磁吸环，17-开合机构，18-联动杆，19-滑槽，20-下齿圈，21-凸缘，22-滑块，23-下齿轮，24-底座，25-注浆孔，26-气缸，27-通孔，28-环形槽，29-密封圈，30-弧形杆，31-支杆，32-底板，33-扇形板，34-弧形板，35-随动环，36-外套环。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。需要说明的是，本发明已经处于实际研发使用阶段。
实施例1
如图1至图4所示，本实施例包括上端开放的筒体1，在所述筒体1内部设有呈环形的收卷腔体2，收卷腔体2内设有与收卷环，热缩膜3的一端沿收卷环的周向缠绕在其外圆周壁上，热缩膜3另一端活动贯穿收卷腔体2后竖直向下延伸，在筒体1内部转动设置有上套环4，上套环4下端面设有与之同轴的外套筒7，在外套筒7内圆周壁上设有下套环10，下套环10下端面设有内套筒12，沿上套环4的周向在其外圆周壁上设有上齿圈5，在内套筒12的下端外圆周壁设有下齿圈20，在筒体1底部至少设有两个顶升机构，在外套筒7外壁上开有注浆孔25，注浆孔25与送料管连通，筒体1底部开有与注水管连通的通孔27；还包括两个设置在外套筒7外壁与筒体1内壁之间的联动组件，联动组件分别与上齿圈5、下齿圈20配合以带动外套筒7、内套筒12转动，在上套环4与下套环10内部分别设有开合机构17，开合机构17用于实现上套环4、下套环10横截面的开闭。
具体工作原理如下：初始状态下，顶升机构将位于下方的开合机构17顶升至靠近位于上方的开合机构17，两个开合机构17之间的间隔距离偏小，缠绕在收卷环上的热缩膜3由收卷腔体2中移动，此时联动组件将位于上方的开合机构17打开，使得呈筒状的热缩膜3顺利穿过上方的开合机构17后与下套环10内壁连接，此时开始向热缩膜3内填充多孔介质，且顶升机构随多孔介质填充量的增加开始带动内套筒12下移，直至填充量满足测试需求时，顶升机构停止工作，联动组件带动上套环4中的开合机构17关闭，同时对热缩膜3进行紧固，并通过筒体1上段侧壁设置的开口沿热缩膜3最上端的紧固点将其剪断，此时固定在两个开合机构17之间的多孔介质试样在热缩膜3的周向限定下初步成型，然后再通过注浆孔25向外套筒7内注入热空气，热缩膜3受热开始收缩，进而增大对多孔介质的周向约束力，停止注入热空气后，再通过注浆孔25向外套筒7与热缩膜3之间的环空部分浇筑蜡液，通过蜡封将多孔介质试样完全定型呈圆柱状，即初步得出符合要求的试样砂柱，顶升机构上移，上套环4中的开合机构17打开，以方便测试人员将试样取出，通过阿基米德原理测量出试样的总体积V；将砂柱试样封闭的上端重新开放，然后再将砂柱试样放入筒体1内部，然后顶升机构下移，带动内套筒12下端面移动至与筒体1底部内壁接触，此时在热缩膜3上端开放、下套环10内的开合机构17打开的前提下，通过注水管向内套筒12中注入磁流体、水、乙醇、煤油等测量介质，同时利用注浆孔25将内套筒12中的空气向外排出，确保试样在真空环境下被完全浸透，即实现试样的真空饱水，测量介质停留在内套筒12与外套筒7中一段时间，然后再将内套筒12中的测量介质完全外排，对饱水状态下的试样进行称重，记录试样在饱水状态时的重量，即湿重mwet，再次通过通孔27向内套筒12中注入热空气，使得试样重新被烘干至恒重，得到md；通过上述操作可逐步得到所需要的测量数据，如试样的总体积V、填充砂粒的重量m0、蜡封后的试样重量mws等，通过换算以得出该种多孔介质的孔隙率。需要指出的是，本技术方案中注浆孔25内设有电磁阀，外套筒7中的蜡液无法通过注浆孔25向外倒灌，可依次通过注浆孔25向外套筒7内部注入热空气、蜡液以及向外排出空气等操作，并且内套筒12在下移的过程中，上套环4与外套筒7之间实现动密封，而内套筒12下端面与筒体1底部内壁之间在接触时同样经过密封处理，进而确保测量数据的准确性。
本实施例中，孔隙率砂试样中孔隙体积VV与砂试样总体积V的比值，V可以直接用蜡封法和排水法测定，而VV则通过真空饱和及干燥法测定。
其中n的计算过程如下：
计算得出填充至筒体内的砂粒重量m0，热空气经注浆孔注入外套筒后，使热缩膜包裹砂柱，将砂柱试样进行蜡封处理，冷却后将蜡封好的试样从装置中取出并称重mws，再将蜡封后的试样置于水中，用提拉式称重mw，mws-mw即是排出水的质量，体积V根据方程(1)得到；
将体积为V的试样包裹有热缩膜的上端进行热熔开口，保证试样的上、下两端平整，然后用真空机经注浆孔对外套筒、内套筒的内部空间进行真空处理和水饱和处理；当试样充满水时，记录湿重mwet，将饱水后的试样在筒体内经注浆孔以及通孔中流入的热空气进行烘干处理，或是将试样放入烘箱中，干燥至恒定重量，称量md，质量之差即是填充在孔隙中的水的质量，并且孔隙的体积Vv可以通过等式(2)来获得：
孔隙率n可以通过方程(3)得到：
本实施例中，顶升机构包括气缸26、导向环，气缸26竖直固定在内套筒12与筒体1之间的环空处，导向环水平固定在内套筒12的外圆周壁上，在导向环的下表面设有环形的导向槽，导向槽的纵向截面呈T型，且气缸26的输出端连接有与导向槽配合的梯形块。当内套筒12进行周向转动时，气缸26输出端上的梯形块可在导向槽内自由滑动，同时能正常带动内套筒12进行竖直升降。
作为优选，橡胶圈11与外套筒7内圆周壁保持接触，能实现内套筒12与外套筒7之间的活动密封，防止在注浆孔25中注入热空气、蜡液时发生外溢。
作为优选，为方便对热缩膜3的安装与整理，收卷腔体2上端面设计成活动可拆卸式连接，或是在收卷腔体2的外圆周壁上设置外螺纹，筒体1上段内壁上设置与外螺纹配合的内螺纹，即操作人员能实时观察热缩膜3的使用情况，并在使用量不足时及时更换，并且通过旋转取出收卷腔体2还能对筒体1内的各部件进行检修或是调试；而在收卷环上设置两个转轮，在打开收卷腔体2上端面后，通过转动转轮能实现对热缩膜3的收卷，使得剩余未使用的热缩膜3重新回复至收卷环上；并且，在热缩膜3的延伸端设置磁吸环16，在热缩膜3移动至下套环10内时磁吸环16能直接金属卡槽吸合，以确保试样下端实现密闭，防止热缩膜3在填充多孔介质时局部卷曲的同时，降低部分多孔材料沿热缩膜3底部的缝隙溢出的几率。
实施例2
如图1至图4所示，本实施例在实施例1的基础之上，两个联动组件能分别带动两个开合机构17单独进行开闭。
所述开合机构17包括外套环36，沿外套环36的周向在其内圆周壁上开有呈环形的底板32，在外套环36内圆周壁上设有环形齿带，在所述底板32上铰接设置有多个扇形板33，相邻的两个扇形板33之间通过弧形杆30铰接，沿外套环36的周向在其内圆周壁上设有与之同轴的随动环35，每一个弧形杆30均通过弧形的支杆31与随动环35连接，在每一个弧形板34的外侧壁上均设有与环形齿带啮合的齿牙；且在位于上方的开合机构17中，环形齿带位于随动环35的下方，随动环35的上端面与上套环4内壁连接，外套环36的下端面与外套筒7上端面连接；且在位于下方的开合机构17中，环形齿带位于随动环35的上方，外套环36的上端面与下套环10的下端面连接，随动环35的下端面与内套筒12的上端面连接。
两个开合机构17背向设置，以保证在试样成型时其两端面的平整，在对筒体1轴线方向上的流通截面进行开闭调整时，根据测量需要，两个开合组件可在两个联动组件的调整下进行单独的开闭动作，且在本技术方案中，有且仅有热缩膜3中的多孔介质填充完毕后，两个开合机构17才会同时关闭，两个开合机构17在其余过程中均呈一开一闭的状态；具体操作时，热缩膜3由收卷腔体2中移出后，联动组件启动，只带动上齿圈5转动，进而使得与上齿圈5连接的随动环35开始转动，而外套环36与外套筒7保持静止，转动随动环35依次带动多个弧形杆30、多个支杆31以及多个扇形板33转动，同时弧形板34外侧壁上的齿牙与环形齿带啮合，直至由多个扇形板33封闭的流通截面完全打开，联动组件停止工作，热缩膜3穿过上套环4后移动至下套环10中，并与之下套环10内壁连接，此时开始沿环形的收卷腔体2中填充多孔介质，而顶升机构带动内套筒12同步下移，直至得到测定所需的试样高度，然后重新启动联动组件，使得上套环4内的扇形板33重新将流通截面封闭，同时注浆孔25内先后注入热空气与蜡液，待蜡液冷却后即得到所需的完整试样；最后顶升机构继续下移，带动内套筒12下移至与筒体1底部内壁接触，联动组件再次启动并将下套环10内的多个扇形板33打开，同时经注水管向通孔27内注入测量介质，以完成后续各项数据的测量。
需要指出的是，上套环4中扇形板33不仅能对填充多孔介质的热缩膜3上端进行封口处理，还能将热缩膜3在与多孔介质最上端齐平的位置完全切除，位于下套环10中的底板32以及扇形板33则能作为热缩膜3中多孔介质的底部支撑面，确保蜡封后的试样上下两个端面的平整度，以方便后续数据测量的顺利进行。
与开合机构17配合的联动组件，包括上驱动电机8、下驱动电机9以及固定在筒体1底部的底座24，上驱动电机8与下驱动电机9背向设置，底座24上设有轴线与筒体1轴线平行的联动杆18，下驱动电机9的输出端与联动杆18连接，上驱动电机8的输出端与连杆15连接，沿联动杆18的轴线在其外壁上开有滑槽19，在联动杆18上套设有与下齿圈20啮合的下齿轮23，在所述内套筒12下端外圆周壁上设有凸缘21，下齿圈20固定在凸缘21的上表面，下齿轮23的下端面与凸缘21上表面接触，下齿轮23的内圆周壁上设有与滑槽19配合的滑块22，在连杆15上固定有与上齿圈5啮合的上齿轮14。
联动组件可在竖直方向上实现两个相反方向的移动调节，即分别对上套环4以及内套筒12的转动进行调整，即当上套环4中的扇形板33需要打开时，上驱动电机8启动，上驱动电机8输出端连接的上齿轮14直接与上齿圈5啮合，进而带动上套环4、随动环35一并转动，此时由于上套环4转动设置在筒体1内，使得上套环4、外套筒7保持原地转动，随动环35带动弧形杆30、支杆31、弧形板34以及扇形板33旋转，以方便上套环4内的流通截面完全打开；而当顶升机构在带动内套筒12上下移动时，位于联动杆18上的下齿轮23被凸缘21所支撑，并且在下驱动电机9转动时，下齿轮23为环形齿轮，下齿轮23的内圆周壁上设有与联动杆18上的滑槽19相配合的滑块22，即下齿轮23在始终保持与下齿圈20啮合的同时，还能实现被动的升降，进而保证下驱动电机9能将力矩传递至内套筒12以及下套环10中的随动环35上，确保下套环10内的流通截面能在内套筒12的升降过程中实时实现开闭。
作为优选，同一个开合机构17中的支杆31与弧形板34的弯曲方向相反，能增加开合机构17整体的使用稳定性，同时避免支杆31与弧形板34的移动产生相互干扰。
作为优选，将上驱动电机8与下驱动电机9固定在限位筒13内，能有效降低两个电机在工作时所产生的振动，并且限位筒13上段的外圆周壁上设置支承板6，支承板6能对上齿圈5进行支撑保护，确保上套环4的使用稳定性。
作为优选，内套筒12的轴向长度为L，外套筒7下端面筒体1底部内壁的垂直高度为H，且满足H＜L，能够保证内套筒12的上端始终处于外套筒7内，尤其是在内套筒12下端面与筒体1底部内壁接触后，内套筒12与外套筒7之间的空间与筒体1内部下段的空间隔离开，以方便测量介质将试样完全浸泡。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种集-散两态普适型多孔材料孔隙率测量装置，包括上端开放的筒体(1)，其特征在于：在所述筒体(1)内部设有呈环形的收卷腔体(2)，收卷腔体(2)内设有收卷环，热缩膜(3)的一端沿收卷环的周向缠绕在其外圆周壁上，热缩膜(3)另一端活动贯穿收卷腔体(2)后竖直向下延伸，在筒体(1)内部转动设置有上套环(4)，上套环(4)下端面设有与之同轴的外套筒(7)，在外套筒(7)内圆周壁上设有下套环(10)，下套环(10)下端面设有内套筒(12)，沿上套环(4)的周向在其外圆周壁上设有上齿圈(5)，在内套筒(12)的下端外圆周壁设有下齿圈(20)，在筒体(1)底部至少设有两个顶升机构，在外套筒(7)外壁上开有注浆孔(25)，注浆孔(25)与送料管连通，筒体(1)底部开有与注水管连通的通孔(27)；
还包括两个设置在外套筒(7)外壁与筒体(1)内壁之间的联动组件，联动组件分别与上齿圈(5)、下齿圈(20)配合以带动外套筒(7)、内套筒(12)转动，在上套环(4)与下套环(10)内部分别设有开合机构(17)，开合机构(17)用于实现上套环(4)、下套环(10)横截面的开闭。
2.根据权利要求1所述的一种集-散两态普适型多孔材料孔隙率测量装置，其特征在于：两个所述开合机构(17)向背设置，两个联动组件能分别带动两个开合机构(17)单独进行开闭；所述开合机构(17)包括外套环(36)，沿外套环(36)的周向在其内圆周壁上开有呈环形的底板(32)，在外套环(36)内圆周壁上设有环形齿带，在所述底板(32)上铰接设置有多个扇形板(33)，相邻的两个扇形板(33)之间通过弧形杆(30)铰接，沿外套环(36)的周向在其内圆周壁上设有与之同轴的随动环(35)，每一个弧形杆(30)均通过弧形的支杆(31)与随动环(35)连接，在每一个弧形板(34)的外侧壁上均设有与环形齿带啮合的齿牙；且在位于上方的开合机构(17)中，环形齿带位于随动环(35)的下方，随动环(35)的上端面与上套环(4)内壁连接，外套环(36)的下端面与外套筒(7)上端面连接；且在位于下方的开合机构(17)中，环形齿带位于随动环(35)的上方，外套环(36)的上端面与下套环(10)的下端面连接，随动环(35)的下端面与内套筒(12)的上端面连接。
3.根据权利要求2所述的一种集-散两态普适型多孔材料孔隙率测量装置，其特征在于：所述联动组件包括上驱动电机(8)、下驱动电机(9)以及固定在筒体(1)底部的底座(24)，上驱动电机(8)与下驱动电机(9)背向设置，底座(24)上设有轴线与筒体(1)轴线平行的联动杆(18)，下驱动电机(9)的输出端与联动杆(18)连接，上驱动电机(8)的输出端与连杆(15)连接，沿联动杆(18)的轴线在其外壁上开有滑槽(19)，在联动杆(18)上套设有与下齿圈(20)啮合的下齿轮(23)，在所述内套筒(12)下端外圆周壁上设有凸缘(21)，下齿圈(20)固定在凸缘(21)的上表面，下齿轮(23)的下端面与凸缘(21)上表面接触，下齿轮(23)的内圆周壁上设有与滑槽(19)配合的滑块(22)，在连杆(15)上固定有与上齿圈(5)啮合的上齿轮(14)。
4.根据权利要求2所述的一种集-散两态普适型多孔材料孔隙率测量装置，其特征在于：沿所述收卷环的轴线在外圆周壁上对称设置有两个转轮，且转轮的外径大于收卷环的外径，缠绕在收卷环上的热缩膜(3)将两个转轮完全覆盖，且在热缩膜(3)的延伸端上设有磁吸环(16)，在下套环(10)内壁上设有与磁吸环(16)配合的金属卡槽。
5.根据权利要求2所述的一种集-散两态普适型多孔材料孔隙率测量装置，其特征在于：在同一个开合机构(17)中，所述支杆(31)与弧形板(34)的弯曲方向相反。
6.根据权利要求3所述的一种集-散两态普适型多孔材料孔隙率测量装置，其特征在于：在所述筒体(1)内壁固定有限位筒(13)，上驱动电机(8)与下驱动电机(9)固定在限位筒(13)内，且下驱动电机(9)的输出端活动贯穿限位筒的下端面，在限位筒(13)上段的外圆周壁上设有支承板(6)，支承板(6)的上表面与上齿圈(5)的下表面接触。
7.根据权利要求1所述的一种集-散两态普适型多孔材料孔隙率测量装置，其特征在于：所述顶升机构包括气缸(26)、导向环，气缸(26)竖直固定在内套筒(12)与筒体(1)之间的环空处，导向环水平固定在内套筒(12)的外圆周壁上，在导向环的下表面设有环形的导向槽，导向槽的纵向截面呈T型，且气缸(26)的输出端连接有与导向槽配合的梯形块。
8.根据权利要求1所述的一种集-散两态普适型多孔材料孔隙率测量装置，其特征在于：所述内套筒(12)的轴向长度为L，外套筒(7)下端面距筒体(1)底部内壁的垂直高度为H，且满足H＜L。
9.根据权利要求1所述的一种集-散两态普适型多孔材料孔隙率测量装置，其特征在于：在所述下套环(10)的外圆周壁上设有橡胶圈(11)，且橡胶圈(11)与外套筒(7)的内圆周壁接触。
10.根据权利要求1～9任一项所述的一种集-散两态普适型多孔材料孔隙率测量装置，其特征在于：沿所述筒体(1)的周向在其底部内壁上开有环形槽(28)，在凸缘(21)的下表面设有与环形槽(28)配合的密封圈(29)，且通孔(27)位于所述环形槽(28)的正向投影内。
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| GR01 | Patent grant | ||
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