[發明專利]一種電容法測量濕型粘土砂含水量的圓柱形制樣裝置及測量濕型粘土砂含水量的方法

有效

• 申請號: 201210589603.0
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN102998160A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 石德全;高桂麗;李大勇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N27/22
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

1.一種電容法測量濕型粘土砂含水量的圓柱形制樣裝置，其特征在于：它包括主樣筒(1)、次樣筒(2)、輔助樣筒(3)、兩個半圓環形激勵電極(4)、圓環形隔離電極(5)、隔離電極接地線(6)和兩根激勵電極屏蔽線(4-1)；

次樣筒(2)位于主樣筒(1)的正上方，輔助樣筒(3)套在主樣筒(1)和次樣筒(2)的外側，且主樣筒(1)、次樣筒(2)和輔助樣筒(3)同軸；

主樣筒(1)的內壁上鑲嵌有同型號的兩個半圓環形激勵電極(4)，且兩個半圓環形激勵電極(4)之間存在間隙；該兩個半圓環形激勵電極(4)分別與兩根激勵電極屏蔽線(4-1)電連接；

主樣筒(1)的外壁上覆蓋有圓環形隔離電極(5)，該圓環形隔離電極(5)與隔離電極接地線(6)電連接；

次樣筒(2)內徑與內壁上嵌有激勵電極(4)的主樣筒(1)的內徑Φin相同；

次樣筒(2)的外徑Φout與圓環形隔離電極(5)的外徑相同。

2.根據權利要求1所述的一種電容法測量濕型粘土砂含水量的圓柱形制樣裝置，其特征在于：次樣筒(2)的內徑為50mm。

3.根據權利要求1所述的一種電容法測量濕型粘土砂含水量的圓柱形制樣裝置，其特征在于：次樣筒(2)與輔助樣筒(3)之間的間隙為0.5mm。

4.根據權利要求1所述的一種電容法測量濕型粘土砂含水量的圓柱形制樣裝置，其特征在于：主樣筒(1)的軸向高度為50mm。

5.根據權利要求1所述的一種電容法測量濕型粘土砂含水量的圓柱形制樣裝置，其特征在于：次樣筒(2)的軸向高度為60mm。

6.根據權利要求1所述的一種電容法測量濕型粘土砂含水量的圓柱形制樣裝置，其特征在于：次樣筒(2)的外徑Φout為70mm。

7.應用權利要求1所述的一種電容法測量濕型粘土砂含水量的圓柱形制樣裝置的測量濕型粘土砂含水量的方法，其特征在于：

該方法中應用到的并聯電阻模型電路包括一號電阻R₀、二號電阻R、開關K和電容C_x；該二號電阻R的一端接地，另一端分別作為并聯電阻模型電路的一個輸入端、同時與一號電阻R₀的一端和電容C_x的一端連接，一號電阻R₀的另一端與開關K的一端連接，所述開關K的另一端作為并聯電阻模型電路的一個輸入端、與電容C_x的另一端連接；所述電容法測量濕型粘土砂含水量的方法為：

步驟一、在圓柱形制樣裝置內裝滿待測粘土砂，并使用錘擊法制得緊實度相同的濕型粘土砂砂樣，該砂樣的高度與主樣筒(1)的高度相等；

步驟二、將主樣筒(1)和輔助樣筒(3)分離；

步驟三、將兩根激勵電極屏蔽線(4-1)分別與并聯電阻模型電路的兩個輸入端連接，

此時主樣筒(1)內的砂樣的電阻采用砂樣等效電阻R_x表示；

步驟四、通過兩個激勵電極屏蔽線(4-1)給兩個激勵電極(4)施加頻率為ω的交流激勵電壓u_i，并控制開關K斷開或者閉合，在斷開開關K狀態，砂樣等效電阻R_x和電容C_x的并聯連接，在閉合開關K狀態，砂樣等效電阻R_x、電容C_x和一號電阻R₀并聯；兩種狀態下，分別測量二號電阻R上的電壓降u_o1和u_o2：

uo1=R11/Rx+jωCx+R·uiuo2=R11/Rx+1/R0+jωCx+R·ui,]]>

由u_o1和u_o2可分別求得C_x和R_x，即：

Cx=|uo1|2|ui|2-|uo1|2(1+2RRx)-R2Rx2ωRRx=|uo1|2|ui|2-|uo1|2+R2R02-(1+2R/R0)|uo2|2|ui|2-|uo2|22R(|uo2|2|ui|2-|uo2|2-|uo1|2|ui|2-|u01|2-RR0),]]>

根據上述兩個公式求得C_x，再通過已有的濕型粘土砂電容C_x與含水量之間的關系，即可求得濕型粘土砂含水量。