[發明專利]一種近相變區凍土導熱系數測定裝置與方法

有效

• 申請號: 201510403799.3
• 申請日: 2015-07-10
• 公開（公告）號: CN105044147B
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 周國慶;趙曉東;姜雄;賴澤金;呂長霖;季雨坤;劉一飛;張海洋
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

1.一種近相變區凍土導熱系數測定裝置，其特征在于：包括兩端開口橫置的管狀土樣室（2），管狀土樣室（2）兩側分別設有起支撐作用的固定板（6），管狀土樣室（2）內部設有凍土試樣（10），凍土試樣（10）上安裝有熱流傳感器（9），管狀土樣室（2）兩端開口處分別設有冷液循環板（1）密封凍土試樣（10），兩側液體循環板（1）上分別連接有兩根硅膠管（11），一側的冷液循環板（1）通過兩根硅膠管（11）連接有恒溫裝置Ⅰ（12），另一側的冷液循環板（1）通過兩根硅膠管（11）連接有恒溫裝置Ⅱ（13）；管狀土樣室（2）由內到外分別設有內隔熱層（3）、保溫絕熱夾層（4）和外隔熱層（5），管狀土樣室（2）的圓柱面上按管狀土樣室（2）的對稱兩側位置上分別開有兩組各有4個傳感器孔（14），開在管狀土樣室（2）一側位置的傳感器孔（14）內安裝有探針型溫度傳感器Ⅰ（7），開在管狀土樣室（2）另一側位置的傳感器孔（14）內安裝有探針型溫度傳感器Ⅱ（8），探針型溫度傳感器Ⅰ（7）和探針型溫度傳感器Ⅱ（8）通過頭部感溫，探針型溫度傳感器Ⅰ（7）插入至凍土試樣（10）的中間位置，探針型溫度傳感器Ⅱ（8）插入凍土試樣（10）的表皮即可。

2.根據權利要求1所述的近相變區凍土導熱系數測定裝置，其特征在于：所述內隔熱層（3）為壁厚15～20mm的有機玻璃管，外隔熱層（5）為壁厚10～15mm的有機玻璃管，保溫絕熱夾層（4）為聚氯乙烯泡沫塑料空心層或者真空層結構。

3.根據權利要求1所述的近相變區凍土導熱系數測定裝置，其特征在于：所述高低溫恒溫液體循環裝置Ⅰ（12）和高低溫恒溫液體循環裝置Ⅱ（13）型號為XT5704LT-R30C。

4.根據權利要求1所述的近相變區凍土導熱系數測定裝置，其特征在于：所述探針型溫度傳感器Ⅰ（7）、探針型溫度傳感器Ⅱ（8）和熱流傳感器（9）的型號分別為MF5E-2.202F和GHT-1C。

5.一種使用權利要求1所述裝置的近相變區凍土導熱系數測定方法，其特征在于步驟如下：

a. 將與管狀土樣室（2）內部空腔尺寸相同的待測凍土試樣（10）安設在管狀土樣室（2）中；

b. 利用冷液循環板（1）將管狀土樣室（2）兩側的端口封堵起來，在凍土試樣（10）的一側與冷液循環板（1）之間安裝熱流傳感器（9），將管狀土樣室（2）兩側的端口與冷液循環板（1）的邊緣密封；

c. 利用兩根硅膠管（11）將安裝有熱流傳感器（9）的管狀土樣室（2）一側的冷液循環板（1）與恒溫裝置Ⅰ（12）連接，利用另外兩根硅膠管（11）將管狀土樣室（2）另一側的冷液循環板（1）與恒溫裝置Ⅱ（13）連接起來；

d. 將4支探針型溫度傳感器Ⅰ（7）通過開在管狀土樣室（2）一側位置的傳感器孔（14）插入至凍土試樣（10）的中間位置，將4支探針型溫度傳感器Ⅱ（8）通過開在管狀土樣室（2）另一側的傳感器孔（14）插入凍土試樣（10）的表皮；

e. 開啟恒溫裝置Ⅰ（12）和恒溫裝置Ⅱ（13），設定恒溫裝置Ⅰ（12）的溫度為近相變區凍土最低溫度，設定恒溫裝置Ⅱ（13）的溫度為近相變區凍土最高溫度；

f. 開啟恒溫裝置Ⅰ（12）和恒溫裝置Ⅱ（13）后，利用針型溫度傳感器Ⅰ（7）和探針型溫度傳感器Ⅱ（8）采集凍土試樣（10）溫度，并將溫度信息發送給計算機，計算機監控接收到的溫度信息，當數值變化穩定后，連同同一時間熱流傳感器（9）發送的數值信息一并記錄下來；

g. 根據預先測量的凍土試樣截面積S，熱流量Q，相鄰測點間距H和溫差ΔT，以及測量時間t，利用公式：QH/(QtΔT）計算不同溫度點下被測凍土試樣（10）的導熱系數。