高效岩土热物性测试系统的制作方法

本发明涉及岩土热物性测试领域，特别涉及高效岩土热物性测试系统。

背景技术：

近年来由于对建筑节能及减少环境污染，利用可再生的浅层地热能的地源热泵技术在建筑节能领域得到了迅速发展。其中地埋管地源热泵技术利用大地热容量巨大且地下岩土体温度相对稳定的特性，通过闭环式地埋管换热器利用水循环在夏季向岩土体释放热量、在冬季从岩土体吸收热量，并最终通过地源热泵机组实现对建筑物供冷供热。地埋管分项投资通常占整个地源热泵系统初投资的1/2～1/3。科学合理地设计地埋管是地源热泵系统的关键。地埋管区域地质综合热物性参数是设计地埋管的主要参数，然而地下地质结构复杂，地层岩性和地下水条件各异，热物性参数相差也比较大。如果热物性参数选择不准确，则可能导致设计的地埋管部分不能满足负荷要求，系统运行效率降低甚至无法正常运行，或可能导致地埋管分项规模过大丽增加初投资。

因此在地源热泵系统工程设计之前必须进行岩土热物性测试，以获得准确的热物性参数，为地源热泵系统工程设计提供依据。现有的岩土热物性测试装置很多，基本原理都是通过电加热管在仪器内部水箱加热循环水并利用水泵驱动与地埋管环路进行水循环，测量地埋管进出口循环水温度及流量，进而通过建立数学模型计算得出热物性参数。国家标准技术规范规定：岩土热物性测试应连续不间断，持续时间不宜少于48h：按照国际地源热泵协会推荐50～80w/m的加热功率，因此在实际测试过程(80m～120m钻孔深度)中加热功率般在4kw～7kw范围之内，利用电加热管直接加热并持续48h运行过程中，因为岩土热物性测试具有很大的流动性，比如供电条件、循环水含杂质、地埋管钻孔的稳定情况都会变化，这容易导致出现水泵故障或接头漏水等情况，使得循环系统缺水，加热器干烧，不仅损坏岩土热物性测试装置，还可能出现高温爆炸甚至引发更严重的安全事故，因此保证测试装置的安全稳定运行显得尤为关键。

同时，岩土热物性测试工作属于工程前期的阶段性工作，工程场地条件较差，不良天气时有出现，人为48h实时进行测试存在劳动量大，生产成本高等技术问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种生产成本低，劳动强度小，运行安全的高效岩土热物性测试系统。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

包括主控制模块、数据采集模块、电源模块、驱动模块、通信模块、数据采集装置；

所述电源模块分别与主控制模块、数据采集模块、驱动模块连接；所述主控制模块分别与数据采集模块、电源模块、驱动模块、通信模块连接；所述驱动模块、主控制模块、数据采集模块分别与数据采集装置连接；

所述数据采集装置包括地埋u形管、循环水管、循环水泵、加热器、截止阀、流量计、温度传感器、压力传感器；

所述地埋u形管的两端分别与循环水管连接，所述循环水泵、截止阀、加热器从地埋u形管的出水口端向进水口端依次与循环水管串联连接；所述循环水管的出水口端、进水口端分别连接流量计、温度传感器、压力传感器；

所述驱动模块与循环水泵连接，所述数据采集模块分别与流量计、温度传感器、压力传感器连接，所述主控制模块与截止阀控制连接。

优选地，所述驱动模块包括二极管d1、二极管d2、至少一路继电器rl1、晶体管q1、晶体管q2；所述电源模块的正极分别与二极管d1的负极、二极管d2的负极和继电器rl1正极连接；所述二极管d1的正极、二极管d2的正极分别与继电器rl1的控制端连接；

所述二极管d1的正极与晶体管q1的集电极连接，所述二极管d2的正极与晶体管q2的集电极连接，所述晶体管q1的发射极、晶体管q2的发射极分别接地；所述晶体管q1的基极分别与电阻r4一端、电阻r6一端连接，所述晶体管q2的基极分别与电阻r3一端、电阻r4一端连接；所述电阻r3另一端分别与驱动模块的输入端口io1和电容c2的一端连接，所述电容c2的另一端接地；所述电阻r4另一端分别与驱动模块的输入端口io2和电容c3的一端连接，所述电容c3的另一端接地；

所述电源模块的正极还连接有二极管d3、电阻r2、极性电容c1；所述电源模块的正极与二极管d3的正极连接，所述二极管d3的负极与电阻r2的一端连接，所述电阻r2的另一端分别与极性电容c1的正极、继电器rl1正极连接，所述极性电容c1的负极与地连接。

优选地，所述数据采集装置还包括排气阀，所述排气阀与加热器顶部连接。

优选地，所述继电器rl1为双稳态继电器。

优选地，所述无线通信模块支持zigbee模块、ble模块、z-wave模块其中任一模块。

优选地，所述继电器rl1的输出端与循环水泵8、加热器3连接，所述继电器rl1的输入端与市电正极连接。

采用上述技术方案，由于使用了主控制模块、数据采集模块、电源模块、驱动模块、通信模块、数据采集装置等技术特征。通过数据采集装置模拟和测试岩土热物性，并通过主控制模块、驱动模块、以及数据采集模块实现对数据采集装置进行实时监控、以及数据的实时采集。并将所采集的数据进行远程传输，通过终端电脑对所采集的数据进行处理，分析和模拟出岩土的热物性特性。本发明结构简单，能远程实现对岩土的48h检测，生产成本低，劳动强度小，效率高，运行安全。

附图说明

图1为本发明原理示意图；

图2为本发明数据采集装置结构示意图；

图3为本发明驱动模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如附图1和附图2所示，高效岩土热物性测试系统，包括主控制模块、数据采集模块、电源模块、驱动模块、通信模块、数据采集装置；

电源模块分别与主控制模块、数据采集模块、驱动模块连接；所述主控制模块分别与数据采集模块、电源模块、驱动模块、通信模块连接；所述驱动模块、主控制模块、数据采集模块分别与数据采集装置连接；

具体实施中，数据采集装置包括地埋u形管1、循环水泵8、循环水管2、加热器3、截止阀4、流量计5、温度传感器6、压力传感器7。将地埋u形管1的两端分别与循环水管2连接，将循环水泵8、截止阀4、加热器3从地埋u形管的出水口端向进水口端依次与循环水管2串联连接；在循环水管2的出水口端、进水口端分别连接流量计5、温度传感器6、压力传感器7。将驱动模块与循环水泵8连接，将数据采集模块分别与流量计5、温度传感器6、压力传感器7连接，将主控制模块与截止阀4控制连接。

具体实施中，如附图3所示，驱动模块包括二极管d1、二极管d2、至少一路继电器rl1、晶体管q1、晶体管q2；将电源模块的正极分别与二极管d1的负极、二极管d2的负极和继电器rl1正极连接；将二极管d1的正极、二极管d2的正极分别与继电器rl1的控制端连接。将二极管d1的正极与晶体管q1的集电极连接，将二极管d2的正极与晶体管q2的集电极连接，将晶体管q1的发射极、晶体管q2的发射极分别接地；将晶体管q1的基极分别与电阻r4一端、电阻r6一端连接，将晶体管q2的基极分别与电阻r3一端、电阻r4一端连接；将电阻r3另一端分别与驱动模块的输入端口io1和电容c2的一端连接，将电容c2的另一端接地；将电阻r4另一端分别与驱动模块的输入端口io2和电容c3的一端连接，将电容c3的另一端接地。

在电源模块的正极还连接有二极管d3、电阻r2、极性电容c1；将电源模块的正极与二极管d3的正极连接，二极管d3的负极与电阻r2的一端连接，电阻r2的另一端分别与极性电容c1的正极、继电器rl1正极连接，极性电容c1的负极与地连接。

为了进一步提高安全性，数据采集装置还包括排气阀9，将排气阀9与加热器3顶部连接。为了进一步降低成本和提高可靠性，具体实施中继电器rl1为双稳态继电器。将继电器rl1的输出端与循环水泵8、加热器3连接，继电器rl1的输入端与市电正极连接。具体实施总采用了两个继电器rl1，将其中一个继电器rl1的输出端与循环水泵8连接，将另一个继电器rl1的输出端与加热器3连接。

无线通信模块支持zigbee模块、ble模块、z-wave模块其中任一模块。本发明具体实施中采用了zigbee模块。极性电容c1为100μf；所述二极管d2为ss14锗管。

本案具体实施中，通过主控制模块对驱动模块，以及数据采集装置的控制，实现对数据采集装置的运行控制；通过数据采集模块对数据采集装置进行实时数据采集，并实现对数据采集装置的实现实时监控。数据采集模块将所采集的数据通过主控制模块，以及通信模块传输到远程控制终端，实现数据的采集以及控制指令的发送。同时，在具体控制中，电源模块通过二极管d2和电阻r2给所述极性电容c1充电，当驱动模块的输入端口io1或io2接收到主控制模块的脉冲信号时，当正脉冲时，晶体管q1或q2导通，此时极性电容c1给继电器rl1提供启动电压，同时电源模块通过二极管d2和电阻r2给继电器rl1提供电源，继电器rl1开启工作，通过电阻r2和极性电容c1充放电达到所需时间。当正脉冲结束后，晶体管q1或q2截止，此时电源模块通过二极管d2和电阻r2给极性电容c1继续充电，以提供电源使下次继电器rl1继续工作。综上所述，本发明运行高效，成本低，劳动强度低，安全可靠。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。