专利名称：土工试验仪器用外置式压力传感器开关阀的制作方法
技术领域：
本实用新型属于开关阀，特别是涉及一种土工试验仪器用外置式传感器开关阀。
背景技术：
土工试验仪器的一个主要测试内容就是对某一被密封的土壤试样在特定边界条件下的孔隙水压力和排水量进行测试。经常遇到的试验模型是将土质试样置于密封容器的试样底座上，在底座与试样之间用透水石与滤纸隔开，底座中心有透水孔，经开关阀与外界连通构成下孔隙水控制通道(当关闭阀门后通过位于阀芯内侧的传感器对试样的孔隙水压力进行测量)。试样顶部通过滤纸和透水石与上加压帽相接触，然后用橡胶膜与束圈将位于上加压帽与试样底座间的土样密封，上加压帽通过接头与软管和位于仪器压力室底座沿口的上 孔隙开关阀连通构成上孔隙通道。在完成上述试样安装和密封工作后，将仪器压力室上盖置于仪器底座上紧固并密封，通过位于仪器底座上的侧压力开关阀或压力室上盖开关阀输入一定压力或接大气，对试样形成一个特定的边界条件，然后开始对试样进行前期处理，即①抽真空在上述条件下用真空泵通过上下孔隙水通道对密封试样进行抽气，将试样土颗粒孔隙之间的残余空气抽出。此时在下孔隙水开关阀关闭情况下测得之负压为真空压力，负值越大，保持时间越长效果越好。如果只要有某一阀门有一点漏气，就会影响真空度和抽气效果。②试样饱和当把密封试样孔隙当中残余空气抽空后，用无气水(蒸馏水)通过上(下)孔隙水开关阀快速进入密封试样将土颗粒孔隙充填，使试样饱和。③试样固结在完成饱和试验之后，关闭上下孔隙水开关阀，通过侧压力通道对压力室输入一定压力，使密封试样的侧压力增加，此时分别测得之孔隙水压力增量与侧压力增量之比即为试样饱和度。当其满足规范要求后，打开上孔隙开关阀，进行固结排水。此时孔隙水压力开始下降，当降至某一值并保持稳定，停止排水后即可认为固结试验结束。如果因为饱和不好，将直接影响固结排水量和固结度。以上过程称之为试样前处理，从其操作过程可以看出，不管那一过程，哪怕只有一个开关阀(尤其是孔隙水开关阀)有些许漏气都会影响其处理效果，而前处理耗时通常为正式的压缩或剪切试验耗时的8-16倍之多。一旦前处理不当将直接影响之后的压缩(剪切)试验正常进行。在进行压缩(剪切)试验过程中，孔隙水压力是随轴向压力的增加而增大，且轴向应力与孔压曲线同步，如果其中只要有一个开关阀哪怕是些许渗漏都会影响孔隙水压力正常增大，破坏孔压曲线的正常形状，至使成果参数误差增大，甚至使整个试验失败，由此可见开关阀的密封性对整个试验的重大影响。现有土工试验仪器常用的开关阀如图1-4所示，包括阀体103、阀芯102、由顶丝101-1紧固于阀芯的旋把101、固定于阀体的三个依次交角为90°的侧向空心螺柱104和连接于各侧向空心螺柱的螺套105。其中，固定于阀体的三个侧向空心螺柱中位置对称的两个空心螺柱分别是开关阀的入口端和出口端，入口端空心螺柱所连接的螺套经接头106与仪器相接，出口端空心螺柱所连接的螺套经接头106与管路连接，中间的侧向空心螺柱所连接的螺套与内置式压力传感器108连接。阀芯由其底端的弹簧挡圈107使之轴向固定，阀芯上下端部分别设置镶嵌于凹槽而固定的‘0’形橡胶密封圈109，使阀芯与阀体的垂直方向密封，阀芯一侧垂直表面设置镶嵌于凹槽而固定的能够分别封闭各侧向空心螺柱通孔的‘0’形橡胶密封圈110。上述开关阀存在以下明显缺陷①由于阀芯与阀体没有定位机构，因此阀芯在阀体中可以360°自由转动，只能参照旋把的指向掌握阀芯所处位置。当开关阀的阀芯使阀体入口端与压力传感器连接端连通、出口端封闭时可进行压力测量。当阀芯在前述位置继续顺时针转动90°时，阀体的压力传感器连接端被封闭，而入口端与出口端连通，开关阀虽开通但无法测量孔隙水压力。当阀芯在前述位置再继续顺时针转动90°时，阀体的入口端被封闭，压力传感器连接端与出口端连通，但因压力传感器失去了与试样的联系通道而无法测量压力，此时试验虽然可进行，但侧压力或孔压数据丢失而使试验失败。阀芯在前述位置还可以继续顺时针转动90°，此时阀体的入口端、出口端、压力传感器连接端均连通，虽然开关阀处于开启状态，但压力无法保持而使测量功能失效。可见，现有开关阀只有在上述四个准确位置时控制关系确定、其功能有明确定义，如果阀芯与阀体的相对位置不确定，其控制功能将无法定义。因此现有开关阀存在仅依靠旋把指向操控阀芯其准确位置难以保证，容易产生泄漏的实际问题。②由顶丝101-1紧固于阀芯102的旋把101易松动而产生位移，增加了依靠旋把指向操控阀芯准确位置的难度，经常造成阀门泄漏，使其控制测量功能失效，破坏试样的应有状态，使整个试验报废。③由于结构及其连接方式的限制，现有开关阀只能采用内置式压力传感器108，由于其接口为外螺纹，被测介质(气、水)需由连接螺柱圆孔进入传感器的测试腔，其测力面置于壳体之内，与被测介质接触面小，受长期试样中排出泥浆水腐蚀、污损又不能清洗，使用一段时间后灵敏度和精度明显下降，大大缩短了其使用寿命。④现有开关阀的各侧向空心螺柱104与阀体103的连接、各侧向空心螺柱104与螺套105的连接以及螺套105与接头106的连接均采用螺纹连接方式，连接面多达7个，哪怕只有其中一个连接面出现漏气都无法保证该阀的正常使用，连接件和连接面过多也是这种开关阀在应用中影响密封效果的重要原因。⑤现有开关阀的阀体中心圆孔沿口为直角状，在安装或更换阀芯上的‘0’形橡胶密封圈时，其凸出部位常被切损，不利于阀芯的顺利安装和老化橡胶密封圈的更换。
发明内容本实用新型是为了克服现有开关阀存在的上述技术问题而公开一种土工试验仪器用外置式传感器开关阀。本实用新型为实现上述目的采取以下技术方案本开关阀包括阀体、阀芯和旋把，所述阀芯置入阀体部分的上下端部各有一镶嵌‘0’形橡胶密封圈环形凹槽，阀芯径向过孔一端的周边设有镶嵌‘0’形橡胶密封圈的垂直凹槽，特征是，所述阀芯其顶端设有嵌入旋把的凹槽，对应该凹槽的旋把部位设有使旋把紧固于阀芯顶端的螺钉，所述阀芯其底部设有使之轴向固定于阀体的径向螺孔及滑动接合于阀体底端面的定位螺钉，阀体底端面设有使定位螺钉转动范围为90°的限位凸台，所述阀芯其中间部位设有径向过孔，所述定位螺钉、阀芯径向过孔的轴心线与旋把长轴轴心线在空间位置相垂直，所述阀体对称设有与阀芯导通状态时径向过孔位置相对应的介质入、出口孔，其中介质入口孔与正三通接头直通出口相连接，所述正三通接头的入口设有外螺纹接头，正三通接头的另一出口连接有外置式压力传感器的杯型安装座，所述杯型安装座设有内螺纹和‘0’形橡胶密封圈，所述阀芯在其关断状态时的阀芯一侧镶嵌于垂直凹槽而固定的‘0’形橡胶密封圈与阀体介质入口孔相对应而使之封闭，阀体介质出口孔与内螺纹接口相连接。本实用新型还可以采取以下技术措施所述正三通接头的主体是中心有通孔的六方体，正三通接头的另一出口与主体的中部相垂直。所述阀体的阀芯孔上端设有圆弧状的内沿口。所述阀体的介质入口孔设有焊接固定的连接管，连接管与正三通接头直通出口焊接固定，正三通接头的入口与外螺纹接头为一整体，外置式压力传感器的杯型安装座与正三通接头另一出口焊接固定。所述阀体的介质出口孔设有焊接固定的连接管，连接管与内螺纹接口焊接固定。本实用新型的有益效果和优点在于本开关阀的旋把的安装部位嵌入阀芯的顶部凹槽内，并用螺钉将旋把与阀芯紧固。由于旋把与阀芯的连接部位有一定深度的凹槽与旋把的安装部位配合，使两者连接更加牢固，相对位置被永久固定，避免了出现松动错位的可能。阀芯受其底部径向螺孔及定位螺钉和阀体底面限位凸台的限制只能转动90°，使旋转的阀芯得到了准确定位，操作手感明了，不仅防止了因定位失误造成的开关阀泄露，也克服了现有开关阀阀芯轴向窜动量较大的问题。本开关阀的正三通接头以及传感器的杯型安装座及其密封圈结构为外置式压力传感器的配置创造了条件，不仅使外平面压力传感器的测力面与被测介质接触面增大，也大大缩短了被测介质的流动路径而有利于提高测试精度，同时本开关阀采用的外置式压力传感器的测力面在外侧，也便于压力传感器的安装和清洗，明显提高了传感器的测量精度和使用寿命。本开关阀在介质入口端被封闭即开关阀关闭位置时，压力传感器通过传感器安装座的通孔仍然与压力容器或试样保持联通，可以进行正常测量，因此本开关阀与现有开关阀相比具有结构简单的特点。另外，本开关阀采用了整体焊接方式，从现有开关阀的七个活动连接面减至三个连接面，最大限度地减少了不必要的接口，大大缩短了被测介质的路径，减少了接口泄露机会和路径损耗，提高了阀门的科学性、密封性和方便性，使开关阀体积更小，操作更加准确可靠。本开关阀阀体的阀芯孔上端口的圆弧状内沿口，使阀芯的垂直或水平橡胶密封圈的凸出部分均可顺利进入阀体，从而避免了此前传统阀体直角入口对橡胶密封圈凸出部分的切损现象，极大地方便了阀体、阀芯的清洗和老化橡胶O形圈的更换，使本开关阀做到了可修复，长寿命。本实用新型具有可以提高土工试验检测精度及稳定性，使传感器、阀门和仪器三者的连接关系更加科学合理的突出优点。
[0025]附图1是现有常用开关阀结构示意图。附图2是图1阀体部分仰视图。附图3是图1阀体一侧接口及内置式压力传感器连接示意图。附图4是图1阀芯结构示意图。附图5是本实用新型实施例结构示意图。附图6是图1仰视图。附图7是图1实施例的阀芯结构示意图。附图8是图7A向视图。附图9是外置式压力传感器与杯型安装座连接结构示意图。附图10是图1实施例的阀体局部剖面示意图。附图5至附图10图中标记1阀体，1-1限位凸台，1-2内沿口，2阀芯，2_1凹槽，2-2径向通孔，2-3密封圈凹槽，2-4螺孔，3旋把，4螺钉，5内螺纹接口，6连接管，7杯型安装座，7-1橡胶密封圈，8正三通接头，9外螺纹接头，10定位螺钉，11外平面压力传感器。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图进一步说明本实用新型。如图5、7所示实施例，本开关阀的阀芯2顶端设有嵌入旋把3的凹槽2_1，对应该凹槽2-1的旋把部位设有使旋把紧固于阀芯顶端的螺钉4。如图5、6、7、8所示，阀芯2置入阀体I部分的上下端部和阀芯一侧设有镶嵌于密封圈凹槽2-3而固定的‘0’形橡胶密封圈(未示出)。阀芯2的底部设有使之轴向固定于阀体I的径向螺孔2-4及滑动接合于阀体底端面的定位螺钉10。阀体2底端面设有使定位螺钉转动范围为90°的限位凸台1-1。阀芯2其中间部位设有径向过孔道2-2，本开关阀的定位螺钉10、径向过孔2-2的轴心线与旋把3长轴轴心线相垂直，当旋把3长轴轴心线与定位螺钉10、径向过孔2-2的轴心线平行时本开关阀为导通状态。在阀芯2为导通状态时，开关阀的阀体I对称设有与阀芯的径向过孔2-2位置相对应的介质入、出口孔，图5箭头表示介质输入方向，其中介质入口孔与正三通接头8直通出口相连接，介质出口孔与内螺纹接口 5相连接。阀芯2在其关断状态时的阀芯一侧镶嵌于垂直凹槽而固定的‘0’形橡胶密封圈与阀体介质入口孔相对应而使之封闭。如图5、6、9所示，正三通接头8直通出口通过连接管6与阀体I的介质入口孔相连接，正三通接头8的入口设有外螺纹接头9，外螺纹接头9与仪器压力室相连接。正三通接头8的另一出口连接有外置式压力传感器的杯型安装座7。杯型安装座7设有内螺纹，其端口设有‘0’形橡胶密封圈7-1，该密封圈在外平面压力传感器11旋入时与杯型安装座7密封接合。如图5、6所示，实施例的正三通接头8的主体是中心有通孔的六方体，正三通接头的另一出口与主体的中部相垂直。主体为六方体的正三通接头，便于使用工具使本开关阀通过外螺纹接头9旋入测试仪底座接口位。如图10所示，实施例的阀体I上端口设有圆弧状的内沿口 1-2，使阀芯2的垂直或水平橡胶密封圈的凸出部分均可顺利进入阀体，从而避免了此前传统阀体直角入口对橡胶密封圈凸出部分的切损现象。图5、6、10中，阀体I的介质入口孔设有焊接固定的连接管6，连接管6与正三通接头8直通出口焊接固定，正三通接头8的入口与外螺纹接头车制为一整体，外置式压力传感器的杯型安装座7与正三通接头8另一出口焊接固定。阀体I的介质出口孔设有焊接固定的连接管6，连接管6与内螺纹接口 5焊接固定。
权利要求1.土工试验仪器用外置式传感器开关阀，包括阀体、阀芯和旋把，所述阀芯置入阀体部分的上下端部各有一镶嵌‘0’形橡胶密封圈环形凹槽，阀芯径向过孔一端的周边设有镶嵌 ‘0’形橡胶密封圈的垂直凹槽，其特征在于所述阀芯其顶端设有嵌入旋把的凹槽，对应该凹槽的旋把部位设有使旋把紧固于阀芯顶端的螺钉，所述阀芯其底部设有使之轴向固定于阀体的径向螺孔及滑动接合于阀体底端面的定位螺钉，阀体底端面设有使定位螺钉转动范围为90°的限位凸台，所述阀芯其中间部位设有径向过孔，所述定位螺钉、阀芯径向过孔的轴心线与旋把长轴轴心线在空间位置相垂直，所述阀体对称设有与阀芯导通状态时径向过孔位置相对应的介质入、出口孔，其中介质入口孔与正三通接头直通出口相连接，所述正三通接头的入口设有外螺纹接头，连接有外置式压力传感器的杯型安装座，所述杯型安装座设有内螺纹和‘0’形橡胶密封圈，所述阀芯在其关断状态时的阀芯一侧镶嵌于垂直凹槽而固定的‘0’形橡胶密封圈与阀体介质入口孔相对应而使之封闭，阀体介质出口孔与内螺纹接口相连接。
2.根据权利要求1所述的开关阀，其特征在于所述正三通接头的主体是中心有通孔的六方体，正三通接头的另一出口与主体的中部相垂直。
3.根据权利要求1所述的开关阀，其特征在于所述阀体的阀芯孔上端设有圆弧状的内沿口。
4.根据权利要求1所述的开关阀，其特征在于所述阀体的介质入口孔设有焊接固定的连接管，连接管与正三通接头直通出口焊接固定，正三通接头的入口与外螺纹接头为一整体，外置式压力传感器的杯型安装座与正三通接头另一出口焊接固定。
5.根据权利要求1所述的开关阀，其特征在于所述阀体的介质出口孔设有焊接固定的连接管，连接管与内螺纹接口焊接固定。
专利摘要本实用新型是土工试验仪器用外置式传感器开关阀，阀芯顶端设有嵌入式旋把，阀芯底部设有使之轴向固定于阀体的螺孔及定位螺钉和定位螺钉转动90°的限位凸台，阀体介质出口孔与内螺纹接口相接，入口孔与正三通接头相接，正三通接头入口连接外螺纹接头，另一出口连接外置式压力传感器的杯型安装座。本开关阀能够使阀芯准确定位，防止了因定位失误造成的泄露，采用外置式压力传感器缩短了流动路径、便于测力面清洗。本阀在关闭时，压力传感器与压力容器或试样保持联通，可以进行正常测量，开通时介质可输入或输出。本实用新型具有结构简单、功能明确、操控定位准确、密封可靠和有利于提高土工试验检测精度的突出优点。
文档编号F16K35/00GK202852032SQ201220530609
公开日2013年4月3日 申请日期2012年10月17日 优先权日2012年10月17日
发明者王晟堂 申请人:铁道第三勘察设计院集团有限公司