專利名稱：一種即熱式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于儀器測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種即熱式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的土壤導(dǎo)熱測(cè)量?jī)x雖然能夠較為準(zhǔn)確的測(cè)量出土壤的導(dǎo)熱系數(shù)，但其管路加 熱需要的時(shí)間比較長(zhǎng)，并且占的面積比較大，從而導(dǎo)致整個(gè)儀器的效率比較低。隨著地?zé)峁?程的不斷增多，研發(fā)高速度，高精度的導(dǎo)熱測(cè)量?jī)x器，成為亟待解決的問 題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，針對(duì)目前普遍采用的土壤導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x器測(cè)量時(shí)間比 較長(zhǎng)、占用面積比較大，不適應(yīng)高速度，高精度測(cè)量的要求的問題，提出一種即熱式土壤導(dǎo) 熱系數(shù)測(cè)量?jī)x，用以解決上述問題。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，一種即熱式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述測(cè) 量?jī)x包括管路加熱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述管路加熱系統(tǒng)包括水管、進(jìn)水口、出水口、過濾器、 第一溫度傳感器、水泵、加熱器、流量計(jì)、第二溫度傳感器、旁通閥、旁路手閥、旁路電動(dòng)閥、 壓力傳感器、補(bǔ)水箱和補(bǔ)水閥；所述進(jìn)水口和所述出水口分別與地埋管連接；所述進(jìn)水口、過濾器、水泵、加熱器、流量計(jì)和出水口依次通過水管連接；所述進(jìn)水口與過濾器之間，靠近進(jìn)水口處設(shè)置第一溫度傳感器；所述進(jìn)水口和過濾器之間設(shè)置補(bǔ)水箱，補(bǔ)水箱通過補(bǔ)水閥與水管相連；所述加熱器包括加熱器進(jìn)水口和加熱器出水口，所述加熱器進(jìn)水口和加熱器出水 口分別通過旁通閥與水管連接并組成旁通回路；在旁通閥之間的水管分別設(shè)置旁路手閥和 旁路電動(dòng)閥；所述流量計(jì)和出水口之間分別設(shè)置第二溫度傳感器和壓力傳感器；所述控制系統(tǒng)包括控制模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、互感器、觸摸屏、功率表、第一繼電 器、第二繼電器、第三繼電器和第四繼電器；所述控制模塊分別與第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、流量計(jì)、壓力傳感器、觸 摸屏、功率表、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、第一繼電器、第二繼電器、第三繼電器和第四繼電器連接；所述互感器與功率表連接，并與第二繼電器連接；所述水泵與第一繼電器連接；所述旁路電動(dòng)閥分別與第三繼電器和第四繼電器連接。所述旁通閥采用三通閥門。所述補(bǔ)水閥采用手閥或者電磁閥。所述加熱器采用即熱式電熱水器。所述進(jìn)水口和出水口還包括球形閥門。所述數(shù)據(jù)發(fā)送模塊與遠(yuǎn)端控制主機(jī)連接。[0021]本實(shí)用新型提供的一種即熱式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x，通過對(duì)管路加熱部分使用改 裝過的即熱式電熱水器，使得管路加熱速度更快；同時(shí)，整個(gè)測(cè)量設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、體積小便 于攜帶，并且具備遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸與控制功能。

圖1是本實(shí)用新型提供的即熱式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x的管路加熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2是本實(shí)用新型提供的即熱式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x控制系統(tǒng)連接示意圖；圖3是采用本實(shí)用新型提供的即熱式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x測(cè)量土壤導(dǎo)熱系數(shù)的 原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步解釋。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的 是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本實(shí)用新型的范圍及其應(yīng)用。圖1是本實(shí)用新型提供的即熱式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x的管路加熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖 1中，本實(shí)用新型提供的即熱式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x的管路加熱系統(tǒng)包括水管101、進(jìn)水口 102、出水口 103、過濾器104、第一溫度傳感器105、水泵106、加熱器107、流量計(jì)108、第二 溫度傳感器109、旁通閥110、旁路手閥111、旁路電動(dòng)閥112、壓力傳感器113、補(bǔ)水箱114和 補(bǔ)水閥115。進(jìn)水口 102和出水口 103分別與U型地埋管的兩頭連接，再將U型地埋管埋于待 測(cè)土壤下，則可進(jìn)行待測(cè)土壤的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量。進(jìn)水口 102、過濾器104、水泵106、加熱器107、流量計(jì)108和出水口 103依次通過 水管101連接。進(jìn)水口 102與過濾器104之間，靠近進(jìn)水口 102處，設(shè)置第一溫度傳感器105，用于 測(cè)量進(jìn)水口處的水溫。過濾器104用于過濾進(jìn)水口進(jìn)水時(shí)攜帶的泥沙等雜質(zhì)。水泵106用于帶動(dòng)水管101內(nèi)的水進(jìn)行循環(huán)。因?yàn)樵跍y(cè)量土壤導(dǎo)熱系數(shù)時(shí)，水管 101與U型地埋管相連，并將U型地埋管埋于待測(cè)土壤下，由于重力作用，水在u型地埋管中 保持靜止，為了使水能夠在水管101中循環(huán)流動(dòng)，需要使用水泵106，帶動(dòng)水循環(huán)運(yùn)動(dòng)。進(jìn)水口 102和過濾器104之間設(shè)置補(bǔ)水箱114，補(bǔ)水箱114通過補(bǔ)水閥115與水管 101相連。在整個(gè)土壤導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量過程中，如果水管101中的水量不足，可以通過開啟補(bǔ) 水閥115，將補(bǔ)水箱114中的水補(bǔ)充到水管101中。補(bǔ)水閥115可以采用手閥手工進(jìn)行補(bǔ) 水，也可以采用電磁閥，通過控制系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)水。加熱器107包括加熱器進(jìn)水口 116和加熱器出水口 117，所述加熱器進(jìn)水口 116和 加熱器出水口 117分別通過旁通閥110與水管101連接并組成旁通回路；在旁通閥110之 間的水管101分別設(shè)置旁路手閥111和旁路電動(dòng)閥112。本實(shí)用新型中的加熱器107采用 即熱式電熱水器，即熱式電熱水器加熱速度快、耗能低，能夠保證土壤系數(shù)測(cè)量過程中快速 準(zhǔn)確地獲得導(dǎo)熱系數(shù)等參數(shù)。旁路手閥111可以通過手動(dòng)，人工控制加熱器進(jìn)入水管101 的熱水量；旁路電動(dòng)閥112可以通過控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制加熱器進(jìn)入水管101的熱水量。旁 通閥110可以簡(jiǎn)單地采用三通閥門。[0034]流量計(jì)108用于測(cè)量整個(gè)水管101中的水的流量，并通過水的流量來確定是否需 要補(bǔ)水箱114向水管101內(nèi)補(bǔ)水。流量計(jì)108和出水口 103之間分別設(shè)置第二溫度傳感器109和壓力傳感器113。 第二溫度傳感器109用于測(cè)量出水口處的水溫。壓力傳感器113用于測(cè)量出水口處的壓力。出水口 102和進(jìn)水口 103處還可以設(shè)置閥門118，采用普通球閥即可。閥門118分 別用于控制水管101內(nèi)的水流量。當(dāng)壓力傳感器113測(cè)得的水管101內(nèi)的壓力過大時(shí)，可 以通過閥門118放出水管101中的水來減小壓力。圖2是本實(shí)用新型提供的即熱式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x控制系統(tǒng)連接示意圖。圖2 中，控制系統(tǒng)包括控制模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、互感器、觸摸屏、功率表、第一繼電器、第二繼電 器、第三繼電器和第四繼電器?？刂葡到y(tǒng)與管路加熱系統(tǒng)中相關(guān)器件的連接關(guān)系是控制模 塊分別與第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、流量計(jì)、壓力傳感器、觸摸屏、功率表、數(shù)據(jù)發(fā) 送模塊、第一繼電器、第二繼電器、第三繼電器和第四繼電器連接；互感器與功率表連接，并 與第二繼電器連接；水泵與第一繼電器連接；旁路電動(dòng)閥分別與第三繼電器和第四繼電器 連接；數(shù)據(jù)發(fā)送模塊與遠(yuǎn)端控制主機(jī)連接。控制模塊采用西門子公司的PLC-226芯片，用于接收第一溫度傳感器、第二溫度 傳感器、流量計(jì)、壓力傳感器發(fā)送的信號(hào)，并將接收的信號(hào)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量存 儲(chǔ)在控制模塊中。存儲(chǔ)在控制模塊中的數(shù)字量，可以通過數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，采用無線傳輸方式 或者有線傳輸方式，發(fā)送到遠(yuǎn)端的控制主機(jī)；或者還可以通過功率表，現(xiàn)場(chǎng)顯示加熱器的工 作功率。數(shù)據(jù)發(fā)送模塊采用西門子公司的PLC-226芯片，功率表采用ACR10EL型號(hào)。無線 傳輸方式可以采用3G、GSM、CDMA、Wi-Fi，有線傳輸方式可以采用電話線、以太網(wǎng)、光纖。遠(yuǎn) 端控制主機(jī)接收到來自數(shù)據(jù)發(fā)送模塊的數(shù)字量后，可以顯示在遠(yuǎn)端主機(jī)系統(tǒng)的顯示器上， 遠(yuǎn)端主機(jī)系統(tǒng)的操作員可以根據(jù)這些數(shù)字量，發(fā)布控制命令到控制模塊，并通過控制指令 控制管路加熱系統(tǒng)的相關(guān)器件，如水泵、加熱器、旁路電動(dòng)閥等。觸摸屏采用MT4200TK，用于通過控制模塊調(diào)節(jié)水泵、加熱器、旁路電動(dòng)閥的工作狀 態(tài)。本實(shí)用新型除了可以通過遠(yuǎn)程的方式，進(jìn)行測(cè)量?jī)x的調(diào)節(jié)控制外，還可以通過現(xiàn)場(chǎng)的方 式進(jìn)行測(cè)量?jī)x的調(diào)節(jié)控制?，F(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量員可以根據(jù)第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、流量 計(jì)、壓力傳感器的值以及功率表顯示的加熱器的功率，通過觸摸屏調(diào)節(jié)水泵、加熱器、旁路 電動(dòng)閥的工作狀態(tài)?，F(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量員通過觸摸屏將控制指令傳送到控制模塊，控制模塊根據(jù) 指令，控制管路加熱系統(tǒng)的相關(guān)器件，如水泵、加熱器、旁路電動(dòng)閥等。當(dāng)控制模塊收到遠(yuǎn)端主機(jī)系統(tǒng)或者觸摸屏發(fā)送的控制指令后，根據(jù)控制指令，通 過第一繼電器控制水泵的啟動(dòng)或停止；通過第二繼電器控制加熱器的啟動(dòng)或停止；通過第 三繼電器控制旁路電動(dòng)閥的加電或斷電；通過第四繼電器控制旁路電動(dòng)閥的開閘或關(guān)閘。 控制模塊還根據(jù)控制指令，通過第二繼電器控制互感器，控制通過即熱式熱水器的電流，用 以保護(hù)熱水器?；ジ衅鞑捎肁KH-0. 66，上述第一繼電器、第二繼電器、第三繼電器和第四繼 電器均采用RU4S-D24。圖3是采用本實(shí)用新型提供的即熱式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x測(cè)量土壤導(dǎo)熱系數(shù)的 原理圖。圖3中，將即熱式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x的進(jìn)水口 102和出水口 103分別與U型地 埋管119兩端連接。通過補(bǔ)水箱114，將循環(huán)管道(水管101和U型地埋管)充滿水，并保 持補(bǔ)水箱內(nèi)留有一定量的水以備測(cè)試過程中補(bǔ)充。接著只開啟循環(huán)水泵106，調(diào)節(jié)合適的流量，循環(huán)約3 4小時(shí)，直到進(jìn)水口 102和出水口 103的水溫基本相同。之后開啟加熱器 107，按已設(shè)定功率恒功率循環(huán)加熱。由于采用即熱式熱水器，循環(huán)短暫時(shí)間后，即可間隔 一定時(shí)間分別記錄下進(jìn)出口的水溫，加熱功率，流量等數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)測(cè)量土壤的導(dǎo)熱系 數(shù)。本實(shí)用新型提供的一種即熱式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x，通過對(duì)管路加熱部分使用改 裝過的即熱式電熱水器，使得管路加熱速度更快；同時(shí)，整個(gè)測(cè)量設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、體積小便 于攜帶，并且具備遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸與控制功能。以上所述實(shí)施例，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范 圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕 易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范 圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求一種即熱式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述測(cè)量?jī)x包括管路加熱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述管路加熱系統(tǒng)包括水管、進(jìn)水口、出水口、過濾器、第一溫度傳感器、水泵、加熱器、流量計(jì)、第二溫度傳感器、旁通閥、旁路手閥、旁路電動(dòng)閥、壓力傳感器、補(bǔ)水箱和補(bǔ)水閥；所述進(jìn)水口和所述出水口分別與地埋管連接；所述進(jìn)水口、過濾器、水泵、加熱器、流量計(jì)和出水口依次通過水管連接；所述進(jìn)水口與過濾器之間，靠近進(jìn)水口處設(shè)置第一溫度傳感器；所述進(jìn)水口和過濾器之間設(shè)置補(bǔ)水箱，補(bǔ)水箱通過補(bǔ)水閥與水管相連；所述加熱器包括加熱器進(jìn)水口和加熱器出水口，所述加熱器進(jìn)水口和加熱器出水口分別通過旁通閥與水管連接并組成旁通回路；在旁通閥之間的水管分別設(shè)置旁路手閥和旁路電動(dòng)閥；所述加熱器采用即熱式電熱水器；所述流量計(jì)和出水口之間分別設(shè)置第二溫度傳感器和壓力傳感器；所述控制系統(tǒng)包括控制模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、互感器、觸摸屏、功率表、第一繼電器、第二繼電器、第三繼電器和第四繼電器；所述控制模塊分別與第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、流量計(jì)、壓力傳感器、觸摸屏、功率表、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、第一繼電器、第二繼電器、第三繼電器和第四繼電器連接；所述互感器與功率表連接，并與第二繼電器連接；所述水泵與第一繼電器連接；所述旁路電動(dòng)閥分別與第三繼電器和第四繼電器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種即熱式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述旁通閥采用三通閥門。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種即熱式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述補(bǔ)水閥 采用手閥或者電磁閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種即熱式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述進(jìn)水口 和出水口還包括球形閥門。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種即熱式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述數(shù)據(jù)發(fā) 送模塊與遠(yuǎn)端控制主機(jī)連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了儀器測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域中的一種即熱式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量?jī)x。包括安置在便攜箱體內(nèi)的管路加熱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，管路加熱系統(tǒng)包括通過水管依次連接的進(jìn)水口、過濾器、水泵、加熱器、流量計(jì)和出水口；還包括第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、旁通閥、旁路手閥、旁路電動(dòng)閥、壓力傳感器、補(bǔ)水箱和補(bǔ)水閥；控制系統(tǒng)包括與控制模塊相連的第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、流量計(jì)、壓力傳感器、觸摸屏、功率表、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、第一繼電器、第二繼電器、第三繼電器和第四繼電器連接，還包括與第二繼電器相連的互感器。本實(shí)用新型通過對(duì)管路加熱器使用改裝過的即熱式電熱水器，管路加熱速度更快；同時(shí)，一起體積小巧兼具遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸與控制功能。
文檔編號(hào)G01N25/18GK201589758SQ20092035085
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者丁良士, 周超, 姜睿, 張靜, 戴九霄, 許東來, 魏俊輝 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué);北京楓葉能源科技有限公司;南京楓葉能源技術(shù)有限公司