CN205484141U - 一种冻土冻融循环实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种冻土冻融循环实验装置，包括冻融循环箱箱体和冻融循环箱箱盖，冻融循环箱箱体的侧壁上设置有玻璃观察窗、触摸式液晶显示屏和声光报警器，冻融循环箱箱体内设置有耐热隔板，冻融循环箱前腔内设置有盐水溶液，冻融循环箱前腔内底部设置有半导体加热制冷片和冻土试块放置架，冻融循环箱前腔内中部侧壁上设置有多个温度传感器；冻融循环箱后腔内设置有制冷压缩机和冻融状态控制器，冻融状态控制器包括微控制器模块、交直流转换电路模块、数据存储器模块、声光报警器驱动电路和半导体制热制冷片驱动电路。本实用新型结构简单，实现方便，使用操作便捷，温度控制精度高，提高了冻融试验效率和精度，实用性强，便于推广使用。

Description

一种冻土冻融循环实验装置

技术领域

本实用新型属于冻土低温特性分析技术领域，具体涉及一种冻土冻融循环实验装置。

背景技术

冻土在冻融循环作用下其力学性能特征变化一直是冻土研究的难点所在，其主要原因在于：室内试验条件达不到实际要求，无法保证小误差地恒温控制，且无法实现小温度梯度改变冻结温度，从而造成试验的耗时长，试验结果误差较大，当设备在温度达到要求时，不能够准确的保证恒温效果，且试验箱外部环境变化对试验箱内温度影响较大。传统试验方法一般是：首先在一般冻融循环箱内设置某一温度，然后将试件直接放入冻融循环箱内，进行冻结，但外部环境温度的变化对于冻融循环箱内温度影响较大，且冻融循环箱内采用气冷对试件进行冻结，导致试件受冻不均，且最后冻结温度与预想冻结温度误差较大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种冻土冻融循环实验装置，其结构简单，设计合理，实现方便且成本低，使用操作便捷，温度控制精度高，提高了冻融试验效率和精度，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种冻土冻融循环实验装置，其特征在于：包括冻融循环箱箱体和转动连接在冻融循环箱箱体顶部一侧的冻融循环箱箱盖，所述冻融循环箱箱体的侧壁上设置有玻璃观察窗、触摸式液晶显示屏和声光报警器，所述冻融循环箱箱体的后壁上设置有用于接入220V交流电的电源输入接口，所述冻融循环箱箱体内设置有用于将冻融循环箱箱体内部空间分隔为冻融循环箱前腔和冻融循环箱后腔两部分的耐热隔板，所述冻融循环箱前腔内设置有盐水溶液，所述冻融循环箱前腔内底部设置有半导体加热制冷片和架设在半导体加热制冷片顶部的冻土试块放置架，所述冻融循环箱前腔内中部侧壁上设置有多个温度传感器，所述冻融循环箱前腔内一侧上部设置有冷气输入腔，所述冷气输入腔上设置有多个冷气吹出孔，所述冻融循环箱前腔内与设置冷气输入腔相对的一侧上部设置有冷气回风腔，所述冷气回风腔上设置有多个冷气回风口；所述冻融循环箱后腔内设置有制冷压缩机和冻融状态控制器，所述制冷压缩机的出风口连接有穿过耐热隔板伸入冷气输入腔内的冷气输入管，所述冷气回风腔上连接有与制冷压缩机的回风口连接的冷气回风管，所述冻融状态控制器包括微控制器模块和用于将220V交流电转换为冻融状态控制器中各用电模块所需电压的交直流转换电路模块，以及与所述微控制器模块相接的数据存储器模块，所述触摸式液晶显示屏与微控制器模块相接，多个所述温度传感器的输出端均与微控制器模块的输入端连接，所述微控制器模块的输出端还接有声光报警器驱动电路和半导体制热制冷片驱动电路，以及依次相接的用于接通或断开220V交流电给制冷压缩机供电的供电回路的第一继电器和第一接触器，所述声光报警器与声光报警器驱动电路的输出端连接，所述半导体加热制冷片与半导体制热制冷片驱动电路的输出端连接，所述第一接触器串联在220V交流电给制冷压缩机供电的供电回路中。

上述的一种冻土冻融循环实验装置，其特征在于：所述冻融循环箱箱体的底部均匀设置有多个脚轮。

上述的一种冻土冻融循环实验装置，其特征在于：所述冻融循环箱箱体位于冻融循环箱前腔部分的下部侧壁上设置有供所述盐水溶液排出的排液口。

上述的一种冻土冻融循环实验装置，其特征在于：所述冻融循环箱前腔内底部还设置有多个并联的微型搅拌机，所述微控制器模块的输出端接有用于接通或断开220V交流电给多个微型搅拌机供电的供电回路的第二继电器和第二接触器，所述第二接触器串联在220V交流电给多个微型搅拌机供电的供电回路中。

上述的一种冻土冻融循环实验装置，其特征在于：所述冻融循环箱箱体由内层的聚氨酯内壁和外层的彩涂板外壁构成。

上述的一种冻土冻融循环实验装置，其特征在于：所述冻融循环箱箱盖通过合页转动连接在冻融循环箱箱体上，所述冻融循环箱箱体与冻融循环箱箱盖贴合的一面四周固定连接有第一磁性吸条，所述冻融循环箱箱盖与冻融循环箱箱体贴合的一面四周固定连接有与所述第一磁性吸条相配合的第二磁性吸条。

上述的一种冻土冻融循环实验装置，其特征在于：所述冻土试块放置架包括四条支撑腿和设置在四条支撑腿顶部的设置有3×3个矩形放置格的矩形放置架，每个所述矩形放置格的底部和侧壁上均设置有多个透气孔。

上述的一种冻土冻融循环实验装置，其特征在于：所述微控制器模块为单片机。

上述的一种冻土冻融循环实验装置，其特征在于：所述温度传感器的数量为四个。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型的结构简单，设计合理，实现方便且成本低。

2、本实用新型的使用操作便捷，能够实现小温度梯度控制试块冻融温度，且温度控制精度高。

3、本实用新型有效提高了冻融试验效率和精度，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

综上所述，本实用新型结构简单，设计合理，实现方便且成本低，使用操作便捷，温度控制精度高，提高了冻融试验效率和精度，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的立体图。

图2为本实用新型冻融循环箱箱体内部结构的俯视图。

图3为本实用新型冻融循环箱前腔的立体图(图中未示出冻土试块放置架)。

图4为本实用新型冻土试块放置架的结构示意图。

图5为本实用新型冻融状态控制器的电路原理框图。

附图标记说明:

1—冻融循环箱箱体； 2—冻融循环箱箱盖； 3—玻璃观察窗；

4—冻融状态控制器； 4-1—微控制器模块； 4-2—数据存储器模块；

4-3—交直流转换电路模块； 4-4—第一继电器； 4-5—第一接触器；

4-6—声光报警器驱动电路； 4-7—半导体制热制冷片驱动电路；

4-8—第二继电器； 4-9—第二接触器； 5—触摸式液晶显示屏；

6—耐热隔板； 7—制冷压缩机； 8—半导体加热制冷片；

9—冻土试块放置架； 9-1—矩形放置架； 9-2—支撑腿；

9-3—透气孔； 10—电源输入接口； 11—220V交流电；

12—脚轮； 13—声光报警器； 14—温度传感器；

15—冷气输入腔； 16—冷气吹出孔； 17—冷气回风腔；

18—冷气回风管； 19—第一磁性吸条； 20—第二磁性吸条；

21—冷气回风口； 22—冻融循环箱后腔； 23—冻融循环箱前腔；

24—排液口； 25—微型搅拌机； 26—冷气输入管；

27—合页。

具体实施方式

如图1～图5所示，本实用新型的冻土低温特性分析用温控装置，包括冻融循环箱箱体1和转动连接在冻融循环箱箱体1顶部一侧的冻融循环箱箱盖2，所述冻融循环箱箱体1的侧壁上设置有玻璃观察窗3、触摸式液晶显示屏5和声光报警器13，所述冻融循环箱箱体1的后壁上设置有用于接入220V交流电11的电源输入接口10，所述冻融循环箱箱体1内设置有用于将冻融循环箱箱体1内部空间分隔为冻融循环箱前腔23和冻融循环箱后腔22两部分的耐热隔板6，所述冻融循环箱前腔23内设置有盐水溶液，所述冻融循环箱前腔23内底部设置有半导体加热制冷片8和架设在半导体加热制冷片8顶部的冻土试块放置架9，所述冻融循环箱前腔23内中部侧壁上设置有多个温度传感器14，所述冻融循环箱前腔23内一侧上部设置有冷气输入腔15，所述冷气输入腔15上设置有多个冷气吹出孔16，所述冻融循环箱前腔23内与设置冷气输入腔15相对的一侧上部设置有冷气回风腔17，所述冷气回风腔17上设置有多个冷气回风口21；所述冻融循环箱后腔22内设置有制冷压缩机7和冻融状态控制器4，所述制冷压缩机7的出风口连接有穿过耐热隔板6伸入冷气输入腔15内的冷气输入管26，所述冷气回风腔17上连接有与制冷压缩机7的回风口连接的冷气回风管18，所述冻融状态控制器4包括微控制器模块4-1和用于将220V交流电11转换为冻融状态控制器4中各用电模块所需电压的交直流转换电路模块4-3，以及与所述微控制器模块4-1相接的数据存储器模块4-2，所述触摸式液晶显示屏5与微控制器模块4-1相接，多个所述温度传感器14的输出端均与微控制器模块4-1的输入端连接，所述微控制器模块4-1的输出端还接有声光报警器驱动电路4-6和半导体制热制冷片驱动电路4-7，以及依次相接的用于接通或断开220V交流电11给制冷压缩机7供电的供电回路的第一继电器4-4和第一接触器4-5，所述声光报警器13与声光报警器驱动电路4-6的输出端连接，所述半导体加热制冷片8与半导体制热制冷片驱动电路4-7的输出端连接，所述第一接触器4-5串联在220V交流电11给制冷压缩机7供电的供电回路中。

如图1所示，本实施例中，所述冻融循环箱箱体1的底部均匀设置有多个脚轮12。

如图1和图2所示，本实施例中，所述冻融循环箱箱体1位于冻融循环箱前腔23部分的下部侧壁上设置有供所述盐水溶液排出的排液口24。

如图2和图3所示，本实施例中，所述冻融循环箱前腔23内底部还设置有多个并联的微型搅拌机25，如图5所示，所述微控制器模块4-1的输出端接有用于接通或断开220V交流电11给多个微型搅拌机25供电的供电回路的第二继电器4-8和第二接触器4-9，所述第二接触器4-9串联在220V交流电11给多个微型搅拌机25供电的供电回路中。具体实施时，所述微型搅拌机25的数量为四个。微控制器模块4-1可以定时控制第二继电器4-8接通，使第二接触器4-9接通多个微型搅拌机25的供电回路，微型搅拌机25启动，搅拌盐水溶液，使盐水溶液的恒温效果更好。

如图1所示，本实施例中，所述冻融循环箱箱体1由内层的聚氨酯内壁1-1和外层的彩涂板外壁1-2构成。

如图1所示，本实施例中，所述冻融循环箱箱盖2通过合页27转动连接在冻融循环箱箱体1上，所述冻融循环箱箱体1与冻融循环箱箱盖2贴合的一面四周固定连接有第一磁性吸条19，所述冻融循环箱箱盖2与冻融循环箱箱体1贴合的一面四周固定连接有与所述第一磁性吸条19相配合的第二磁性吸条20。

如图4所示，本实施例中，所述冻土试块放置架9包括四条支撑腿9-2和设置在四条支撑腿9-2顶部的设置有3×3个矩形放置格的矩形放置架9-1，每个所述矩形放置格的底部和侧壁上均设置有多个透气孔9-3。通过设置多个透气孔9-3，能够保证冻土试块与加入冷冻盒9内的盐水溶液充分接触。

本实施例中，所述微控制器模块4-1为单片机。所述温度传感器14的数量为四个。

具体实施时，所述盐水溶液为质量浓度为25％的盐水溶液。

本实用新型使用时，取出冻土试块放置架9，将冻土试块用保鲜膜密封包裹后，放置在冻土试块放置架9上，然后将冻土试块与冻土试块放置架9整体放入冻融循环箱前腔23内，向冻融循环箱前腔23内缓慢加入质量浓度为25％的盐水溶液，直至盐水溶液的上表面接触到冷气输入腔15和冷气回风腔17的下表面，然后盖上冻融循环箱箱盖2，将电源输入接口10通过电源线与220V交流电11连接。

当要进行冻结试验时，通过操作触摸式液晶显示屏5设置冻结温度，微控制器模块4-1先控制第一继电器4-4接通，使第一接触器4-5接通制冷压缩机7的供电回路，制冷压缩机7启动，同时，微控制器模块4-1通过半导体制热制冷片驱动电路4-7驱动半导体加热制冷片8制冷，多个温度传感器14对冻融盒9内的温度进行实时检测并将检测到的信号实时传输给微控制器模块4-1，微控制器模块4-1对多个温度传感器14检测到的信号求平均得到实时检测温度，当实时检测温度达到冻结温度时，所述微控制器模块4-1控制第一继电器4-4断开，使第一接触器4-5断开制冷压缩机7的供电回路，制冷压缩机7停机，同时，微控制器模块4-1停止通过半导体制热制冷片驱动电路4-7驱动半导体加热制冷片8制冷，恒温冷冻若干小时后，将冻土试块取出，即可用于试验的后续步骤。

当要进行冻融循环试验时，通过操作触摸式液晶显示屏5设置冻结温度和融化温度，微控制器模块4-1先控制第一继电器4-4接通，使第一接触器4-5接通制冷压缩机7的供电回路，制冷压缩机7启动，同时，微控制器模块4-1通过半导体制热制冷片驱动电路4-7驱动半导体加热制冷片8制冷，多个温度传感器14对冻融盒9内的温度进行实时检测并将检测到的信号实时传输给微控制器模块4-1，微控制器模块4-1对多个温度传感器14检测到的信号求平均得到实时检测温度，当实时检测温度达到冻结温度时，所述微控制器模块4-1控制第一继电器4-4断开，使第一接触器4-5断开制冷压缩机7的供电回路，制冷压缩机7停机，同时，微控制器模块4-1停止通过半导体制热制冷片驱动电路4-7驱动半导体加热制冷片8制冷，恒温冷冻若干小时后，微控制器模块4-1再通过半导体制热制冷片驱动电路4-7驱动半导体加热制冷片8制热，多个温度传感器14对冻融盒9内的温度进行实时检测并将检测到的信号实时传输给微控制器模块4-1，微控制器模块4-1对多个温度传感器14检测到的信号求平均得到实时检测温度，当实时检测温度达到融化温度时，微控制器模块4-1停止通过半导体制热制冷片驱动电路4-7驱动半导体加热制冷片8制热，恒温加热若干小时后，再循环进行以上的冻结和融化过程。

另外，冻结试验和冻融循环试验过程中，微控制器模块4-1还对多个温度传感器14检测到的信号进行比对，当任意两个温度传感器14检测到的信号的温差大于2℃时，微控制器模块4-1通过声光报警器驱动电路4-6驱动声光报警器13发出声光报警信号，提醒实验人员采取相应措施。

由于冻融循环箱前腔23内为质量浓度为25％的盐水溶液，比热较大，对于外界温度变化不敏感，而将温度传感器14设置在冻融循环箱前腔23内部，用于感测温度变化，更为精确，能够将温度精确控制为所需温度。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种冻土冻融循环实验装置，其特征在于：包括冻融循环箱箱体(1)和转动连接在冻融循环箱箱体(1)顶部一侧的冻融循环箱箱盖(2)，所述冻融循环箱箱体(1)的侧壁上设置有玻璃观察窗(3)、触摸式液晶显示屏(5)和声光报警器(13)，所述冻融循环箱箱体(1)的后壁上设置有用于接入220V交流电(11)的电源输入接口(10)，所述冻融循环箱箱体(1)内设置有用于将冻融循环箱箱体(1)内部空间分隔为冻融循环箱前腔(23)和冻融循环箱后腔(22)两部分的耐热隔板(6)，所述冻融循环箱前腔(23)内设置有盐水溶液，所述冻融循环箱前腔(23)内底部设置有半导体加热制冷片(8)和架设在半导体加热制冷片(8)顶部的冻土试块放置架(9)，所述冻融循环箱前腔(23)内中部侧壁上设置有多个温度传感器(14)，所述冻融循环箱前腔(23)内一侧上部设置有冷气输入腔(15)，所述冷气输入腔(15)上设置有多个冷气吹出孔(16)，所述冻融循环箱前腔(23)内与设置冷气输入腔(15)相对的一侧上部设置有冷气回风腔(17)，所述冷气回风腔(17)上设置有多个冷气回风口(21)；所述冻融循环箱后腔(22)内设置有制冷压缩机(7)和冻融状态控制器(4)，所述制冷压缩机(7)的出风口连接有穿过耐热隔板(6)伸入冷气输入腔(15)内的冷气输入管(26)，所述冷气回风腔(17)上连接有与制冷压缩机(7)的回风口连接的冷气回风管(18)，所述冻融状态控制器(4)包括微控制器模块(4-1)和用于将220V交流电(11)转换为冻融状态控制器(4)中各用电模块所需电压的交直流转换电路模块(4-3)，以及与所述微控制器模块(4-1)相接的数据存储器模块(4-2)，所述触摸式液晶显示屏(5)与微控制器模块(4-1)相接，多个所述温度传感器(9-4)的输出端均与微控制器模块(4-1)的输入端连接，所述微控制器模块(4-1)的输出端还接有声光报警器驱动电路(4-6)和半导体制热制冷片驱动电路(4-7)，以及依次相接的用于接通或断开220V交流电(11)给制冷压缩机(7)供电的供电回路的第一继电器(4-4)和第一接触器(4-5)，所述声光报警器(13)与声光报警器驱动电路(4-6)的输出端连接，所述半导体加热制冷片(8)与半导体制热制冷片驱动电路(4-7)的输出端连接，所述第一接触器(4-5)串联在220V交流电(11)给制冷压缩机(7)供电的供电回路中。

2.按照权利要求1所述的一种冻土冻融循环实验装置，其特征在于：所述冻融循环箱箱体(1)的底部均匀设置有多个脚轮(12)。

3.按照权利要求1所述的一种冻土冻融循环实验装置，其特征在于：所述冻融循环箱箱体(1)位于冻融循环箱前腔(23)部分的下部侧壁上设置有供所述盐水溶液排出的排液口(24)。

4.按照权利要求1所述的一种冻土冻融循环实验装置，其特征在于：所述冻融循环箱前腔(23)内底部还设置有多个并联的微型搅拌机(25)，所述微控制器模块(4-1)的输出端接有用于接通或断开220V交流电(11)给多个微型搅拌机(25)供电的供电回路的第二继电器(4-8)和第二接触器(4-9)，所述第二接触器(4-9)串联在220V交流电(11)给多个微型搅拌机(25)供电的供电回路中。

5.按照权利要求1所述的一种冻土冻融循环实验装置，其特征在于：所述冻融循环箱箱体(1)由内层的聚氨酯内壁(1-1)和外层的彩涂板外壁(1-2)构成。

6.按照权利要求1所述的一种冻土冻融循环实验装置，其特征在于：所述冻融循环箱箱盖(2)通过合页(27)转动连接在冻融循环箱箱体(1)上，所述冻融循环箱箱体(1)与冻融循环箱箱盖(2)贴合的一面四周固定连接有第一磁性吸条(19)，所述冻融循环箱箱盖(2)与冻融循环箱箱体(1)贴合的一面四周固定连接有与所述第一磁性吸条(19)相配合的第二磁性吸条(20)。

7.按照权利要求1所述的一种冻土冻融循环实验装置，其特征在于：所述冻土试块放置架(9)包括四条支撑腿(9-2)和设置在四条支撑腿(9-2)顶部的设置有3×3个矩形放置格的矩形放置架(9-1)，每个所述矩形放置格的底部和侧壁上均设置有多个透气孔(9-3)。

8.按照权利要求1所述的一种冻土冻融循环实验装置，其特征在于：所述微控制器模块(4-1)为单片机。

9.按照权利要求1所述的一种冻土冻融循环实验装置，其特征在于：所述温度传感器(14)的数量为四个。