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      不規(guī)則固體熱脹冷縮體積變化量的高精度量測裝置及測量方法

      文檔序號:8379320閱讀:455來源:國知局
      不規(guī)則固體熱脹冷縮體積變化量的高精度量測裝置及測量方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001] 本發(fā)明涉及巖土工程領(lǐng)域,屬于一種物理實驗方法,適宜量測溫度變化時不規(guī)則 固體熱脹冷縮的體積變化量。
      【背景技術(shù)】
      [0002] 熱脹冷縮是自然界萬物本質(zhì)屬性之一,在宏觀上表現(xiàn)為溫度升高,體積增大,溫度 降低,體積減小。針對巖土工程領(lǐng)域,當(dāng)前量測固體材料熱脹冷縮體積變化量的方法是將其 預(yù)制成長方體或圓柱體試樣,先用游標(biāo)卡尺測量試樣某一端面的線應(yīng)變,而后再根據(jù)幾何 特征計算其體積變化量。這種方法存在兩大弊端;其一,對試樣幾何外形有特定要求,無法 量測不規(guī)則體在溫度改變時的體積變化量;其二,混凝土、巖石等多數(shù)巖土體均屬于各向異 性材料,這種由單一端面線應(yīng)變推算其整體體積變化量的方法與實際情況不相吻合,存在 較大誤差。針對物理實驗方法,通常是采用帶有刻度的容器直接測量溢出液體體積,并以其 替代試樣體積,該法雖可先測量出不規(guī)則體在不同溫度下的體積,而后再計算出體積變化 量,但由于固體材料對溫度變化的敏感度一般較低,當(dāng)試樣體積或溫度變化量較小時,量測 結(jié)果不明顯,精度無法滿足要求。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0003] 針對上述問題,本發(fā)明提出了一種量測裝置及測量方法,可對任意幾何外形固體 材料在熱脹冷縮時的體積變化量進行高精度量測。
      [0004] 一種不規(guī)則固體熱脹冷縮體積變化量的高精度量測裝置,它包括鐵架臺、玻璃杯、 橡膠塞、玻璃圓直管、液體、泡沫薄板和千分表。其中,鐵架臺包括鐵架臺豎直桿、鐵架臺橫 梁和鐵架臺底座;玻璃杯置于鐵架臺底座上;橡膠塞直徑與玻璃杯內(nèi)徑匹配;玻璃圓直管 橫穿通過橡膠塞正中央,且底端與橡膠塞下端面齊平;泡沫薄板為圓形,直徑與玻璃圓直管 內(nèi)徑匹配,漂浮于玻璃圓直管內(nèi)的液面,可在管內(nèi)隨液面的升降而上下自由滑動;千分表量 程10mm,分度值0. 001mm,固定于鐵架臺的橫梁上。
      [0005] 上述的鐵架臺豎直桿高350-400mm,鐵架臺底座為正方形,其邊長為250-300mm, 鐵架臺橫梁長200-220mm ;玻璃杯壁厚2-3mm,內(nèi)徑150-260mm,高150-300mm ;橡膠塞厚 25-30mm ;玻璃圓直管壁厚l-2mm,內(nèi)徑20-25mm,長55-70mm ;泡沫薄板厚2-3mm。
      [0006] 上述的液體為水或油。
      [0007] 利用上述不規(guī)則固體熱脹冷縮體積變化量的高精度量測裝置進行測量的方法,將 固體試樣用超薄彈力橡皮密封后放入玻璃杯內(nèi),塞緊橡膠塞,插入玻璃圓直管;向玻璃杯 中注入液體,注入總量應(yīng)充滿玻璃杯與橡皮塞組成的整個空腔,且在玻璃圓直管內(nèi)保留有 35-50mm高度的液柱;將泡沫薄板置于玻璃圓直管內(nèi)的液面,調(diào)整鐵架臺橫梁的高度,使千 分表的測頭緊貼泡沫薄板,且指針有一定的初始讀數(shù);將上述整個裝置置入恒溫箱中,設(shè)置 恒溫箱溫度,使固體試樣、液體、玻璃杯及玻璃圓直管等開始產(chǎn)生熱脹冷縮變化,并引起泡 沫薄板隨液面升降而上下移動,且?guī)忧Х直碇羔槹l(fā)生偏轉(zhuǎn);當(dāng)千分表指針達到穩(wěn)定時,記 錄其讀數(shù);利月
      【主權(quán)項】
      1. 一種不規(guī)則固體熱脹冷縮體積變化量的高精度量測裝置,其特征在于:它包括鐵架 臺、玻璃杯(8)、橡膠塞(6)、玻璃圓直管(3)、液體(7)、泡沫薄板(4)和千分表(5);其中,鐵 架臺包括鐵架臺豎直桿(1)、鐵架臺橫梁(2)和鐵架臺底座(9);玻璃杯置于鐵架臺底座上; 橡膠塞直徑與玻璃杯內(nèi)徑匹配;玻璃圓直管橫穿通過橡膠塞正中央,且底端與橡膠塞下端 面齊平;泡沫薄板為圓形,直徑與玻璃圓直管內(nèi)徑匹配,漂浮于玻璃圓直管內(nèi)的液面,可在 管內(nèi)隨液面升降而上下自由滑動;千分表固定于鐵架臺的橫梁上;固體試樣(11)通過超薄 彈力橡皮(10)密封后設(shè)置在液體中。
      2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的不規(guī)則固體熱脹冷縮體積變化量的高精度量測裝置,其特征 在于:所述的鐵架臺豎直桿高350-400mm,鐵架臺橫梁長200-220mm,鐵架臺正方形底座邊 長250-300mm;玻璃杯壁厚2-3mm,內(nèi)徑150-260mm,高150-300mm;橡膠塞厚25-30mm;玻璃 圓直管壁厚l_2mm,內(nèi)徑20_25mm,長55_70mm;泡沫薄板厚2_3mm。
      3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的不規(guī)則固體熱脹冷縮體積變化量的高精度量測裝置,其特征 在于:所述的千分表量程10mm,分度值〇.001mm。
      4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的不規(guī)則固體熱脹冷縮體積變化量的高精度量測裝置,其 特征在于:所述的液體為水或油。
      5. 利用權(quán)利要求1-4任一不規(guī)則固體熱脹冷縮體積變化量的高精度量測裝置進行測
      量的方法,其特征在于:將固體試樣用超薄彈力橡皮密封后放入玻璃杯內(nèi),塞緊橡膠塞,插 入玻璃圓直管;向玻璃杯中注入液體;將泡沫薄板置于玻璃圓直管內(nèi)的液面上,調(diào)整鐵架 臺橫梁的高度,使千分表的測頭緊貼泡沫薄板,且指針有一定的初始讀數(shù);將上述整個裝置 置入恒溫箱中,設(shè)置恒溫箱溫度,使固體試樣、液體、玻璃杯及玻璃圓直管等開始產(chǎn)生熱脹 冷縮變化,并引起泡沫薄板隨液面升隊$ 分表 指針達到穩(wěn)定時,記錄其讀數(shù),利用 卜算固 體試樣體積的絕對改變量;利用
      算 固體試樣體積的相對改變量;其中,記m為液體質(zhì)量,a以百分數(shù)表示;溫度&條件下,試 樣體積記為Vi,液體密度記為Pi,玻璃杯內(nèi)徑記為Di,玻璃杯內(nèi)液面高度記為氏,玻璃圓直 管內(nèi)徑記為d,玻璃圓直管內(nèi)液面高度記為h,千分表讀數(shù)記為S1; 溫度t2條件下,試樣體積記為V2,液體密度記為P2,玻璃杯內(nèi)徑記為D2,玻璃杯內(nèi)液面 高度記為H2,玻璃圓直管內(nèi)徑記為d,玻璃圓直管內(nèi)液面高度記為h2,千分表讀數(shù)記為S2; 玻璃杯內(nèi)徑DJPD2、玻璃杯內(nèi)液面高度氏和H2、玻璃圓直管內(nèi)徑d、玻璃圓直管內(nèi)液面 高度4和h2由游標(biāo)卡尺在t:和12溫度時直接測量,千分表讀數(shù)S:和S2根據(jù)千分表指針 偏轉(zhuǎn)情況直接讀取,液體密度pJPP2根據(jù)品名直接查資料,液體質(zhì)量m由電子臺秤直接 稱量;當(dāng)AV計算值為時,表示固體體積收縮,當(dāng)AV計算值為" + "時,表示固體體積增 大。
      6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的利用不規(guī)則固體熱脹冷縮體積變化量的高精度量測裝置進 行測量的方法,其特征在于:所注入液體的總量應(yīng)充滿玻璃杯與橡皮塞組成的整個空腔,且 在玻璃圓直管內(nèi)保留有35-50mm高度的液柱。
      【專利摘要】一種不規(guī)則固體熱脹冷縮體積變化量的高精度量測裝置及測量方法,它包括鐵架臺、玻璃杯、橡膠塞、玻璃圓直管、液體、泡沫薄板和千分表。其中,鐵架臺包括鐵架臺豎直桿、鐵架臺橫梁和鐵架臺底座;玻璃杯置于鐵架臺底座上;橡膠塞直徑與玻璃杯內(nèi)徑匹配;玻璃圓直管橫穿通過橡膠塞正中央,且底端與橡膠塞下端面齊平;泡沫薄板為圓形,直徑與玻璃圓直管內(nèi)徑匹配,漂浮于玻璃圓直管內(nèi)的液面,可在管內(nèi)隨液面升降而上下自由滑動;千分表固定于鐵架臺的橫梁上。本發(fā)明的方法利用千分表指針的偏轉(zhuǎn)來衡量玻璃圓直管中液面高度的變化,檢測精度遠高于對玻璃圓直管中液面高度的直接讀取,推算過程有效消除了溫度改變對玻璃杯尺寸及液體體積的影響。
      【IPC分類】G01N25-16
      【公開號】CN104698029
      【申請?zhí)枴緾N201510085370
      【發(fā)明人】周明濤, 胡旭東, 許文年, 張守德, 高家禎
      【申請人】三峽大學(xué)
      【公開日】2015年6月10日
      【申請日】2015年2月15日
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