专利名称：一种在线压差式土颗粒分析仪及其分析方法
技术领域：
本发明属于土颗粒分析领域，具体涉及一种在线压差式土粒度分析仪及其分析方法。
背景技术：
土的成分包括粒度成分、矿物成分和化学成分三个方面。自然界的土，作为组成土体骨架的土粒，大小悬殊，性质各异。工程上常把组成土的各种大小颗粒的相互比例关系， 称为土的粒度成分。土的粒度成分如何，对土的一系列工程性质有着决定性的影响，因而， 它是工程性质研究的重要内容之一。为了便于研究土粒的大小，通常按土粒的直径(简称粒径，以mm为单位)来划分粒径区段。将每一区段中所包括大小比例相似、且工程性质基本相同的颗粒合并为组，称为粒组。一般天然土由若干个粒组组成，它所包含的各个粒组在土全部质量中各自占有的比例称为粒度成分，又称颗粒级配。用指定方法测定土中各个粒组占总质量百分数的试验，称为土的颗粒分析。目前，国内外常用的土颗粒粒度分析方法主要有筛分法、沉降法、超声波测量法、 激光法等。其中，筛分法对粒径小于0. 075mm的颗粒很难测定，沉降法有移液管法、沉降天平法和比重天平法等，其使用虽较广泛，但不仅测量时间长，且测量结果常取决于操作人员的技术水平，还不能实现对测量的在线实时控制。而超声波测量法和激光衍射法也存在着对工作环境和传感器要求很高，探头装置需要经常标定，给维护带来困难等问题。为了克服以上问题，可采用压差式土粒度分析方法，目前还没有对土颗粒粒度采用压差式分析的仪
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发明内容
本发明的第一个目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种操作简单、 测量精度与灵敏度高的在线压差式土粒度分析仪。本发明的第一个目的是通过如下的技术方案来实现上述目的的该在线压差式土粒度分析仪，它包括一个盛放待测土粒悬浮液的专用量桶，在专用量桶某一深度的内侧安装有一个微探头压力传感器，微探头压力传感器通过专用量桶之外的信号线与一个光电隔离器连接，光电隔离器连接到微型计算机系统上；微型计算机系统根据压力传感器检测到的该处土粒悬浮液静压力的变化数值，通过数据处理和分析而得出土颗粒的粒径及其级配情况，并显示和打印出来。更具体地说，所述专用量桶的高为800mm，内直径为120mm ；压力传感器安装于距离桶底400mm处的内侧。本发明的第二个目的是提供基于上述在线压差式土粒度分析仪的分析方法，该方法包括
(1)首先，标定该压差式土粒度分析仪，其中包括校正微探头压力传感器的准确度与灵敏度；(2)将筛分过0.075mm筛的风干土样盛入专用量桶中，并注入蒸馏水和适量分散剂至专用量桶规定刻度线，搅拌制成浓度均勻的悬浮液；
(3)打开分析仪的开关，开始检测专用量桶中微探头压力传感器处悬浮液的静压力，并转换成4 20mA的电流信号；
(4)将上一步所得的悬浮液的静压力电流信号经信号线送到光电隔离器中消除各种干扰和噪声后，再送到微型计算机系统进行数据处理和分析，从而得出土颗粒的粒径及其级配情况，并显示和打印出来。更具体地说，步骤(4)所述微型计算机系统进行数据处理和分析包括
(1)首先，计算机启动并初始化；
(2)开始捕捉暂停键是否按下，若有，暂停试验；捕捉启动键是否按下，若没有，则继续暂停试验，若有，则继续捕捉暂停键以外按键是否按下，同时采集压力传感器微探头处的悬浮液静压力随时间变化的数据，并根据静压力的大小与该处以上悬浮液的加权密度值呈正比的关系，而得出测点以上悬浮液加权密度P随时间t的变化数据；
(3)根据Mokes原理和土工试验方法标准处理数据，从而得到土颗粒的粒径及其级配情况；
(4)若捕捉到结束键按下，则试验完毕，打印相关曲线及试验数据。其中，所述分散剂采用六偏磷酸溶液。本发明技术成熟，原理可靠；试验操作简单，采用在线检测方式，使试验过程无人为因素，测量精度与灵敏度高。本发明测量的土粒粒径范围可小于0. 075mm，每个土样测试的时间为12小时，仪器标定与检测皆可在室温下进行，因此具有很好的推广使用价值。
图1是本发明实施例的结构示意图。图2是是本发明微型计算机系统主程序流程图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。参见图1，本发明的在线压差式土粒度分析仪实施例中，盛放待测土粒悬浮液的专用量桶1的高为800mm，内直径为120mm ；在专用量桶1的内侧距离桶底400mm处安装有高精度与灵敏度的微探头压力传感器2，微探头压力传感器2通过专用量桶之外的信号线5与光电隔离器3连接，光电隔离器3连接到微型计算机系统4上。本发明的在线压差式土粒度分析仪的工作过程和方法是事先要标定该压差式土粒度分析仪。然后将过筛的风干被测土样盛入专用量桶1中，注入蒸馏水和适量的分散剂搅拌制成均勻浓度的悬浮液，分散剂采用六偏磷酸溶液。打开分析仪的开关，开始检测专用量桶1中压力传感器2处悬浮液的静压力的变化，在沉降过程中，检测到压力传感器2处的悬浮液的静压力逐渐减小。压力传感器2将压力值转化为圹20mA的电流信号，经信号线5 送到光电隔离器3消除了各种干扰和噪声，再送到微型计算机系统4进行分析与处理转化为悬浮液加权密度值，静压力的大小与该处以上悬浮液的加权密度值呈正比，故可得到该处以上悬浮液的加权密度值随时间变化的关系，这样分析仪可记录该处以上悬浮液加权密度P随时间t的变化，将测量结果绘成P_t图。根据Mokes原理和土工试验方法标准 (GBT50123-1999)，微型计算机系统4分析与处理数据，即可得到土颗粒的粒径及其级配情况，并在屏幕上显示和打印。参见图2，是本发明计算机主程序流程图。微型计算机启动后，首先进行初始化，其初始化内容包括设置数据类型，试验时间等；然后启动，开始捕捉暂停键是否按下，若有，暂停试验；捕捉启动键是否按下，若没有，则继续暂停试验，若有，则继续捕捉暂停键以外按键是否按下，同时采集压力传感器探头处静压力随时间变化的数据，得出测点以上悬浮液加权密度P随时间t的变化数据，微型计算机系统根据Mokes原理和土工试验方法标准(GBT50123-1999)处理数据，可得到土颗粒的粒径及其级配情况，若捕捉到结束键按下，即试验完毕，打印相关曲线及试验数据。本发明测量的土粒粒径范围是小于0.075mm，每个土样测试的时间为12小时，仪器标定与检测皆在室温下进行。
权利要求
1.一种在线压差式土粒度分析仪，其特征在于它包括一个盛放待测土粒悬浮液的专用量桶，在专用量桶某一深度的内侧安装有一个微探头压力传感器，微探头压力传感器通过专用量桶之外的信号线与一个光电隔离器连接，光电隔离器连接到微型计算机系统上； 微型计算机系统根据压力传感器检测到的该处土颗粒悬浮液静压力的变化数值，通过数据处理和分析而得出土颗粒的粒径及其级配情况，并显示和打印出来。
2.根据权利要求1所述的在线压差式土粒度分析仪，其特征在于所述专用量桶的高为800mm，内直径为120mm ；压力传感器安装于距离桶底400mm处的内侧。
3.一种基于权利要求1所述在线压差式土粒度分析仪的分析方法，其特征在于该方法包括(1)首先，标定该压差式土粒度分析仪，其中包括校正微探头压力传感器的准确度与灵敏度；(2)将筛分过0.075mm筛的风干土样盛入专用量桶中，并注入蒸馏水和适量分散剂至专用量桶规定刻度线，搅拌制成浓度均勻的悬浮液；(3)打开分析仪的开关，开始检测专用量桶中微探头压力传感器处悬浮液的静压力，并转换成4 20mA的电流信号；(4)将上一步所得悬浮液的静压力电流信号经信号线送到光电隔离器中消除各种干扰和噪声后，再送到微型计算机系统进行数据处理和分析，从而得出土颗粒的粒径及其级配情况，并显示和打印出来。
4.根据权利要求3所述的在线压差式土粒度分析仪的分析方法，其特征在于步骤(4) 所述微型计算机系统进行数据处理和分析包括(1)首先，计算机启动并初始化；(2)开始捕捉暂停键是否按下，若有，暂停试验；捕捉启动键是否按下，若没有，则继续暂停试验，若有，则继续捕捉暂停键以外按键是否按下，同时采集压力传感器微探头处的悬浮液静压力随时间变化的数据，并根据静压力的大小与该处以上悬浮液的加权密度值呈正比的关系，而得出测点以上悬浮液加权密度P随时间t的变化数据；(3)根据Mokes原理和土工试验方法标准处理数据，从而得到土颗粒的粒径及其级配情况；(4)若捕捉到结束键按下，则试验完毕，打印相关曲线及试验数据。
5.根据权利要求3或4所述的在线压差式土粒度分析仪的分析方法，其特征在于所述分散剂采用六偏磷酸溶液。
全文摘要
本发明公开了一种在线压差式土粒度分析仪及其分析方法。该在线压差式土粒度分析仪包括一个盛放待测土粒悬浮液的专用量桶，在专用量桶某一深度的内侧安装有一个微探头压力传感器，微探头压力传感器通过专用量桶之外的信号线与一个光电隔离器连接，光电隔离器连接到微型计算机系统上。微型计算机系统根据压力传感器检测到的该处土粒悬浮液静压力的变化数值，通过处理得出测点以上悬浮液加权密度ρ随时间t的变化数据；通过分析而得出土颗粒的粒径及其级配情况，并显示和打印出来。本发明技术成熟，原理可靠；试验操作简单，采用在线检测方式，使试验过程无人为因素，测量精度与灵敏度高；测量的土粒粒径范围可小于0.075mm。
文档编号G01N15/02GK102226750SQ20111008024
公开日2011年10月26日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者徐蒙, 李运成, 王志斌, 贺建清, 陈伟 申请人:湖南科技大学