CN204203709U - 一种基于plc的岩土热物性测试仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种基于PLC的岩土热物性测试仪，其中，包括一内部设置有加热器的电加热水箱，所述电加热水箱连接有进水管和出水管，所述进水管和出水管之间连接有用于埋置在地下的地埋管换热器，所述进水管和出水管均连接有温度传感器，所述出水管上还连接有循环水泵，所述进水管上还连接有流量计，所述两个温度传感器及流量计均连接于PLC上。利用本实用新型的岩土热物性测试仪，可实时检测得到土壤的导热系数，本实用新型不仅可应用于工程项目中的实际测量，还可用来对土壤热物性参数进行研究，其结构紧凑，控制性强，操作方便，便捷智能，测试精度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及土壤热物性检测装置领域，尤其涉及一种基于PLC的岩土热物性测试仪。
背景技术
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源，如土壤、地下水、地表水或污水等热源，既能供热又能制冷的高效节能环保型空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源（电能），即可实现能量从低温热源向高温热源的转移。由于其利用的资源属清洁的可再生能源；运行稳定可靠、费用低；一机多用；无废弃物产生、环境效益显著等优点，地源热泵技术在我国得到了广泛的推广以及政府的大力支持。
在地源热泵系统的设计过程中，岩土导热系数是影响整个系统设计和运行特性的关键，是决定一个地区是否适合采用地源热泵系统的因素之一，是一个热泵系统能否高效率运行、达到设计工况的标准，也是决定系统的初投资的大小的关键因素。
现有技术中，对岩土导热系数的测试方法主要有采样法、稳态测试法及探针法等，但现有的测试方法都存在一定弊端：
利用采样法采样时土壤不可能完全采集；其次土壤中每种成分的导热系数是一个范围值，取大或取小都对设计的规模及整个系统的初投资及运行造成影响；再者，土壤中含有可挥发的组分如水等，在提取样品时及测试时样品的原有成分已经改变，因此所得数据不够真实。
稳态测试法虽然避免了将土壤分离组分的麻烦及其所造成的种种误差，但由于该方法测试时需在实验室进行，因此这必然改变了土壤原来所具有的特性。
探针法也存在着一些弊端，如热探针的长度一般为0.1~0.4米，距离钻孔的深度还有很大的差距，由于深度方向上岩土的组分不同，这就造成了所得数据带有一定的偏差，因此也不能代表土壤的平均导热系数。
综上，各测试方法及装置要么操作不便、测试精度不高，要么不够便捷智能。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
实用新型内容
鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种基于PLC的岩土热物性测试仪，旨在解决现有的测试装置操作不便、精度不高、不够便捷智能的问题。
本实用新型的技术方案如下：
一种基于PLC的岩土热物性测试仪，其中，包括一内部设置有加热器的电加热水箱，所述电加热水箱连接有进水管和出水管，所述进水管和出水管之间连接有用于埋置在地下的地埋管换热器，所述进水管和出水管均连接有温度传感器，所述出水管上还连接有循环水泵，所述进水管上还连接有流量计，所述两个温度传感器及流量计均连接于PLC上。
所述基于PLC的岩土热物性测试仪，其中，所述地埋管换热器为单U型垂直地埋管换热器。
所述基于PLC的岩土热物性测试仪，其中，所述地埋管换热器的管深为100m，管径为32mm。
所述基于PLC的岩土热物性测试仪，其中，所述加热器还连接有电源以及稳压器。
所述基于PLC的岩土热物性测试仪，其中，所述电加热水箱连接有一定压水箱。
所述基于PLC的岩土热物性测试仪，其中，所述PLC中设置有CPU、RT模块及AI模块。
所述基于PLC的岩土热物性测试仪，其中，所述循环水泵连接于CPU。
所述基于PLC的岩土热物性测试仪，其中，所述PLC还连接有一触摸屏。
所述基于PLC的岩土热物性测试仪，其中，所述两个温度传感器连接于RT模块。
所述基于PLC的岩土热物性测试仪，其中，所述流量计连接于AI模块。
有益效果：利用本实用新型的岩土热物性测试仪，可实时检测得到土壤的导热系数，本实用新型不仅可应用于工程项目中的实际测量，还可用来对土壤热物性参数进行研究，其结构紧凑，控制性强，操作方便，便捷智能，测试精度高。
附图说明
图1为本实用新型一种基于PLC的岩土热物性测试仪较佳实施例的结构示意图。
图2为图1中地埋管换热器的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型提供一种基于PLC的岩土热物性测试仪，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
请参阅图1，图1为本实用新型一种基于PLC的岩土热物性测试仪较佳实施例的结构示意图，如图所示，其主要包括一电加热水箱1，在所述电加热水箱1中内置有加热器12，所述电加热水箱1连接有进水管13和出水管14，进水管13和出水管14之间连接有地埋管换热器8，该地埋管换热器8和进水管13、出水管14形成一个闭合水路，在进水管13和出水管14设置有温度传感器（进水管13上设置温度传感器4，出水管14上设置温度传感器5），用来感应进水管13和出水管14中的水温，同时在出水管14上还连接有循环水泵7，用来将电加热水箱1中的水输送到地埋管换热器8中，在进水管13上还连接有流量计6，用来检测回路中的流量。这两个温度传感器及流量计6均连接于PLC（2）上，用来通过PLC（2）对岩土热物性进行检测。
进一步，所述的地埋管换热器8优选为单U型垂直地埋管换热器，如图2所示，其埋置在地面10以下，其管深为100m，管径为32mm，本实施例的地埋管换热器8相对于其他埋管结构而言，可大大减少埋管所占的面积，充分利用浅层地热能，其结构如图所示，地埋管换热器8的地上的出水管14和进水管13与电加热水箱1连接，可用来模拟竖直地埋管换热器在地下放热。
本实施例中，所述的加热器12为电加热器，所述加热器12还连接有电源9以及稳压器10，该电源9可提供给整个测试仪电力供应。该稳压器10一端与电源9连接，另一端与加热器12连接，以保证整个系统的输入电压为稳定值。
在所述电加热水箱1的一侧还连接有定压水箱11，所述的定压水箱11是用来保证系统内压力和水量，除此之外，所述的定压水箱11还具有一定的排气功能同时也是测试前系统内注水的进口，所述定压水箱11直接与电加热水箱1相邻，可采用三脚架支撑。在电加热水箱1中还设置有液位计，定压水箱11可在液位计的控制下，对电加热水箱1中的循环水进行实时补充，所述的液位计优选为恒浮力式液位计，恒浮力式液位计依靠浮标或浮子在液体中随液面变化而升降，结构简单，价格低廉。
在本实施例中，所述PLC（可编程控制器）包括CPU模块、RT模块和AI模块，其中的CPU是处理中心，用来接收来自HMI编辑的程序和对外控制加热器12的加热功率、仪器的开关以及循环水泵7的启停。
具体而言，所述循环水泵7连接于CPU，可通过CPU来控制循环水泵7的启停，所述循环水泵7可采用离心式循环水泵。较佳的，可在所述PLC上连接一触摸屏3（具体于所述CPU），该触摸屏3具有人机交互界面，通过该触摸屏3来对循环水泵启停进行调节。
所述的两个温度传感器均连接于RT模块。该RT模块可用来记录进水管13的供水温度以及出水管14的回水温度，并将该数据传输给CPU。
所述流量计6连接于AI模块，其中的AI模块是用来实时记录流量计6所检测到的流量数据，并将其传输于CPU，再通过以太网传输至触摸屏3的人机交互界面上，从而实现在触摸屏上直观显示温度数据和流量数据等参数，并可长时间存储这些参数。
所述的PLC其主机输入端口连接开关上的数据接口，输出端口连接循环水泵以及加热器，从而对加热器（例如加热功率）以及循环水泵（例如启停）进行控制调节。
在具体实施时，可在启动测试仪之前，将地埋管换热器8连接到测试仪上，并且将地埋管换热器8和测试仪的进水管13和出水管14组成一个闭合水路，地埋管换热器8的进水管13上安装流量计6，出水管14上安装循环水泵7，同时在进水管13和出水管14上分别安装有温度传感器4和温度传感器5，而电加热水箱1的补水箱（定压水箱11）连接在地埋管换热器8的出水管的靠近电加热水箱1的一端。循环水在循环水泵7的作用下进入到电加热水箱1，然后在恒定功率下进行加热，加热后的水流经温度传感器4和流量计6，进入到地埋管换热器8，由地埋管换热器8换热后出来的循环水，经过出水管14的温度传感器5后重新返回电加热水箱1中，定压水箱11在电加热水箱1中液位计的控制下，对电加热水箱1的水进行实时补充。
在启动测试仪时，首先启动循环水泵7，让系统在加热器12无输出的情况下运行，时间持续12h，根据人机交互界面上的数据显示进水温度和出水温度相等时，即测得岩土的初始温度。
然后打开加热器12对电加热水箱1中的水进行加热，整个测试过程持续48h，最终可获得保存在人机交互界面中的进水温度、出水温度以及流量信息，并根据这些信息进一步计算得到相对精准的岩土导热系数。对于此计算方法属于现有技术，本发明对此不再详述。
综上所述，利用本实用新型的岩土热物性测试仪，可实时检测得到土壤的导热系数，本实用新型不仅可应用于工程项目中的实际测量，还可用来对土壤热物性参数进行研究，其结构紧凑，控制性强，操作方便，便捷智能，测试精度高。
应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于PLC的岩土热物性测试仪，其特征在于，包括一内部设置有加热器的电加热水箱，所述电加热水箱连接有进水管和出水管，所述进水管和出水管之间连接有用于埋置在地下的地埋管换热器，所述进水管和出水管均连接有温度传感器，所述出水管上还连接有循环水泵，所述进水管上还连接有流量计，所述两个温度传感器及流量计均连接于PLC上。
2.根据权利要求1所述基于PLC的岩土热物性测试仪，其特征在于，所述地埋管换热器为单U型垂直地埋管换热器。
3.根据权利要求2所述基于PLC的岩土热物性测试仪，其特征在于，所述地埋管换热器的管深为100m，管径为32mm。
4.根据权利要求1所述基于PLC的岩土热物性测试仪，其特征在于，所述加热器还连接有电源以及稳压器。
5.根据权利要求1所述基于PLC的岩土热物性测试仪，其特征在于，所述电加热水箱连接有一定压水箱。
6.根据权利要求1所述基于PLC的岩土热物性测试仪，其特征在于，所述PLC中设置有CPU、RT模块及AI模块。
7.根据权利要求6所述基于PLC的岩土热物性测试仪，其特征在于，所述循环水泵连接于CPU。
8.根据权利要求6所述基于PLC的岩土热物性测试仪，其特征在于，所述PLC还连接有一触摸屏。
9.根据权利要求6所述基于PLC的岩土热物性测试仪，其特征在于，所述两个温度传感器连接于RT模块。
10.根据权利要求6所述基于PLC的岩土热物性测试仪，其特征在于，所述流量计连接于AI模块。
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