变温直剪仪的制作方法

本发明涉及一种土木工程材料剪切实验仪器，特别是涉及一种直剪仪，应用于土木工程材料实验测量技术领域。

背景技术：

一般来说，我们进行土工膜的剪切实验时一般都用恒温直剪仪。恒温直剪仪主要包括：竖向加载装置、竖向加载架、上剪切盒、位移表、荷载计、水平加载装置以及下剪切盒等部分。而且装置只能在恒温下进行试验。然而传统填埋场垃圾的降解过程，是一个同时进行着物理、化学和生物反应的复杂而又漫长的过程，在此阶段内会产生大量的热能，导致垃圾填埋场升温。国际上大多研究资料表明：垃圾填埋体内的温度处于20℃~80℃之间，同时考虑土工膜的外露的情况，温度范围为-20℃~80℃。为了研究垃圾填埋场的衬垫系统界面的强度，国内外许多学者研究了剪切实验仪器，有改进直剪仪、大型直剪仪、扭转环直剪仪和斜板仪等，但是这几种直剪仪都是在普通温度下做实验的，还没有一种可以在变温条件下做实验的直剪仪。

技术实现要素：

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种变温直剪仪，在原有恒温直剪仪基础上进行改造，能在不同温度下研究不同土工合成材料界面以及土工合成材料与颗粒材料界面的力学物理性能。

为达到上述发明创造目的，采用下述技术方案：

一种变温直剪仪，包括电源和剪切盒，电源为变温直剪仪的各模块供电，在剪切盒外部设有制热系统和制冷系统，在剪切盒外部包裹疏松材料板形成保温外层，保温外层由疏松材料顶板、疏松材料底板和疏松材料侧板组装连接形成箱体式壳体结构，加热系统主要由制热测温传感器、制热温控器和制热装置组成制热电路系统，制热温控器设置在疏松材料顶板上，制热测温传感器嵌入设置在疏松材料底板内并朝向剪切盒的底部，制热测温传感器对剪切盒内的温度进行测量，制热测温传感器的信号输出端与制热温控器的信号接收端连接，制热温控器的指令信号输出端与制热装置的信号接收端连接，制热装置的热端与剪切盒进行热量传输，使剪切盒内的温度升高，当制热测温传感器测量的剪切盒内的温度达到设定值时，制热温控器控制制热装置停止工作，制冷系统主要由制冷测温传感器、制冷温控器和制冷装置组成制冷电路系统，制冷装置和制热装置分别安装在剪切盒的左右两侧的疏松材料侧板表面上或者安装在疏松材料侧板内，制冷温控器也设置在疏松材料顶板上，制冷测温传感器嵌入设置在疏松材料顶板内并朝向剪切盒的顶部，制冷测温传感器也对剪切盒内的温度进行测量，制冷测温传感器的信号输出端与制冷温控器的信号接收端连接，制冷温控器的指令信号输出端与制冷装置的信号接收端连接，制冷装置的冷端与剪切盒进行热量传输，使剪切盒内的温度降低，当制冷测温传感器测量的剪切盒内的温度达到设定值时，制冷温控器控制制冷装置停止工作。

上述制热装置优选采用电加热体，优选采用制热小型断路器对制热电路系统的通断进行控制，制热小型断路器设置于疏松材料侧板的外侧，制热温控器的指令信号输出端与制热小型断路器的信号接收端连接。

上述电加热体优选采用电加热管、电热线圈或电热盘。

上述制冷装置优选采用制冷机，优选采用制冷小型断路器对制冷电路系统的通断进行控制，制冷小型断路器设置于疏松材料侧板的外侧，制冷温控器的指令信号输出端与制冷小型断路器的信号接收端连接。

上述制冷机优选采用制冷压缩机或半导体制冷模块。

上述疏松材料顶板、上述疏松材料底板和上述疏松材料侧板皆优选采用酚醛泡沫板制成。

上述制冷温控器和上述制热温控器优选集成在一个温控模块中形成温度主控装置。

上述制冷温控器和上述制热温控器分别优选采用专用的小型断路器对控制信号输出电路的通断进行控制，小型断路器优选设置于疏松材料顶板的外侧。

上述制冷温控器和上述制热温控器还分别优选通过专用的电流支路两位转换开关与一个控制信号输出电路小型断路器的一端连接，控制信号输出电路小型断路器的另一端同时与制热电路和制冷电路连接，通过控制两位转换开关对制热模式和制冷模式进行选择，控制信号输出电路小型断路器优选设置于疏松材料顶板的外侧。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1. 本发明的变温箱将温控系统和测温传感器设在疏松材料板中，避免了感温元件受到变温箱内高低温环境影响；

2. 本发明利用测温传感器感知温度，然后通过温控系统调节到温度，能够在不同温度下实验研究温度对实验的影响程度；

3. 本发明的小型断路器嵌设于酚醛泡沫板的外侧，保证仪器的安全性；

4. 本发明变温直剪仪在直剪试验中，能根据不同温度，研究不同土工合成材料界面以及土工合成材料与颗粒材料界面的性能。

附图说明

图1为本发明实施例一的变温直剪仪的变温箱部分的结构示意图。

图2为图1的A向视图。

图3为本发明实施例一的变温直剪仪的变温箱部分的电路结构示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

在本实施例中，参见图1～3，一种变温直剪仪，包括电源和剪切盒6，电源为变温直剪仪的各模块供电，在剪切盒6外部设有制热系统和制冷系统，在剪切盒6外部包裹疏松材料板形成保温外层，保温外层由疏松材料顶板3、疏松材料底板4和疏松材料侧板5皆采用酚醛泡沫板制成，并相互组装连接形成箱体式壳体结构，加热系统主要由制热测温传感器2、制热温控器12和制热装置7组成制热电路系统，制热温控器12设置在疏松材料顶板3上，制热测温传感器2嵌入设置在疏松材料底板4内并朝向剪切盒6的底部，制热测温传感器2对剪切盒6内的温度进行测量，制热测温传感器2的信号输出端与制热温控器12的信号接收端连接，制热温控器12的指令信号输出端与制热装置7的信号接收端连接，制热装置7的热端与剪切盒6进行热量传输，使剪切盒6内的温度升高，当制热测温传感器2测量的剪切盒6内的温度达到设定值时，制热温控器12控制制热装置7停止工作，制冷系统主要由制冷测温传感器1、制冷温控器11和制冷装置10组成制冷电路系统，制冷装置10和制热装置7分别安装在剪切盒6的左右两侧的疏松材料侧板5表面上或者安装在疏松材料侧板5内，制冷温控器11也设置在疏松材料顶板3上，制冷测温传感器1嵌入设置在疏松材料顶板3内并朝向剪切盒6的顶部，制冷测温传感器1也对剪切盒6内的温度进行测量，制冷测温传感器1的信号输出端与制冷温控器11的信号接收端连接，制冷温控器11的指令信号输出端与制冷装置10的信号接收端连接，制冷装置10的冷端与剪切盒6进行热量传输，使剪切盒6内的温度降低，当制冷测温传感器1测量的剪切盒6内的温度达到设定值时，制冷温控器11控制制冷装置10停止工作。

本实施例变温直剪仪的变温箱包括泡沫板、感温元件、加热装置10和制冷装置7和温度控制系统，感温元件就是制冷测温传感器1和制热测温传感器2；制冷测温传感器1设置在酚醛泡沫顶板朝向底板的一侧，与温度控制系统电连接；制热测温传感器2设置在酚醛泡沫底板朝向顶板的一侧，与温度控制系统电连接；外壳罩设在控制系统和测温传感器上，使两者与变温箱的内腔隔离。本实施例的变温箱将温控系统和测温传感器套设在外壳中，避免了感温元件受到变温箱内高低温环境影响，有利于试验的进行；利用测温传感器感知温度，然后通过温控系统调节到温度，能够在不同温度下实验研究温度对实验的影响程度。

在本实施例中，参见图1～3，制热装置7采用电加热管，采用制热小型断路器8对制热电路系统的通断进行控制，制热小型断路器8设置于疏松材料侧板5的外侧，制热温控器12的指令信号输出端与制热小型断路器8的信号接收端连接。电加热管嵌设于酚醛泡沫板的内侧，根据指示达到实验所需的温度；制热小型断路器8嵌设于酚醛泡沫板的外侧，保证仪器的安全性。

在本实施例中，参见图1～3，制冷装置10采用2KW的制冷压缩机，采用制冷小型断路器9对制冷电路系统的通断进行控制，制冷小型断路器9设置于疏松材料侧板5的外侧，制冷温控器11的指令信号输出端与制冷小型断路器9的信号接收端连接。制冷压缩机嵌设于酚醛泡沫板的外侧，根据指示达到实验所需的低温；制热小型断路器8嵌设于酚醛泡沫板的外侧，保证仪器的安全性。

在本实施例中，参见图1～3，制冷温控器11和制热温控器12分别通过专用的电流支路两位转换开关与一个控制信号输出电路小型断路器的一端连接，控制信号输出电路小型断路器的另一端同时与制热电路和制冷电路连接，通过控制两位转换开关对制热模式和制冷模式进行选择，控制信号输出电路小型断路器设置于疏松材料顶板3的外侧，方便进行冷热模式的切换选择，提高实验的应用范围。

本实施例是这样实现的：

在原有直剪仪主体的外面加一个变温箱。所加变温箱包括酚醛泡沫板制成的壳体、感温元件、制热装置7和制冷装置10，感温元件放置在酚醛泡沫板上。感温元件包括温控装置和测温传感器，温控装置设置在泡沫板顶板上，用于感测温度的PT100制冷测温传感器1，采用感测温度的感测芯片，设置在泡沫顶板朝向泡沫底板的一侧，与温控系统电连接，根据感测结果发送温度信号。用于感测温度的PT100制热测温传感器2，采用感测温度的感测芯片，设置在泡沫底板朝向泡沫顶板的一侧，与温控系统电连接，根据感测结果发送温度信号。本实施例还设有外壳罩设在温控装置系统和各测温传感器上。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，制冷温控器11和制热温控器12分别采用专用的小型断路器对控制信号输出电路的通断进行控制，小型断路器设置于疏松材料顶板3的外侧。本实施例使制热电路和制冷电路进行独立控制，方便进行冷热模式的切换选择，提高实验的应用范围。

实施例三：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，制冷温控器11和制热温控器12集成在一个温控模块中形成温度主控装置。本实施例采用更高的集成度，使变温直剪仪的电路系统更加紧凑，减少制备成本，并减少变温控制部分的体积，结构更加合理。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明变温直剪仪的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。