[實用新型]不同溫壓條件下層理冰樣品制作裝置

有效

• 申請號: 201621124481.8
• 申請日: 2016-10-15
• 公開（公告）號: CN206132492U
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 范曉鵬;李傳金;張楠;達拉拉伊帕維爾;曹品魯;楊陽;劉剛;洪嘉琳;宮達
• 申請（專利權）人: 吉林大學;中國科學院西北生態環境資源研究院
• 主分類號: G01N1/42
• 分類號: G01N1/42
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙)22103
• 代理人: 張建成

技術領域

本實用新型涉及一種不同溫壓條件下層理冰樣品制作裝置。

背景技術

我國極地科學發展迅速，目前中國在南極已經建立了中山站，昆侖站，長城站等科學考察站，我國科學家依托科考站對南極冰蓋做了大量細致的研究工作，但南極畢竟是人類難以到達的地方，因此科學家們迫切希望能夠在實驗室內凍制冰樣，以此來模擬極地冰蓋冰雪特性，從而分析極地冰蓋硬度強度等特性，為極地科學的研究奠定基礎。由于極地冰蓋為冰雪常年累月堆積形成，其形成機理為積雪壓實成冰，且具有典型的層理特性。極地冰蓋不同深度冰層賦存壓力不同，因此為了較為真實的模擬極地冰層特點，實驗室制作的冰樣應在不同溫壓條件下凍制，并應具有層理特性。目前查閱國內外資料，多見采用不同溫度的層理冰來模擬極地冰層，但均未考慮壓力因素。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種不同溫壓條件下層理冰樣品制作裝置。

本實用新型凍制的樣品可根據實驗需要調節凍制樣品的溫度和壓力條件，并且可凍制層理冰，能更為真實的模擬極地冰層。

本實用新型之一種不同溫壓條件下層理冰樣品制作裝置是由低溫冷柜、冰樣凍制容器、冰樣加壓系統、冰樣注水系統組成。其中，冰樣凍制容器放置在低溫冷柜中，用于承載和凍制冰樣，其頂部分別于冰樣加壓系統和冰樣注水系統用管路連接。冰樣加壓系統和冰樣注水系統放置在低溫冷柜外部，冰樣加壓系統通過氣管與冰樣凍制容器連接，用來為冰樣凍制容器提供凍制冰樣所需的不同壓力。冰樣注水系統通過水管與冰樣凍制容器連接，用于控制每次注水量，以實現不同厚度層理冰樣的凍制。

低溫冷柜為市場上購買的低溫設備，目的是為凍制冰樣提供低溫環境，冷柜內溫度最低可達-60℃，且溫度可在此范圍內無級調節。

冰樣凍制容器由冰樣腔、泄壓閥、壓力表組成，其中冰樣腔B由冰樣腔上蓋、冰樣腔罐體、冰樣腔底蓋和聚四氟乙烯內襯組成，冰樣腔上蓋和冰樣腔底蓋通過螺釘與冰樣腔罐體連接，并形成密閉腔體，聚四氟乙烯內襯與冰樣腔罐體內壁貼合，并可在每次冰樣凍制完成后可隨冰樣一同取出，冰樣腔B上蓋設計有進氣孔，通過冰樣腔接頭和冰樣腔進氣閥門與氣管相連；泄壓閥和壓力表通過螺紋安裝在冰樣腔上蓋上，泄壓閥可設定壓力值，當冰樣腔內壓力超過泄壓閥設定值時，泄壓閥開啟，冰樣腔壓力降低至泄壓閥設定值后，泄壓閥關閉，壓力表則用于實時監測冰樣腔壓力。

冰樣加壓系統包括有加壓腔、高壓氣罐、高壓油泵，其原理為采用液體為氣體加壓，并將加壓后的氣體通入冰樣腔，為冰樣凍制提供不同壓力條件。加壓腔由加壓腔上蓋、加壓腔罐體、加壓腔底蓋組成，加壓腔上蓋和加壓腔底蓋通過螺釘與加壓腔罐體連接，并形成密閉腔體；加壓腔內部由活塞劃分為高壓空氣腔和液壓腔兩個腔室，其中液壓腔通過油管接頭、油管、油管閥門與高壓油泵連接。加壓腔上蓋加工有兩個氣孔，一個氣孔通過進氣管接頭、進氣管、進氣閥門與高壓氣罐連接，使高壓氣罐與高壓空氣腔連通，另一個氣孔通過出氣管接頭、出氣閥門、出氣管與冰樣腔連接；活塞兩端安裝有高壓密封圈，保證高壓空氣腔和液壓腔相互隔離。

冰樣注水系統由水罐和水罐閥門組成，水罐用水管連接在氣管靠近冰樣腔一端，閥門在需要注水時打開，當冰樣腔內需要加壓時，閥門則必須關閉，保證水罐不受高壓空氣影響。

本實用新型的工作過程：

凍制冰樣時，首先將冰樣腔放入低溫冷柜內，氣管通過低溫冷柜側面小孔引至低溫冷柜外部，并與加壓腔和水罐連接。開通低溫冷柜電源，并將溫度設定至需要的溫度，在此過程中，冰樣腔始終放置在冷柜內。

當低溫冷柜溫度恒定在需要的溫度后，開始對冰樣腔進行壓力調節，首先將油管閥門打開，并對高壓油泵泄壓，使加壓腔中活塞回到加壓腔底部最低位，關閉油管閥門，并開啟進氣閥門，使高壓氣罐中的高壓氣體進入高壓空氣腔，一定時間后關閉進氣閥門，打開油管閥門，使用高壓油泵對液壓腔加壓，活塞在液體作用下上行，并壓縮高壓空氣腔，對空氣進行加壓，由于此時空氣的壓力與液體壓力相等，因此空氣的壓強可通過高壓油泵上壓力表讀取。當空氣壓力達到一定值后，關閉油管閥門，并同時開啟出氣閥門和冰樣腔進氣閥門，使高壓空氣進入冰樣腔，加壓腔的高壓空氣腔和冰樣腔壓力平衡后，關閉出氣閥門和冰樣腔進氣閥門，完成一次充氣。由于空氣壓縮比較大，一次充氣難以達到凍制冰樣所需的壓力值，因此上述過程需重復進行，直至冰樣腔壓力表顯示達到設定壓力值。充氣過程中將泄壓閥設定至所需壓力值，當冰樣腔內壓力過高時，泄壓閥自動開啟泄壓，保證壓力恒定在設定值。