CN207882057U - 一种用于高温岩石力学试验的加热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于高温岩石力学试验的加热装置，其包括加热系统、传感器系统、控制系统和连接系统四个部分；加热系统包括电加热片、铝箔板外壳、阻热布和锁扣；传感器系统包括外置温度传感器、内置温度传感器和内置压力传感器；控制系统包括数字显示器、控制电路板、操作旋钮和金属外壳；连接系统包括连接插口和导线。本测量装置设置了加热系统、传感器系统、控制系统和连接系统，其结构简单。温度传感器可探测试验机三轴压力室内部和外部的温度信息，压力传感器可以探测三轴压力室内部的围压信息。其可以实现对岩石力学试验进行加温并实施温度和围压的监测，所得的温度和围压信息对岩石力学试验的研究结果具有重要意义。

Description

一种用于高温岩石力学试验的加热装置

技术领域

本实用新型属于室内岩石力学试验技术领域，尤其是涉及一种岩石力学试验机三轴室温度的控制装置。

背景技术

地下土木工程设计及施工之前，必须要了解地下工程选址所在地岩石的物理力学性质。岩石的物理力学性质受多种因素的制约，温度就是其中的一个重要的影响因素。岩石的埋深越大，其周围的环境温度越高，为了获得准确的岩石物理力学性质，需要在室内岩石力学试验中考虑温度的影响。因此，在进行岩石力学三轴压缩试验时需要对岩石试件进行加温，研究不同温度下岩石的物理力学性质。因而，开发一种高温岩石力学试验的加热设备具有十分重要的意义。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于高温岩石力学试验的加热装置，其结构简单，使用方便。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案是：一种高温岩石力学试验的加热装置，其包括加热系统、传感器系统、控制系统和连接系统四个部分；

所述加热系统包括电加热片、铝箔板外壳、阻热布和锁扣，所述电加热片的外部布设有用于防护的铝箔板外壳，所述铝箔板外壳的外部包裹阻热布，所述铝箔板外壳的两端设置锁扣，通过锁扣所述铝箔板外壳封闭成环，包裹在岩石力学试验机三轴压力室外侧，所述电加热片通过导线与控制系统相连；

所述传感器系统包括一个用于探测电加热片处温度的外置温度传感器、两个用于探测试样周围环境温度的内置温度传感器和一个用于探测三轴压力室内围压信息的内置压力传感器；所述外置温度传感器位于电加热片处，两个内置温度传感器位于岩石压力机三轴压力室内部，所述内置压力传感器位于岩石力学试验机三轴压力室内部，所述外置温度传感器通过导线与控制系统连接，所述内置温度传感器和内置压力传感器连接岩石力学试验机三轴压力室底盘内部的通道接口，且通过岩石力学试验机三轴压力室底盘外部的通道接口与控制系统相连；

所述控制系统包括数字显示器、控制加热装置工作状态的控制电路板、操作旋钮和作为外部框架对整个控制系统起到保护作用的金属外壳；所述数字显示器包括六块，布设于控制系统的正面，所述操作旋钮设置两个，上下分布；

所述连接系统包括所述连接插口和导线，连接插口设在控制系统的后端，所述连接插口的内部端口通过导线和控制电路板相连，所述连接插口的外部端口通过导线与外置温度传感器相连，所述连接插口的外部端口通过导线经岩石力学试验机三轴压力室底盘外部的通道接口分别和内置温度传感器及内置压力传感器相连。借助该连接插口、导线以及岩石力学试验机三轴压力室底盘外部的通道接口从而将内置温度传感器及内置压力传感器与控制系统相连，借助连接插口、导线将外置温度传感器与控制系统相连。

优选的，所述电加热片为矩形，其内部结构为电阻发热丝缠绕在云母板上，所述阻热布与铝箔板外壳之间紧密贴合。

优选的，上部的操作旋钮用于控制加热装置的开关，下部的操作旋钮3-3用于控制加热装置的加热功率。

优选的，所述连接插口布设6个，第一个连接插口通过导线连接电加热片，第二个连接插口通过导线连接外置温度传感器、第三个和第四个连接插口通过导线连接两个内置温度传感器，第五个连接插口通过导线连接内置压力传感器，第六个连接插口通过导线连接外部电源，用于为整个控制系统供电。

优选的，所述数字显示器包括六块，第一块数字显示器显示的是试验设定温度，第二块数字显示器显示的是电加热片温度，第三块数字显示器、第四块数字显示器分别显示的是三轴压力室内温度，第五块数字显示器显示两个内置温度传感器的平均值，第六块数字显示器显示的是三轴压力室内的环境压力。

上述的高温岩石力学试验的加热装置的加热方法，其包括如下步骤：

（a）使用时，将内置电加热片、外置阻热布的铝箔板包裹在岩石力学试验机三轴压力室的外侧，通过锁扣封闭成环，并实现紧贴，将外置温度传感器固定于岩石力学试验机三轴压力室的外侧，要求与电加热片直接接触，通过导线连接外置温度传感器与控制系统上的连接插口，将两个内置的温度传感器和内置压力传感器连接到试验机三轴压力室底盘内部的通道接口，通过导线连接试验机三轴压力室底盘外部的通道与控制系统上的连接插口；

（b）将加热装置连接电源，打开控制系统上部的操作旋钮，对装置进行调试，观察数字显示器的显示值是否正常，其中，第五块数字显示器的数值应该为第三块、第四块显示数值的平均值，而后，岩石力学试验机三轴压力室开始充油加压，在此过程中，三轴压力室内部压力增大，第六块数字显示器显示值不断增大；

（c）三轴压力室内部压力达到设定压力之后，停止加压，开始为三轴压力室加温，旋转控制系统的下部操作旋钮，设置操作系统的预设温度值，第一块数字显示器表示该信息，此时，电加热片开始工作，外置温度传感器将会感知电加热片的温度信息，电加热片工作后，三轴室内部的环境温度将会逐渐上升，内置温度传感器将会感知三轴室内部环境的温度信息，第三块、第四块数字显示器表示该信息，当第五块数字显示器的数值与第一块数字显示器的数值相等时，三轴压力室内部温度达到试验预设温度，此时电加热片将停止加热，维持恒温状态，开始试验；

（d）若需要改变岩石压力机三轴压力室内部的温度，则重复过程c，直到试验完成；

（e）试验完成后，先将加热装置控制系统电源关闭，电源线拔开，待加热片冷却到常温，将加热仪各部分导线拔开，电加热片上的锁扣打开，将各部分回收并放置到原始位置，等待下一次使用。

采用上述技术方案所产生的技术效果在于：

本实用新型测量装置设置了加热系统、传感器系统、控制系统和连接系统，其结构简单，使用方便。其中设置的温度传感器可以探测试验机三轴压力室内部和外部的温度信息，设置的压力传感器可以探测三轴压力室内部的围压信息。本实用新型可以实现对岩石力学试验进行加温并实施温度和围压的监测，所得的温度和围压信息对岩石力学试验的研究结果具有重要意义。本探测装置操作方法简便，能对岩石力学试验试件进行有效加热并有效地探测三轴压力室内外温度和三轴压力室内压力信息。

附图说明

图1为本实用新型装置示意图；

图2为加热系统横截面示意图（即电加热片、铝箔板外壳和阻热布的位置关系示意图）；

图3为本实用新型控制系统金属外壳前端显示器和设置按钮布置示意图；

图4为本实用新型控制系统金属外壳后端连接插口布置示意图；

其中， 1-1电加热片；1-2铝箔板外壳；1-3阻热布；1-4锁扣； 2-1外置温度传感器；2-2内置温度传感器；2-3内置压力传感器； 3-1数字显示器；3-2控制电路板；3-3操作旋钮；3-4金属外壳； 4-1连接导线；4-2连接插口。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的，特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图和具体实施方式，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见附图1-附图4，本加热装置包括加热系统、传感器系统、控制系统、连接系统四个部分。

所述加热系统包括电加热片1-1、铝箔板外壳1-2、阻热布1-3、锁扣1-4。电加热片1-1为矩形，其内部特征为电阻发热丝缠绕在云母板上，在电加热片的外部布设铝箔板外壳1-2防护，铝箔板外壳1-2的外部包裹阻热布1-3，阻热布1-3与铝箔板外壳1-2之间紧密贴合，可以用来防止工作中的加热装置烫伤试验人员，此外，阻热布1-3还兼有保温的功能。铝箔板外壳1-2的两端设置锁扣1-4，通过锁扣1-4，铝箔板外壳1-2封闭成环，包裹在岩石力学试验机三轴压力室外侧，用于给三轴压力室加热，电加热片1-1通过导线4-1与控制器相连。

所述传感器系统包括一个外置温度传感器2-1、两个内置温度传感器2-2和一个内置压力传感器2-3。外置温度传感器2-1位于电加热片1-1处，用于探测电加热片1-1处的温度。两个内置温度传感器2-2位于岩石压力机三轴压力室内部，用于探测试样周围的环境温度，试验中取两个内置温度传感器2-2的平均值作为三轴压力室内部的环境温度。内置压力传感器2-3位于岩石压力机三轴压力室内部，用于探测三轴压力室内的围压信息。外置温度传感器2-1通过导线4-1与控制系统连接、内置温度传感器2-2和内置压力传感器2-3连接岩石压力机三轴压力室底盘（内部）的通道接口，通过岩石压力机三轴压力室底盘（外部）的通道接口与控制器相连。

所述控制系统包括数字显示器3-1、控制电路板3-2、操作旋钮3-3和金属外壳3-4。数字显示器3-1包括六块，布设于控制系统的正面，第一块数字显示器3-1显示的是试验设定温度，第二块数字显示器3-1显示的是电加热片温度，第三块、第四块数字显示器3-1分别显示的是三轴压力室内温度，第五块数字显示器3-1显示两个内置温度传感器的平均值，第六块数字显示器3-1显示的是三轴压力室内的环境压力。其中温度控制部分控制电路板3-2可采用泰矽TAISEE品牌的，型号为TE4803010000的产品，当然也可采用其他类似产品，满足使用要求即可。控制电路板3-2的功能在于控制加热装置的工作状态，若内置温度传感器2-2感知的平均温度到达设定温度，则加热电路断开，加热装置停止工作。若内置温度传感器2-2感知的平均温度小于设定温度，则加热电路闭合，加热装置开始工作。操作旋钮3-3设置两个，上下分布，上部的操作旋钮3-3用于控制加热装置的开关，下部的操作旋钮3-3用于控制加热装置的加热功率，即控制加热装置的工作温度。金属外壳3-4作为外部框架对整个控制器起到保护作用。

所述连接系统包括连接插口4-2和导线4-1。在控制系统的后端设置连接插口4-2，连接插口4-2的内部端口通过导线4-1和控制电路板3-2相连，连接插口4-2的外部端口通过导线4-1和各类传感器相连。连接插口4-2布设6个，第一个连接插口4-2通过导线连接电加热片1-1，第二个连接插口4-2通过导线连接外置温度传感器2-1、第三个和第四个连接插口4-2通过导线连接两个内置温度传感器2-2，第五个连接插口4-1通过导线连接内置压力传感器2-3，第六个连接插口4-2通过导线连接外部电源，用于为整个控制系统供电。

采用上述高温岩石力学试验的加热装置的加热方法，其包括如下步骤：

（a）将内置电加热片1-1、外置阻热布1-3的铝箔板1-2包裹在岩石力学试验机三轴压力室的外侧，通过锁扣1-4封闭成环，并实现紧贴。将外置温度传感器2-1固定于岩石力学试验机三轴压力室的外侧，要求与电加热片1-1直接接触，通过导线4-1连接外置温度传感器2-1与控制系统上的连接插口4-2。将两个内置的温度传感器2-2和内置压力传感器2-3连接到试验机三轴压力室底盘（内部）的通道接口，通过导线4-1连接试验机三轴压力室底盘（外部）的通道与系统上的连接插口4-2。

（b）将加热装置连接电源，打开控制系统上部的操作旋钮3-3，对装置进行调试。观察数字显示器3-1的显示值是否正常，其中，第五块数字显示器的数值应该为第三块、第四块显示数值的平均值。而后，岩石力学试验机三轴压力室开始充油加压，在此过程中，三轴室内部压力增大，第六块数字显示器3-1显示值不断增大。

（c）三轴压力室内部压力达到设定压力之后，停止加压，开始为三轴压力室加温。旋转控制系统的下部操作旋钮3-3，设置操作系统的预设温度值，第一块数字显示器3-1表示该信息。此时，电加热片1-1开始工作，外置温度传感器2-1将会感知电加热片1-1的温度信息，电加热片1-1工作后，三轴压力室内部的环境温度将会逐渐上升，内置温度传感器2-2将会感知三轴压力室内部环境的温度信息，第三块、第四块数字显示器3-1表示该信息。当第五块数字显示器3-1的数值与第一块数字显示器3-1的数值相等时，三轴压力室内部温度达到试验预设温度，此时电加热片将停止加热，维持恒温状态，开始试验。

（d）若需要改变岩石力学试验机三轴压力室内部的温度，则重复过程c，直到试验完成。

（e）试验完成后，先将加热装置的控制系统电源关闭，电源线拔开，待加热片冷却到常温，将加热系统仪各部分导线4-1拔开，电加热片1-1上的锁扣1-4打开，将各部分回收并放置到原始位置，等待下一次使用。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型创造。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型创造的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型创造将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种用于高温岩石力学试验的加热装置，其特征在于：其包括加热系统、传感器系统、控制系统和连接系统四个部分；

所述加热系统包括电加热片（1-1）、铝箔板外壳（1-2）、阻热布（1-3）和锁扣（1-4），所述电加热片的外部布设有用于防护的铝箔板外壳（1-2），所述铝箔板外壳（1-2）的外部包裹阻热布（1-3），所述铝箔板外壳（1-2）的两端设置锁扣（1-4），通过锁扣（1-4）所述铝箔板外壳（1-2）封闭成环，包裹在岩石力学试验机三轴压力室外侧，所述电加热片（1-1）通过导线（4-1）与控制系统相连；

所述传感器系统包括一个用于探测电加热片（1-1）处温度的外置温度传感器（2-1）、两个用于探测试样周围环境温度的内置温度传感器（2-2）和一个用于探测三轴压力室内围压信息的内置压力传感器（2-3）；所述外置温度传感器（2-1）位于电加热片（1-1）处，两个内置温度传感器（2-2）位于岩石力学试验机三轴压力室内部，所述内置压力传感器（2-3）位于岩石力学试验机三轴压力室内部，所述内置温度传感器（2-2）和内置压力传感器（2-3）连接岩石力学试验机三轴压力室底盘内部的通道接口，且所述内置温度传感器（2-2）和内置压力传感器（2-3）经由岩石力学试验机三轴压力室底盘外部的通道接口与控制系统相连；

所述控制系统包括数字显示器（3-1）、控制加热装置工作状态的控制电路板（3-2）、操作旋钮（3-3）和作为外部框架对整个控制系统起到保护作用的金属外壳（3-4）；所述数字显示器（3-1）包括六块，布设于控制系统的正面，所述操作旋钮（3-3）设置两个，上下分布；

所述连接系统包括所述连接插口（4-2）和导线（4-1），所述连接插口（4-2）安装在控制系统的后端，所述连接插口（4-2）的内部端口通过导线（4-1）和控制电路板（3-2）相连，所述连接插口（4-2）的外部端口通过导线（4-1）与外置温度传感器（2-1）相连，所述连接插口（4-2）的外部端口通过导线（4-1）经岩石力学试验机三轴压力室底盘外部的通道接口分别和内置温度传感器（2-2）及内置压力传感器（2-3）相连。

2.根据权利要求1所述的用于高温岩石力学试验的加热装置，其特征在于：所述电加热片（1-1）为矩形，其内部结构为电阻发热丝缠绕在云母板上，所述阻热布（1-3）与铝箔板外壳（1-2）之间紧密贴合。

3.根据权利要求1所述的用于高温岩石力学试验的加热装置，其特征在于：两个操作旋钮中，上部的操作旋钮（3-3）用于控制加热装置的开关，下部的操作旋钮（3-3）用于控制加热装置的加热功率。

4.根据权利要求1所述的用于高温岩石力学试验的加热装置，其特征在于：所述连接插口（4-2）布设6个，第一个连接插口（4-2）通过导线连接电加热片（1-1），第二个连接插口（4-2）通过导线连接外置温度传感器（2-1）、第三个和第四个连接插口（4-2）通过导线连接两个内置温度传感器（2-2），第五个连接插口（4-2）通过导线连接内置压力传感器（2-3），第六个连接插口（4-2）通过导线连接外部电源。

5.根据权利要求1所述的用于高温岩石力学试验的加热装置，其特征在于：所述数字显示器（3-1）包括六块，第一块数字显示器（3-1）显示的是试验设定温度，第二块数字显示器（3-1）显示的是电加热片温度，第三块数字显示器、第四块数字显示器（3-1）分别显示的是三轴压力室内温度，第五块数字显示器（3-1）显示两个内置温度传感器的平均值，第六块数字显示器（3-1）显示的是三轴压力室内的环境压力。