一种叠环式温控装置的制作方法

本实用新型属于土工试验装置领域，更具体地，涉及一种温控装置。

背景技术：

单剪试验是土工试验中获得试样抗剪强度及剪切模量的最基础试验，其原理简单，操作简便，在国内乃至国际有很高的普及率。但是目前针对冻土的单剪试验研究很少，原因在于冻土的温度敏感特性，这类低温试验对环境温度的控制精度要求高于常规的室温试验。而且目前在单剪仪上添加温控装置往往采用大型保温箱，这种方案优点在于设计简单而且有成熟的技术，缺点则在于占地面积大以及随之而来的高功耗。实践中还有一种较为简单的方案，在试样附近设置循环冷却液管，试样外设置小型保温罩，这种方式的优点在于保温装置小，冷能利用率高，缺点在于需要特殊设计且试样的安装拆卸更复杂。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种叠环式温控装置，在不过多改造仪器以及保持较小占地面积的基础上，让常规叠环式单剪仪具备温控功能，使之能对不同尺寸冻结试样进行测试。

为实现上述目的，按照本实用新型，提供了一种叠环式温控装置，其特征在于，包括底板、叠环片和顶帽，其中，

所述底板承接所述叠环片；

所述叠环片包括外环、第一导热管、内环和盖环，所述外环的内壁一体成型有环形台阶并且所述外环上设置有缺口，所述第一导热管放置在所述外环的环形台阶上，并且所述第一导热管的两个端部分别从所述外环的缺口处伸出，所述内环的外壁固定在所述环形台阶的内壁上并且其内腔用于容纳试样，所述盖环位于所述第一导热管的上方，所述盖环的外壁与所述外环的内壁固定连接并且其内壁与所述内环的外壁连接；

所述顶帽用于放置在试样上以对试样进行冷却，其包括上盖、第二导热管和下盖，所述上盖盖合在所述下盖上，所述下盖具有容纳槽，所述第二导热管设置在所述下盖的容纳槽处并且所述第二导热管的两个端部分别穿过所述上盖。

优选地，所述上盖的顶端设置有螺纹孔，以用于连接外部施力杆。

优选地，所述叠环片设置有多个，并且它们叠加在一起。

优选地，所述底板的顶端竖直设置有限位杆，所述叠环片的外环活动穿装在所述限位杆上。

优选地，所述底板上周向均匀布置多个螺孔，以用于螺栓装置穿过所述螺孔后将所述底板固定于单剪仪的活动板上。

优选地，所述顶帽的下盖上设置有温度传感器。

优选地，所述环形台阶上设置有导热硅脂，以利于所述第一导热管的传热。

优选地，所述顶帽的下盖内填充有导热硅脂，以利于所述第二导热管的传热。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本实用新型无需改造仪器，仅需要将本实用新型替换下原始零部件即可让常规土工叠环式单剪仪具备温控功能；制冷效率高，冷能通过低温冷却液直接传至试样周围，可高效控制试样温度；安装拆卸简单，与常规单剪试验方法相近。

附图说明

图1是本实用新型连接冷却液循环机工作时的示意图；

图2是本实用新型的结构示意图；

图3是本实用新型的分解示意图；

图4是本实用新型中顶帽的结构示意图；

图5是本实用新型中顶帽的分解示意图；

图6是本实用新型中叠环片的结构示意图；

图7是本实用新型中叠环片的分解示意图。

图中：1-冷却液循环机，2-顶帽，3-叠环片，4-底板，5-冻土试样，6-限位杆，7-上盖，8-第二导热管，9-下盖，10-盖环，11-内环，12-第一导热管，13-外环。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1～图7，一种叠环式温控装置，包括底板4、叠环片3和顶帽2，其中，

所述底板4承接所述叠环片3；

所述叠环片3包括外环13、第一导热管12、内环11和盖环10，所述外环13的内壁一体成型有环形台阶并且所述外环13上设置有缺口，所述第一导热管12放置在所述外环13的环形台阶上，并且所述第一导热管12的两个端部分别从所述外环13的缺口处伸出，所述内环11的外壁固定在所述环形台阶的内壁上并且其内腔用于容纳试样5，所述盖环10位于所述第一导热管12的上方，所述盖环10的外壁与所述外环13的内壁固定连接并且其内壁与所述内环11的外壁连接；

所述顶帽2用于放置在试样5上以对试样5进行冷却，其包括上盖7、第二导热管8和下盖9，所述上盖7盖合在所述下盖9上，所述下盖9具有容纳槽，所述第二导热管8设置在所述下盖9的容纳槽处并且所述第二导热管8的两个端部分别穿过所述上盖7。

进一步，所述上盖7的顶端设置有螺纹孔，以用于连接外部施力杆，外部施力杆可以螺纹连接在上盖7上，然后向下施加压力到试样5上。

进一步，所述叠环片3设置有多个，并且它们叠加在一起，这样叠环片3数量可以调整，可以适应不同高度的试样5。

进一步，所述底板4的顶端竖直设置有限位杆6，限位杆6优选通过螺纹连接在底板4上，所述叠环片3的外环13活动穿装在所述限位杆6上，这样可以限制叠环片3的位置，让叠环片3不会产生过大的相对位移，防止系统在轴向压力下失稳破坏。

进一步，所述顶帽2的下盖9上设置有温度传感器，这样可以更好地了解温度情况。

进一步，所述环形台阶上设置有导热硅脂，以利于所述第一导热管12的传热。

进一步，所述顶帽2的下盖9内填充有导热硅脂，以利于所述第二导热管8的传热。

本实用新型的顶帽2分为上盖7、下盖9及第二冷却管8三部分，上盖7由低导热系数材料(ABS塑料等3D打印常用耗材)制成。下盖9由高导热系数金属材料(铜)制成。第二冷却管8为紫铜材质，经过绕制增大其表面积，安装于上盖7和下盖9之间。上盖7和下盖9之间用胶水结合成一体。上盖7和下盖9开有测温孔，供温度传感器安装使用。

叠环片3根据不同试样5高度尺寸有不同的规格与数量，试样5直径大于等于200mm，高度大于20mm。单个叠环片3分为内环11、外环13、第一冷却管12及盖环10四部分，内环11为铜环，与第二冷却管12相接触，第二冷却管12为紫铜材质。外环13和盖环10由ABS塑料3D打印制成，具有低导热系数。第二冷却管12安装于内环11与外环13之间，之中缝隙填充导热硅脂。内环11、外环13及盖环10使用胶水连接成一个整体，叠环片3的上下表面分别涂有特氟龙涂层，具有较小的摩擦系数，环片之间的摩擦较小。外环13开有限位孔，穿过限位杆6后可防止叠环层间出现过大相对位移导致失稳破坏。

所述的底板4由ABS塑料3D打印制成，减少从试样5底部流失的冷能。底板4上有螺纹孔用来安装有限位杆6；底板4同时开有供固定在单剪仪的活动板使用的螺孔，这些螺孔为周向均匀分布。限位杆6为普通钢杆，一端车有螺纹，穿过叠环片3的限位孔后安装于底板4之上。

本温控装置在工作时连接冷却液循环机1，冷却液循环机1为市场上采购的设备，其具备冷却液外循环功能：进水口通过包覆有保温层的PVC软管与叠环片3和顶帽2的冷却管任意一端连接；出水口与冷却管另一端连接。冷却液循环机1内的冷却液的温度可以为零下，调节冷却液循环机1的设定温度，可达到控制试样5温度的目的。试样5的温度通过顶帽2上安装的温度传感器监测。本实用新型测试的试样5为冻土，冻土的温度比较低，为了保持冻土的低温，需要用循环的冷却液。

本装置零件具体尺寸根据各用户的单剪仪实际尺寸确定，在不影响单剪仪功能的范围内可自由取值。

制造本温控装置时，首先根据试样5尺寸(直径与高度)确定叠环片3的内外径与数量。根据外部的单剪仪用于与推力轴相连的活动板尺寸来确定底板4上固定螺孔位置与尺寸，然后将上述外部活动板与本装置的底板4通过螺栓连接。根据顶帽2内腔、叠环片3的内腔尺寸手工绕制冷却铜管，绕制参数可根据实际空间自由设定，外露部分需要留足长度，方便接头安装。在冷却管周围多余空隙中填充导热硅脂。使用胶水将顶帽2的上盖7和下盖9粘合，将叠环片3的盖环10、内环11和外环13也粘合成整体。在叠环片3的上下表面分别贴特氟龙胶带。

应用本实用新型的模块化叠环式温度控制装置时，可按图1方式连接。

参照图2、图3，首先安装底板4，安装限位杆6，穿过限位杆6安装叠环片3，然后再放试样5进去，再放顶帽2，最后并联顶帽2与叠环片3的所有导热管与冷却液循环机1连接，一端为进水口，另一端为出水口。将冷却液循环机1设置成外循环模式，进行测试时先在冷却液循环机1上设置所需温度，开机后冷却液将从进水口端流入导热管，在吸收了试样5的热量后升温，通过出水口端返回冷却液循环机1释放热量恢复低温状态。经过一段时间后试样5可达到所设温度，通过顶帽2上安装的温度传感器可实时记录试样5的温度。

图4、图5中第二导热管8安装在上盖7与下盖9之间，下盖9与试样5接触，将试样5的热量传递给第二导热管8带走。上盖7和下盖9分别开有测温孔，便于安装温度传感器。顶帽2下盖9开有凹槽，方便第二导热管8安装。

图6、图7中内环11为第一导热管12提供支撑，并传递热量。外环13为内环11提供支撑，同时也极大降低热量流失。外环13开有凹槽与缺口，方便第一导热管12安装。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。