專利名稱：一種在線壓差式土顆粒分析儀及其分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于土顆粒分析領(lǐng)域，具體涉及一種在線壓差式土粒度分析儀及其分析方法。
背景技術(shù)：
土的成分包括粒度成分、礦物成分和化學(xué)成分三個(gè)方面。自然界的土，作為組成土體骨架的土粒，大小懸殊，性質(zhì)各異。工程上常把組成土的各種大小顆粒的相互比例關(guān)系， 稱為土的粒度成分。土的粒度成分如何，對(duì)土的一系列工程性質(zhì)有著決定性的影響，因而， 它是工程性質(zhì)研究的重要內(nèi)容之一。為了便于研究土粒的大小，通常按土粒的直徑(簡(jiǎn)稱粒徑，以mm為單位)來(lái)劃分粒徑區(qū)段。將每一區(qū)段中所包括大小比例相似、且工程性質(zhì)基本相同的顆粒合并為組，稱為粒組。一般天然土由若干個(gè)粒組組成，它所包含的各個(gè)粒組在土全部質(zhì)量中各自占有的比例稱為粒度成分，又稱顆粒級(jí)配。用指定方法測(cè)定土中各個(gè)粒組占總質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的試驗(yàn)，稱為土的顆粒分析。目前，國(guó)內(nèi)外常用的土顆粒粒度分析方法主要有篩分法、沉降法、超聲波測(cè)量法、 激光法等。其中，篩分法對(duì)粒徑小于0. 075mm的顆粒很難測(cè)定，沉降法有移液管法、沉降天平法和比重天平法等，其使用雖較廣泛，但不僅測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)，且測(cè)量結(jié)果常取決于操作人員的技術(shù)水平，還不能實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量的在線實(shí)時(shí)控制。而超聲波測(cè)量法和激光衍射法也存在著對(duì)工作環(huán)境和傳感器要求很高，探頭裝置需要經(jīng)常標(biāo)定，給維護(hù)帶來(lái)困難等問(wèn)題。為了克服以上問(wèn)題，可采用壓差式土粒度分析方法，目前還沒(méi)有對(duì)土顆粒粒度采用壓差式分析的儀
ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個(gè)目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，提供一種操作簡(jiǎn)單、 測(cè)量精度與靈敏度高的在線壓差式土粒度分析儀。本發(fā)明的第一個(gè)目的是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的的該在線壓差式土粒度分析儀，它包括一個(gè)盛放待測(cè)土粒懸浮液的專用量桶，在專用量桶某一深度的內(nèi)側(cè)安裝有一個(gè)微探頭壓力傳感器，微探頭壓力傳感器通過(guò)專用量桶之外的信號(hào)線與一個(gè)光電隔離器連接，光電隔離器連接到微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上；微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)壓力傳感器檢測(cè)到的該處土粒懸浮液靜壓力的變化數(shù)值，通過(guò)數(shù)據(jù)處理和分析而得出土顆粒的粒徑及其級(jí)配情況，并顯示和打印出來(lái)。更具體地說(shuō)，所述專用量桶的高為800mm，內(nèi)直徑為120mm ；壓力傳感器安裝于距離桶底400mm處的內(nèi)側(cè)。本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供基于上述在線壓差式土粒度分析儀的分析方法，該方法包括
(1)首先，標(biāo)定該壓差式土粒度分析儀，其中包括校正微探頭壓力傳感器的準(zhǔn)確度與靈敏度；(2)將篩分過(guò)0.075mm篩的風(fēng)干土樣盛入專用量桶中，并注入蒸餾水和適量分散劑至專用量桶規(guī)定刻度線，攪拌制成濃度均勻的懸浮液；
(3)打開(kāi)分析儀的開(kāi)關(guān)，開(kāi)始檢測(cè)專用量桶中微探頭壓力傳感器處懸浮液的靜壓力，并轉(zhuǎn)換成4 20mA的電流信號(hào)；
(4)將上一步所得的懸浮液的靜壓力電流信號(hào)經(jīng)信號(hào)線送到光電隔離器中消除各種干擾和噪聲后，再送到微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，從而得出土顆粒的粒徑及其級(jí)配情況，并顯示和打印出來(lái)。更具體地說(shuō)，步驟(4)所述微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析包括
(1)首先，計(jì)算機(jī)啟動(dòng)并初始化；
(2)開(kāi)始捕捉暫停鍵是否按下，若有，暫停試驗(yàn)；捕捉啟動(dòng)鍵是否按下，若沒(méi)有，則繼續(xù)暫停試驗(yàn)，若有，則繼續(xù)捕捉暫停鍵以外按鍵是否按下，同時(shí)采集壓力傳感器微探頭處的懸浮液靜壓力隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)，并根據(jù)靜壓力的大小與該處以上懸浮液的加權(quán)密度值呈正比的關(guān)系，而得出測(cè)點(diǎn)以上懸浮液加權(quán)密度P隨時(shí)間t的變化數(shù)據(jù)；
(3)根據(jù)Mokes原理和土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)處理數(shù)據(jù)，從而得到土顆粒的粒徑及其級(jí)配情況；
(4)若捕捉到結(jié)束鍵按下，則試驗(yàn)完畢，打印相關(guān)曲線及試驗(yàn)數(shù)據(jù)。其中，所述分散劑采用六偏磷酸溶液。本發(fā)明技術(shù)成熟，原理可靠；試驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，采用在線檢測(cè)方式，使試驗(yàn)過(guò)程無(wú)人為因素，測(cè)量精度與靈敏度高。本發(fā)明測(cè)量的土粒粒徑范圍可小于0. 075mm，每個(gè)土樣測(cè)試的時(shí)間為12小時(shí)，儀器標(biāo)定與檢測(cè)皆可在室溫下進(jìn)行，因此具有很好的推廣使用價(jià)值。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是是本發(fā)明微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主程序流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。參見(jiàn)圖1，本發(fā)明的在線壓差式土粒度分析儀實(shí)施例中，盛放待測(cè)土粒懸浮液的專用量桶1的高為800mm，內(nèi)直徑為120mm ；在專用量桶1的內(nèi)側(cè)距離桶底400mm處安裝有高精度與靈敏度的微探頭壓力傳感器2，微探頭壓力傳感器2通過(guò)專用量桶之外的信號(hào)線5與光電隔離器3連接，光電隔離器3連接到微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)4上。本發(fā)明的在線壓差式土粒度分析儀的工作過(guò)程和方法是事先要標(biāo)定該壓差式土粒度分析儀。然后將過(guò)篩的風(fēng)干被測(cè)土樣盛入專用量桶1中，注入蒸餾水和適量的分散劑攪拌制成均勻濃度的懸浮液，分散劑采用六偏磷酸溶液。打開(kāi)分析儀的開(kāi)關(guān)，開(kāi)始檢測(cè)專用量桶1中壓力傳感器2處懸浮液的靜壓力的變化，在沉降過(guò)程中，檢測(cè)到壓力傳感器2處的懸浮液的靜壓力逐漸減小。壓力傳感器2將壓力值轉(zhuǎn)化為壙20mA的電流信號(hào)，經(jīng)信號(hào)線5 送到光電隔離器3消除了各種干擾和噪聲，再送到微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)4進(jìn)行分析與處理轉(zhuǎn)化為懸浮液加權(quán)密度值，靜壓力的大小與該處以上懸浮液的加權(quán)密度值呈正比，故可得到該處以上懸浮液的加權(quán)密度值隨時(shí)間變化的關(guān)系，這樣分析儀可記錄該處以上懸浮液加權(quán)密度P隨時(shí)間t的變化，將測(cè)量結(jié)果繪成P_t圖。根據(jù)Mokes原理和土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn) (GBT50123-1999)，微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)4分析與處理數(shù)據(jù)，即可得到土顆粒的粒徑及其級(jí)配情況，并在屏幕上顯示和打印。參見(jiàn)圖2，是本發(fā)明計(jì)算機(jī)主程序流程圖。微型計(jì)算機(jī)啟動(dòng)后，首先進(jìn)行初始化，其初始化內(nèi)容包括設(shè)置數(shù)據(jù)類型，試驗(yàn)時(shí)間等；然后啟動(dòng)，開(kāi)始捕捉暫停鍵是否按下，若有，暫停試驗(yàn)；捕捉啟動(dòng)鍵是否按下，若沒(méi)有，則繼續(xù)暫停試驗(yàn)，若有，則繼續(xù)捕捉暫停鍵以外按鍵是否按下，同時(shí)采集壓力傳感器探頭處?kù)o壓力隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)，得出測(cè)點(diǎn)以上懸浮液加權(quán)密度P隨時(shí)間t的變化數(shù)據(jù)，微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)Mokes原理和土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(GBT50123-1999)處理數(shù)據(jù)，可得到土顆粒的粒徑及其級(jí)配情況，若捕捉到結(jié)束鍵按下，即試驗(yàn)完畢，打印相關(guān)曲線及試驗(yàn)數(shù)據(jù)。本發(fā)明測(cè)量的土粒粒徑范圍是小于0.075mm，每個(gè)土樣測(cè)試的時(shí)間為12小時(shí)，儀器標(biāo)定與檢測(cè)皆在室溫下進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種在線壓差式土粒度分析儀，其特征在于它包括一個(gè)盛放待測(cè)土粒懸浮液的專用量桶，在專用量桶某一深度的內(nèi)側(cè)安裝有一個(gè)微探頭壓力傳感器，微探頭壓力傳感器通過(guò)專用量桶之外的信號(hào)線與一個(gè)光電隔離器連接，光電隔離器連接到微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上； 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)壓力傳感器檢測(cè)到的該處土顆粒懸浮液靜壓力的變化數(shù)值，通過(guò)數(shù)據(jù)處理和分析而得出土顆粒的粒徑及其級(jí)配情況，并顯示和打印出來(lái)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線壓差式土粒度分析儀，其特征在于所述專用量桶的高為800mm，內(nèi)直徑為120mm ；壓力傳感器安裝于距離桶底400mm處的內(nèi)側(cè)。
3.一種基于權(quán)利要求1所述在線壓差式土粒度分析儀的分析方法，其特征在于該方法包括(1)首先，標(biāo)定該壓差式土粒度分析儀，其中包括校正微探頭壓力傳感器的準(zhǔn)確度與靈敏度；(2)將篩分過(guò)0.075mm篩的風(fēng)干土樣盛入專用量桶中，并注入蒸餾水和適量分散劑至專用量桶規(guī)定刻度線，攪拌制成濃度均勻的懸浮液；(3)打開(kāi)分析儀的開(kāi)關(guān)，開(kāi)始檢測(cè)專用量桶中微探頭壓力傳感器處懸浮液的靜壓力，并轉(zhuǎn)換成4 20mA的電流信號(hào)；(4)將上一步所得懸浮液的靜壓力電流信號(hào)經(jīng)信號(hào)線送到光電隔離器中消除各種干擾和噪聲后，再送到微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，從而得出土顆粒的粒徑及其級(jí)配情況，并顯示和打印出來(lái)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的在線壓差式土粒度分析儀的分析方法，其特征在于步驟(4) 所述微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析包括(1)首先，計(jì)算機(jī)啟動(dòng)并初始化；(2)開(kāi)始捕捉暫停鍵是否按下，若有，暫停試驗(yàn)；捕捉啟動(dòng)鍵是否按下，若沒(méi)有，則繼續(xù)暫停試驗(yàn)，若有，則繼續(xù)捕捉暫停鍵以外按鍵是否按下，同時(shí)采集壓力傳感器微探頭處的懸浮液靜壓力隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)，并根據(jù)靜壓力的大小與該處以上懸浮液的加權(quán)密度值呈正比的關(guān)系，而得出測(cè)點(diǎn)以上懸浮液加權(quán)密度P隨時(shí)間t的變化數(shù)據(jù)；(3)根據(jù)Mokes原理和土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)處理數(shù)據(jù)，從而得到土顆粒的粒徑及其級(jí)配情況；(4)若捕捉到結(jié)束鍵按下，則試驗(yàn)完畢，打印相關(guān)曲線及試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的在線壓差式土粒度分析儀的分析方法，其特征在于所述分散劑采用六偏磷酸溶液。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種在線壓差式土粒度分析儀及其分析方法。該在線壓差式土粒度分析儀包括一個(gè)盛放待測(cè)土粒懸浮液的專用量桶，在專用量桶某一深度的內(nèi)側(cè)安裝有一個(gè)微探頭壓力傳感器，微探頭壓力傳感器通過(guò)專用量桶之外的信號(hào)線與一個(gè)光電隔離器連接，光電隔離器連接到微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上。微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)壓力傳感器檢測(cè)到的該處土粒懸浮液靜壓力的變化數(shù)值，通過(guò)處理得出測(cè)點(diǎn)以上懸浮液加權(quán)密度ρ隨時(shí)間t的變化數(shù)據(jù)；通過(guò)分析而得出土顆粒的粒徑及其級(jí)配情況，并顯示和打印出來(lái)。本發(fā)明技術(shù)成熟，原理可靠；試驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，采用在線檢測(cè)方式，使試驗(yàn)過(guò)程無(wú)人為因素，測(cè)量精度與靈敏度高；測(cè)量的土粒粒徑范圍可小于0.075mm。
文檔編號(hào)G01N15/02GK102226750SQ20111008024
公開(kāi)日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者徐蒙, 李運(yùn)成, 王志斌, 賀建清, 陳偉 申請(qǐng)人:湖南科技大學(xué)