冻融变形离心模拟系统中的冻融离心模型箱

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冻融变形离心模拟系统中的冻融离心模型箱\n技术领域\n[0001] 本发明涉及冻融变形离心模型试验系统，具体涉及冻融变形离心模拟系统中的冻融离心模型箱。\n背景技术\n[0002] 离心模拟试验技术在不同的行业如国防、医疗、土工等方面研究中得到广泛应用，并快速发展。离心试验设备则是实现这一技术的重要环节。\n[0003] 冻融离心模型试验系统是用来研究冻土地区相关建筑物或设施，因温度变化大产生冻胀融沉现象的离心试验设备。该种试验设备在国内研制应用极少，目前属于起步阶段。\n该冻融离心模型试验系统主要有冻融模型箱、循环冷却水系统和控制系统等主要部分组成。其中冻融模型箱主要是将土壤模型装盛在具有保温作用的模型箱内，在箱体上方覆盖着热交换系统，热交换系统是利用多块半导体器件来制冷热实现温度变化，通过直流电能转换成冷热能向下方土壤模型表面传递冷热能，使土壤模型由外向内产生升/降温效果，从而实现模拟土壤冻胀融沉现象。\n[0004] 冻融离心试验需要对土壤模型进行位移测试，故需根据所用传感器在冻融模型箱中安装一种位移传感器，以满足试验需求。冻融离心模型试验在国内研制应用极少，未见有位移传感器支撑装置的报道，在冻融离心模型箱内的如何安装位移传感器是需要解决的问题。\n发明内容\n[0005] 本发明的目的就在于提供一种冻融离心模型箱，解决冻融离心试验中，直流回弹式传感器在冻融离心模型箱内的如何安装问题，该冻融离心模型箱在离心场下，使传感器承载离心载荷并相对与土壤位置可灵活调整，同时避免模型箱内温度通过传感器流失，满足试验测量需求。\n[0006] 为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：冻融变形离心模拟系统中的冻融离心模型箱，包括热交换系统和模型箱，所述热交换系统覆盖模型箱的箱口，热交换系统由密封箱体和设置在密封箱体内的多块半导体器件组成，多块半导体器件间隔排列于热交换底板上，并与热交换底板联接；在多块半导体器件间隔处的密封箱体上设有若干传感器安装孔，传感器安装孔由热交换顶盖上的上孔和热交换底板相对应的下孔组成，下孔为螺纹孔，每个传感器安装孔内设有传感器安装套，传感器安装套内为一通孔，通孔尺寸略大于热交换底板上的下孔，传感器安装套上端穿过上孔，并固定在热交换顶盖上，底端固定在下孔周边的热交换底板上表面。\n[0007] 作为本发明的进一步改进，所述传感器安装套上端穿出顶盖部分设置有外螺纹，第一锁紧螺母将顶盖与传感器安装套锁紧固定。\n[0008] 作为本发明的进一步改进，所述传感器安装套底端设有法兰，法兰用螺钉与下孔对中联接在换热底板上。\n[0009] 作为本发明的进一步改进，一个或以上的传感器安装套内设有传感器装置，传感器装置包括位移传感器和调整套，调整套主体为外螺纹圆柱体，外螺纹尺寸与下孔螺纹相匹配，调整套顶端为长盲孔，底端设有中心通孔，长度大于位移传感器长度，位移传感器设置在调整套内，位移传感器探头伸出中心通孔，调整套底部旋入下孔内，调整套顶端伸出所述传感器安装套上端，第二锁紧螺母与传感器调整套外螺纹配合，锁紧传感器调整套主体。\n[0010] 作为本发明的进一步改进，所述传感器调整套上端侧壁设有紧定螺钉螺纹孔，紧定螺钉旋入螺纹孔顶住传感器，防止传感器在调整套内移动。\n[0011] 作为本发明的进一步改进，一个或以上的所述传感器安装套内设有填塞柱，填塞柱底部设有和下孔相应的螺纹。对应没有安装传感器的传感器安装套，中心通孔使热交换底板与外界空气接触，会产生温度流失，在这些传感器安装套放置填塞柱，填塞柱底部螺纹与下孔配合旋入传感器安装套内，阻碍温度流失。\n[0012] 作为本发明的进一步改进，所述传感器调整套上端长出传感器的空间内填充有聚氨酯海绵保温材料。为防止温度通过传感器传导。\n[0013] 作为本发明的进一步改进，所述密封箱体由聚甲醛板材与铝合金材料的热交换底板组成。\n[0014] 作为本发明的进一步改进，所述第一锁紧螺母、第二锁紧螺母和填塞柱采用聚甲醛材料或有机玻璃制成。选择聚甲醛和有机玻璃均是因为这两种材料热传导率低，可有效阻止与之接触零部件温度传导流失。\n[0015] 本发明的有益效果在于：\n[0016] 1.通过在热交换系统底板与盖板开孔，并安装传感器安装套，为位移传感器在热交换系统密闭的箱体内提供了安装通道。\n[0017] 2. 利用传感器调整套外螺纹与下孔的旋入旋出，灵活调整传感器在模型箱内的伸出长度，方便传感器安装。\n[0018] 3.选择传导率低的材料有效的阻碍热交换系统内温度通过传感器安装而流失。\n[0019] 本发明的冻融离心模型箱结构合理，便于位移传感器安装，可实现传感器灵活调整伸长量，满足不同土壤模型深度要求，并利用聚甲醛、有机玻璃、聚苯乙烯保温颗粒和聚氨酯海绵等热传导率低的材料有效的阻碍热交换系统内温度通过传感器或空气向外传导流失，保证试验条件；位移传感器装置加工、使用简单方便。\n附图说明\n[0020] 图1为本发明实施例冻融变形离心模拟系统中的冻融离心模型箱的传感器安装孔结构示意图；\n[0021] 图2为本发明实施例中位移传感器安装示意图及填塞柱安装示意图；\n[0022] 图3为图2的A部放大图；\n[0023] 图4为图3的B部放大图；\n[0024] 图5为紧定螺钉外形示意图；\n[0025] 图6为第二锁紧螺母结构示意图；\n[0026] 图7 为传感器调整套结构示意图；\n[0027] 图8为传感器安装套正视图；\n[0028] 图9 为传感器安装套左视剖面图。\n[0029] 图中：1—土壤模型 2—模型箱 3—热交换底板 4—聚苯乙烯保温颗粒 5—热交换顶盖 6—半导体器件 7—填塞柱 8—位移传感器 9—传感器安装套 10—第一锁紧螺母 11—第二锁紧螺母 12—传感器调整套 13—聚氨酯海绵保温材料 14—传感器线缆 15—传感器探头 16—紧定螺钉 17—探头伸出端 18—紧定螺钉孔 \n19—出线端 100—冻融变形离心模拟系统中的冻融离心模型箱。\n具体实施方式\n[0030] 下面结合附图和实施例做进一步说明\n[0031] 如图1所示，冻融变形离心模拟系统中的冻融离心模型箱100，包括热交换系统30和模型箱2，模型箱2是具有保温性能的箱体结构，模型箱2内设有土壤模型1，热交换系统\n30覆盖模型箱2的箱口。热交换系统30由密封箱体31和设置在密封箱体31内的多块半导体器件6组成。聚甲醛板材的热交换顶盖32、边框与铝合金材料的热交换底板3组成长方体密封箱体31。多块半导体器件6a，6b，6c，6d间隔排列于热交换底板3上，并与热交换底板3紧密联接。密封箱体31内其余空间填充聚苯乙烯保温颗粒材料4，以避免热交换底板的温度向上流失。在多块半导体器件间6a，6b，6c，6d隔处的密封箱体上设有若干传感器安装孔21a，21b，21c，传感器安装孔21a，21b，21c由热交换顶盖31上的上孔23和热交换底板相对应的下孔24组成，下孔24为螺纹孔，传感器安装孔21a，21b，21c内设有聚甲醛材料的传感器安装套9，传感器安装套9内为一通孔，通孔尺寸略大于热交换底板上的下孔24，传感器安装套9上端穿过上孔23，并固定在热交换顶盖31上，底端固定在下孔周边的热交换底板3上表面。\n[0032] 如图1、3、8和9所示，为使传感器可穿过，传感器安装套9内为一通孔，通孔尺寸略大于底板上的下孔24，传感器安装套底端91设有方形法兰92，方形法兰92用螺钉与热交换底板9的螺纹孔对中联接，上端93穿过顶盖的上孔23，所以上孔23为略大于传感器安装套9外径的通孔，传感器安装套上端93穿出顶盖31部分设置有外螺纹94，以便聚甲醛材料的第一锁紧螺母10将顶盖31与传感器安装套9锁紧固定。\n[0033] 如图2、3和7所示，为实现位移传感器8在模型箱2箱体内的伸出长度可灵活调整，设计一个有机玻璃材料的传感器调整套12。位移传感器8为直流回弹式位移传感器，属差动变压式位移传感器（LVDT），外形结构为304不锈钢材料的圆柱体，圆柱体前端是回弹式探针15，后端为线缆14。如图7，传感器调整套12主体为外螺纹圆柱体，外螺纹121尺寸与底板的下孔24内螺纹相匹配，传感器调整套12内设有长盲孔122，为方便传感器装入，盲孔122直径尺寸略大于传感器8圆柱体外径，传感器调整套12底部中心开有一个小孔17，小孔17尺寸略大于传感器探针15外径，以便传感器探针15伸出。传感器调整套12底端旋入下孔24，传感器调整套12上端伸出传感器安装套9，由有机玻璃材料制成的第二锁紧螺母11与传感器调整套外螺纹121配合锁紧调整套，第二锁紧螺母11如图6所示。传感器线缆14从盲孔出线端19引出，由于线缆较细，传感器调整套12顶端具有多余空间，为防止温度由传感器传导，在多余的空间内装入聚氨酯海绵保温材料13。如图3，4和5，为防止位移传感器8在传感器调整套12内相对移动，在传感器调整套12上设置有紧定螺钉孔18，有机玻璃材料制成的紧定螺钉16旋入后，将位移传感器8顶住，防止其移动。\n[0034] 如图2所示，试验中没有安装传感器的传感器安装孔使热交换底板3与外界空气接触，会产生温度流失，为此设计了有机玻璃材料的填塞柱7，填塞柱7装入传感器安装套\n12内，填塞柱7底部螺纹与热交换底板下孔24螺纹相配合，阻碍温度流失。\n[0035] 实施例中选择聚甲醛和有机玻璃作为部件材料均是因为这两种材料热传导率低，可有效阻止与之接触零部件温度传导流失。\n[0036] 在模型箱2内土壤模型制作好后，将热交换系统30就位。此时就可以根据试验需要在位移测试点安装传感器8，首先将传感器8装入传感器调整套12内，让传感器探针15从调整套底部中心孔17伸出，然后把紧定螺钉16旋入调整套上的紧定螺钉孔18内，将传感器8顶紧不能移动后，就可以将传感器调整套12与传感器8一起插入传感器安装套9，传感器调整套12底部旋入热交换系统30的热交换铝合金底板3的下孔24螺纹孔内，利用传感器调整套12旋进与旋出来调整传感器8在模型箱2内的伸出长度，根据探针15压缩位置线缆输出信号以确定传感器调整套12的最终位置，第二锁紧螺母11锁紧传感器调整套\n12，使传感器调整套12与传感器8被固定于该处位置，在传感器调整套12上端的出线口内装入聚氨酯海绵保温材料13。最后，在没有设置传感器8的传感器安装12套内装入填塞柱\n7，并与热交换铝合金底板下孔24旋紧。