本发明涉及土木工程技术领域，特别是一种管道内水气自动分离装置及使用方法。
背景技术：
目前，绝大多数土壤参数的求取都要通过土工试验获得，因此，试验研究的精确性与严谨性越来越受到学术界的重视。而土工试验中，又多会涉及到制备试样之后进行抽真空饱和，将待测试样装配入实验仪器的操作过程。在此过程中均无法避免空气的产生。例如非饱和土力学理论中的表征土吸力与体积含水率或饱和度之间关系的土-水特征曲线，其量测方法中应用较为广泛的是土-水特征曲线压力板仪与tempe仪测试法。在装样过程中，试样之中或是试样与仪器间隙之中存在空气的现象无法避免，由于试验周期过长，溶解在水中的孔隙气体也会经高进气值陶土板向外扩散，试验过程中气体与试验排出水的收集，需要多次读取记录天平和压力表的读数，不仅控制精度不高，又消耗了大量的劳力，大大降低了测试结果的准确度。土-水特征曲线量测试验中气泡产生对试验结果的影响，是许多土工试验均会遇到的问题，而对于水气分离的自动化的改进研究还较为欠缺。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种管道内水气自动分离装置及使用方法，能够克服现有水气分离技术的缺陷，避免了孔隙气泡，扩散气泡对试验结果的影响，节省了人力，提高了效率与测试精度。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种管道内水气自动分离装置，包括试样输入系统，排气集液量测系统，循环水动力组，数据控制系统，
所述排气集液量测系统包括抽气装置，抽气装置上端与排气管集液长管连通，抽气装置下端分别通过导管与试样输入系统、循环水动力组连接，形成一个闭合管路，抽气装置外与高度调节机构连接，并通过高度调节机构进行高度调节，
所述循环水动力组包括动力室，动力室内安装有叶轮，叶轮通过电机马达驱动，叶轮低速转动，且其速度可调，
所述数据控制系统主要包括pc机,pc机中采用labview编制虚拟仪器控制界面，通过串口接线，调控与监测电机马达，与循环水动力组共同实现自动间歇水循环的控制。
所述集液长管上沿长度方向标注有刻度线，集液长管顶部出口处设置防水蒸发材料。
所述防水蒸发材料为海绵体或油膜。
所述高度调节机构包括连接杆，连接杆通过环形套环与集液长管套接并通过搭扣固定，连接杆另一端通过螺纹套与导杆螺纹连接，导杆一端通过轴承安装在支架上、另一端通过轴承安装在支架上或与步进电机连接。
所述高度调节机构总高度大于或等于抽气装置总长度的1.5倍。
所述循环水动力组与试样输入系统之间的流通管路上设置液源控制阀、单向阀、排液阀。
一种管道内水气自动分离方法，包括以下步骤：
步骤1：闭合排液阀，设置电机马达待机，打开液源控制阀，使水缓慢流入并填充整个管道回路，当液面到达抽气装置的集液长管长度的2/5处时，关闭液源控制阀，
步骤2：在虚拟仪器控制界面上输入循环水流动时长t1以及间歇时间间隔△t1，启动电机马达，水流将带动气泡的运动，当气泡运动至抽气装置的排气尖端末端时，由于气体密度远小于水的密度，气泡将沿抽气装置集液长管长度方向扩散到达液面，排出整个装置系统，当水循环时长达到t1时，数据控制系统将自动关闭电机马达。
步骤3：当液面高度低于集液长管最低端时，重复步骤1、2，直至测试结束，关闭数据控制系统，如需排水，打开排液阀。
在步骤1-步骤3中通过高度调节机构调节集液长管的液面高度，避免抽气装置中液面与试样输入系统之间产生水头差。
本发明一种管道内水气自动分离装置，具有以下技术效果：
1)、采用抽气装置与高度调节机构组成的排气集液量测系统，既能实现排除气泡并收集液体，又能够通过调节高度调节机构的升降消除抽气装置中液面与试样输入系统之间的水头差对试样的影响。
2)、通过采用电机马达与叶轮组成的循环水动力组为整个回路液体循环提供动力，采用labview编制虚拟仪器控制界面，通过串口接线，调控与监测电机马达，实现了测试过程的自动化，节省了劳力。
3)、该装置可以避免长时间试验过程中水中产生的气体或试验输入系统中逐渐释放的气体对试验测量精度的影响，使得测量结果更加准确。
4)、该装置不仅适用于循环水冲刷气泡，也适用于不易溶解空气的液体如油的油气分离，且分离效率高，能够长期稳定工作。
5)、该装置结构简单，高度整合，操作简便，制作成本较低。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的示意图。
图2为本发明中循环水动力组的示意图。
图3为本发明中抽气装置的示意图。
图4为本发明中高度调节机构的示意图。
图5为本发明中高度调节机构连接杆末端环形套环与搭扣的示意图。
图中：试样输入系统1，抽气装置2，循环水动力组3，pc机4，高度调节机构5，液源控制阀6，单向阀7，排液阀8，刻度线21，防水蒸发材料22，集液长管23，动力室31，叶轮32，电机马达33，连接杆51，搭扣52，螺纹套53，导杆54。
具体实施方式
如图1-5所示，一种管道内水气自动分离装置，包括试样输入系统1，排气集液量测系统，循环水动力组3，数据控制系统。
所述试样输入系统1通过导水管与排气集液量测系统、循环水动力组3连接，形成一个循环闭合管路，水在封密管路内循环，其质量不会损失，试样输入系统1可为压力板仪，temple仪，变水头渗透仪等设备，也可为可放置饱和架且带有进出水口的空腔。
所述排气集液量测系统包括抽气装置2，高度调节机构5。抽气装置2可为球形抽气管,球形抽气管带有t型或y型连接头等三通管口，其中上端的管口与集液长管23密封连通。集液长管23上标注有刻度线21，方便对液面高度及排液量进行监测与读数，集液长管23顶部出口处设置防水蒸发材料22，如海绵体，油膜等，能够降低液面蒸发速率，减少因液面蒸发对液面读数以及测试精度的影响。所述高度调节机构5与抽气装置2通过连接杆51相连，连接杆51末端的环形套环上设置搭扣52，搭扣52可使用鸭嘴扣，弹簧扣等可满足要求的锁扣，连接杆51通过环形套环与集液长管23套接并通过搭扣52固定。连接杆51另一端通过螺纹套53与导杆54螺纹连接，导杆54上下两端通过轴承安装在支架上。当需要调节时，可转动导杆54，连接杆51通过螺纹套53进行上下移动，从而调节抽气装置2的高度。导杆54总高度大于等于抽气装置2总长度的1.5倍，避免因高度调节机构5量程过短而出现不能满足抽气装置2位移量的情况。通过控制高度调节机构5的高度变化可满足某些需要避免抽气装置2中液面与试样输入系统1之间的水头差对试样的影响的特殊试验的要求。
本装置中的球形抽气管也可用其他主体结构与球形抽气管功能类似且带有t型或y型连接头的装置替换，主要实现水气的分离与液体的收集。
本装置中的高度调节机构5的调节方式还可采用电动方式，通过步进电机与导杆54连接，可带动导杆54旋转，从而使得螺纹套53升降。另外还可将导杆54换成滚珠丝杠机构，滚珠丝杠机构一般包括壳体，壳体内安装电机，电机驱动丝杠转动，并带动丝杠上的螺母及与螺母连接的滑块沿壳体轨道前后或上下移动。在本申请中可直接将滚珠丝杠机构的滑块与本申请中的连接杆51固定连接，连接杆51另一端与集液长管23套接并固定。升降机构很多，还可采用其他机构，只需实现无级升降调节即可。
所述循环水动力组3包括动力室31，动力室31内安装有叶轮32，叶轮32通过电机马达33驱动，该装置可为液体循环流动实现水气分离提供动力。
该装置中的叶轮32低速转动，且其速度可调，可控制回路中水循环的速度，避免因转速过大，破坏水分子团，将抽气装置2中的空气吸入循环水回路。
所述循环水动力组3与试样输入系统1之间的流通管路上设置液源控制阀6，单向阀7，排液阀8，为测试过程提供了单向流动的液源，最后在测试结束时又能将液体排出。
所述数据控制系统主要包括pc机4,pc机4中采用labview编制虚拟仪器控制界面，通过串口接线，调控与监测电机马达33，与循环水动力组3共同实现自动间歇水循环的控制，是整个测试过程中实现自动化的核心。
一种管道内水气自动分离方法，包括以下步骤：
步骤1：闭合排液阀8，设置电机马达33待机，打开液源控制阀6，使水缓慢流入并填充整个管道回路，当液面到达抽气装置2的集液长管23长度的2/5处时，关闭液源控制阀6。
步骤2：在虚拟仪器控制界面上输入循环水流动时长t1以及间歇时间间隔△t1，启动电机马达33，水流将带动气泡的运动，当气泡运动至抽气装置2的排气尖端末端时，由于气体密度远小于水的密度，气泡将沿抽气装置2集液长管23长度方向扩散到达液面，排出整个装置系统，当水循环时长达到t1时，数据控制系统将自动关闭电机马达33，
步骤3：当液面高度低于集液长管23最低端时，重复步骤1、2，直至测试结束，关闭数据控制系统，如需排水，打开排液阀。(若试验要求，可通过调节高度调节机构5控制集液长管23液面高度，按要求读取液面刻度读数)，
在步骤1-步骤3中通过高度调节机构5调节集液长管23的液面高度，避免抽气装置2中液面与试样输入系统1之间产生水头差。
实施例1:
一种采用上述试验装置实现水气分离的方法，以其在用tempe仪进行土-水特征曲线量测试验中的应用为例：
在利用tempe仪进行土-水特征曲线量测试验中，抽气装置2采用图1中所示的球形抽气管，同时另需设置球形抽气管的球形空腔外壁中间部位某点与压力传感器相连，压力传感器量测到的数据通过单片机进行处理后传送至pc机4，高度调节机构5采用步进电机与丝杆组成的丝杆步进电机组，同时步进电机通过控制电路与pc机4的数据控制系统连接，虚拟仪器界面及其后台程序框图中添加数据采集项目。
步骤1：(i)将tempe仪连入循环管路中。调节抽气装置2的高度，使压力传感器中线与tempe仪预放待测试样空腔的中线平齐，闭合排液阀8，设置电机马达33待机，打开液源控制阀6，使水缓慢流入tempe仪预放置高进气值陶土板的凹槽并填满，装配高进气值陶土板与待测试样，(ii)水流逐渐填充整个管道回路，当抽气装置2中的液面达到集液长管23最低端时，记此时压力传感器读数为pm，集液长管23最低端至压力传感器的高度为hm，当液面到达集液长管23长度的2/5处时，关闭液源控制阀6，记此时压力传感器读数为pn，
步骤2：计算液面至压力传感器的高度
步骤3：在labview虚拟仪器控制界面输入判别条件：压力传感器的定值为0.6pa，读数间隔为10分钟，系统判别间隔为12小时，循环水流动时长30分钟。即在12小时的时间间隔内压力传感器读数变化小于或等于0.6pa时，循环水开始流动，时长为30分钟。首先启动电机马达33，排出整个装置系统仪器tempe仪中的气泡，第1次水循环流动至第30分钟末时，记压力传感器读数为p1，控制高度调节机构5移动的高度
步骤4：当液面高度低于集液长管23最低端时，重复步骤1(ii)-3，直至测试结束，关闭数据控制系统，如需排水，打开排液阀。
实施例2:
以粗粒土的浸水饱和法为例，试样输入系统1采用可放置饱和架且带有进出水口的空腔，抽气装置2采用y型三通管，管路中倒置y型三通管，且其竖直端与集液长管23密封连接。
步骤1：将待测试样装入饱和架，后将饱和架装入带有进出水口的空腔中，组成试样输入系统1，将试样输入系统1连入循环管路中。闭合排液阀8，设置电机马达33待机，打开液源控制阀6，使水缓慢流入并填充整个管道回路，当液面到达y型三通管的集液长管23长度的2/5处时，关闭液源控制阀6。
步骤2：在虚拟仪器控制界面上输入循环水流动时长20分钟以及间歇时间间隔8分钟，选择虚拟仪器控制界面的运行按钮，电机马达33启动，水流将带动气泡运动，当气泡运动至y型三通管的竖直管中时，由于气体密度远小于水的密度，气泡将沿集液长管23长度方向扩散到达液面，排出整个装置系统，当水循环时长达到20分钟时，数据控制系统将自动关闭电机马达33，间歇8分钟后，系统自动开始下一次水循环，
步骤3：当液面高度低于集液长管23最低端时，重复步骤1、2，按水气分离时间需要，可随时通过虚拟仪器控制界面的运行与停止按钮实现对整个装置系统的工作状态的控制，测试结束时关闭数据控制系统，如需排水，打开排液阀。(若试验要求，可通过调节高度调节机构5控制集液长管23液面高度，按要求读取液面刻度读数)。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。