一种土体含水率的快速原位测试试验装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种土体含水率的快速原位测试试验装置，包括土体含水率速测仪，土体含水率速测仪包括称量装置，称量装置的上方放置盛料套管，盛料套管内放置土体，盛料套管设置在真空干燥腔内，真空干燥腔连通真空泵，并通过真空泵抽出空气和水蒸气，真空干燥腔连接微波发射装置，微波发射装置向真空干燥腔内发射微波干燥土体，真空干燥腔内设有远红外测温装置，远红外测温装置监控土体的干燥温度。本发明专利技术还公开了一种土体含水率的快速原位测试试验方法。本发明专利技术利用真空降压和微波加热使得干燥过程的温度在45℃以下，保证土体内热敏性物质如结合水、有机质的稳定，在有效缩短干燥测量时间的基础上实现了含水率测试的精确性。

Rapid in-situ test device and method for soil moisture content

The invention discloses a fast in-situ test device of soil water content, including soil moisture quick tester, soil moisture analyzer comprises a weighing device, a weighing device placed above the casing material, the material containing casing is placed in the soil, the material containing casing is arranged in a vacuum drying chamber, vacuum drying chamber vacuum pump, vacuum pump and the air and water vapor, vacuum drying chamber is connected to a microwave transmitting device, microwave emitting device of microwave drying soil to the vacuum drying chamber, vacuum drying chamber is provided with a far infrared temperature measuring device, drying temperature far infrared temperature measurement device for monitoring soil. The invention also discloses a rapid in-situ test method for soil moisture content. The invention uses vacuum pressure and microwave heating makes the temperature in the drying process of 45 DEG C, ensure heat sensitive substances in soil organic matter, such as the combination of water stability, effectively reduce the drying time measurement based on the realization of the accuracy of the moisture content test.

【技术实现步骤摘要】
一种土体含水率的快速原位测试试验装置和方法
本专利技术涉及土木工程和地质工程勘察
，尤其涉及一种土体含水率的快速原位测试试验装置和方法。
技术介绍
土体含水率反映了土的干湿状态，是土的基本物理性质指标之一，一般定义为土壤中自由水的质量与剩余固体物质质量的比值。地质工程领域中土体含水率的准确测试对工程的性质评价、水循环条件研究、边坡稳定性分析以及路基的压实质量控制等方面都有非常重要的意义。经过多年的快速发展，其基于不同方法原理所得到的精度和适用条件差异很大。常用的含水率测试的方法主要分为直接式和间接式，其中间接式诸如：电阻法、张力计法和干湿度计法等，此类装置原理型号众多，但因不是直接的测量方式而误差较大。直接式土体含水率测试方法主要可以分为五种：1、除水称重法，例如烘干法、酒精燃烧法、微波法、碳化钙减量法、炒干法；2、介电常数法，例如时域反射技术(TDR)、频域反射技术(FDR)；3、放射性物质法，例如：中子法、γ射线法；4、非接触测量法，例如红外遥感法、探地雷达法等。在上述诸多方法之中，常用的方法为烘干法、电阻法、TDR。其中电阻法因精度差已被淘汰；TDR法操作简便，可连续测量，最适用于现场，但其电路复杂，设备较昂贵，而且介电常数与含水率之间的关系需要依照具体情况进行标定才能得到更高的精度；烘干法的核心思想是除水称重，作为目前规范中测定土体质量含水率的标准方法，其测试结果准确，但也存在效率较低、较大土样内部不易烘干、异位实验误差等问题，不能满足现场测试快速便捷的要求。现有的微波干燥技术虽也被应用于土体的含水率测试，但其加热方式迅速，破坏了土体内的有机质和结合水，使其值一般较烘干法偏高。在测量精度上，除水称重具有其它方法不可比拟的优势，因此以它作为设计思路，在考虑土壤本身物理化学性质的基础上，研究和设计一套适合于工程地质勘查领域的结构简单、设计合理、技术成熟、高精度、快速的土壤含水量原位测试方法及相关设备既为工程必需，也是一项关键技术。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的实施例提供了一种结构简单、设计合理、高精度的土体含水率的快速原位测试试验装置和方法。本专利技术的实施例提供一种土体含水率的快速原位测试试验装置，包括土体含水率速测仪，所述土体含水率速测仪包括称量装置，所述称量装置的上方放置盛料套管，所述盛料套管内放置土体，所述盛料套管设置在真空干燥腔内，所述真空干燥腔连通真空泵，并通过真空泵抽出空气和水蒸气降压，所述真空干燥腔连接微波发射装置，所述微波发射装置向真空干燥腔内发射微波干燥土体，所述真空干燥腔内设有远红外测温装置，所述远红外测温装置监控土体的干燥温度。进一步，所述真空泵通过抽气管连通真空干燥腔，所述抽气管的一端连通真空泵的上方，所述抽气管的另一端连通真空干燥腔的上方，所述真空泵上设有出气口，所述真空泵通过抽气管抽出真空干燥腔内的空气和水蒸气，再通过出气口将真空泵内的空气和水蒸气抽出。进一步，所述出气口上设有漏能抑制器，所述漏能抑制器防止微波泄漏。进一步，所述土体含水率的快速原位测试试验装置还包括计算机和直流电源，所述直流电源内设有逆变器，所述逆变器将直流电转变为交流电供给土体含水率速测仪和计算机，所述土体含水率速测仪连接计算机，所述计算机储存和处理土体含水率速测仪的测定结果。进一步，所述称重装置的精度为0.001g，称量装置包括底座和称重盘，所述称重盘设在真空干燥腔内，所述称重盘上放置盛料套筒，所述盛料套筒的材料为非金属材料，所述底座上设有显示屏和按钮，所述底座的底部设有调平螺母，所述底座内设有储存模块，所述储存模块记录称量装置的称重数据。进一步，所述微波发射装置包括磁控管和波导，所述波导的一侧连接真空干燥腔，所述波导的另一侧连接磁控管，所述磁控管产生的射频能量沿波导向真空干燥腔内发射微波。进一步，所述真空干燥腔包括腔体和密封盖，所述盛料套筒放置在腔体内，所述腔体和密封盖通过螺丝固定；所述土体含水率速测仪设置在一箱体内，所述箱体将真空干燥腔、盛料套筒、真空泵和微波发射装置密封，所述真空干燥腔固定焊接在箱体的底部，使土体在密封的环境内进行真空降压和微波干燥，所述箱体的上端通过外盖开合装置连接箱外盖，所述箱体通过箱外盖密封；所述土体含水率速测仪通过插头实现电源接入。一种土体含水率的快速原位测试试验方法，包括以下步骤：(1)将土体含水率速测仪连接电源和计算机；(2)对土体含水率速测仪的称量装置进行校准和调零；(3)采集土体，并装入土体含水率速测仪的盛料套筒中，将盛料套筒放入真空干燥腔内，并将真空干燥腔密封，通过称量装置称量土体初质量m1，并将数据传输给计算机；(4)将真空干燥腔内的空气和水蒸气抽出降压，待真空干燥腔体内的压强降低至一预设值时，通过微波发射装置向真空干燥腔发射微波干燥土体，干燥土体过程中通过称量装置观察土体的质量变化，待称量装置称量的土体质量稳定时，记录土体终质量m2，并将数据传输给计算机；(5)计算机通过步骤(3)的土体初质量m1和步骤(4)的土体终质量m2计算土体含水率；(6)取出土体，重复步骤(3)至步骤(5)，计算土体含水率的平均值。进一步，所述步骤(4)中，土体内水的沸点随真空干燥腔内压强的变化而变化，水的沸点T随压强P的变化公式为：T＝100+0.0367*(P-1.013*105)-0.000023*(P-1.013*105)2；干燥土体过程中通过远红外测温装置监控干燥温度，干燥温度控制在25～45℃，使干燥后土体中结合水与有机质稳定存在。进一步，所述步骤(5)中，土体含水率的计算公式为：与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术利用真空泵降低压强达到降低自由水沸点的目的，结合微波加热技术使得干燥过程的温度在45℃以下，保证土体内热敏性物质如结合水、有机质的稳定，在有效缩短干燥测量时间的基础上实现了含水率测试的精确性；2、本专利技术的测量方法结构简单、设计合理、可靠性好、维护量小，大大提升了土体含水率测试的精确性；3、本专利技术的测量方法相比传统土体微波含水率测试方法，不需要反复拿出来称重，在判断其质量无变化后再确定、计算，整个操作过程包括测量结果数据的计算、储存过程更加方便，降低了对操作人员的要求；4、本专利技术的设计实现了土体含水率的原位测试，避免了取样、运输过程中造成的异位实验误差、低效率的问题，采用远红外测温装置，使其既可感温又不至于引起微波放电，保证了对土体温度的实时监控。附图说明图1是本专利技术一种土体含水率的快速原位测试试验装置的组成示意图。图2是图1中土体含水率速测仪的结构示意图。图3是本专利技术一种土体含水率的快速原位测试试验方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。请参考图1，本专利技术的实施例提供了一种土体含水率的快速原位测试试验装置，包括土体含水率速测仪1、计算机2和直流电源3，直流电源3内设有逆变器(图中未示出)，逆变器将直流电转变为交流电供给土体含水率速测仪1和计算机2，土体含水率速测仪1连接计算机2，计算机2储存和处理土体含水率速测仪1的测定结果，在一实施例中，土体含水率速测仪1通过插头10实现电源接入。请参考图2，土体含水率速测仪1包括称量装置12，称量装置12的上方放置盛料套本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种土体含水率的快速原位测试试验装置，其特征在于，包括土体含水率速测仪，所述土体含水率速测仪包括称量装置，所述称量装置的上方放置盛料套管，所述盛料套管内放置土体，所述盛料套管设置在真空干燥腔内，所述真空干燥腔连通真空泵，并通过真空泵抽出空气和水蒸气降压，所述真空干燥腔连接微波发射装置，所述微波发射装置向真空干燥腔内发射微波干燥土体，所述真空干燥腔内设有远红外测温装置，所述远红外测温装置监控土体的干燥温度。

【技术特征摘要】
1.一种土体含水率的快速原位测试试验装置，其特征在于，包括土体含水率速测仪，所述土体含水率速测仪包括称量装置，所述称量装置的上方放置盛料套管，所述盛料套管内放置土体，所述盛料套管设置在真空干燥腔内，所述真空干燥腔连通真空泵，并通过真空泵抽出空气和水蒸气降压，所述真空干燥腔连接微波发射装置，所述微波发射装置向真空干燥腔内发射微波干燥土体，所述真空干燥腔内设有远红外测温装置，所述远红外测温装置监控土体的干燥温度。2.根据权利要求1所述的土体含水率的快速原位测试试验装置，其特征在于，所述真空泵通过抽气管连通真空干燥腔，所述抽气管的一端连通真空泵的上方，所述抽气管的另一端连通真空干燥腔的上方，所述真空泵上设有出气口，所述真空泵通过抽气管抽出真空干燥腔内的空气和水蒸气，再通过出气口将真空泵内的空气和水蒸气抽出。3.根据权利要求2所述的土体含水率的快速原位测试试验装置，其特征在于，所述出气口上设有漏能抑制器，所述漏能抑制器防止微波泄漏。4.根据权利要求1所述的土体含水率的快速原位测试试验装置，其特征在于，所述土体含水率的快速原位测试试验装置还包括计算机和直流电源，所述直流电源内设有逆变器，所述逆变器将直流电转变为交流电供给土体含水率速测仪和计算机，所述土体含水率速测仪连接计算机，所述计算机储存和处理土体含水率速测仪的测定结果。5.根据权利要求1所述的土体含水率的快速原位测试试验装置，其特征在于，所述称重装置的精度为0.001g，称量装置包括底座和称重盘，所述称重盘设在真空干燥腔内，所述称重盘上放置盛料套筒，所述盛料套筒的材料为非金属材料，所述底座上设有显示屏和按钮，所述底座的底部设有调平螺母，所述底座内设有储存模块，所述储存模块记录称量装置的称重数据。6.根据权利要求1所述的土体含水率的快速原位测试试验装置，其特征在于，所述微波发射装置包括磁控管和波导，所述波导的一侧连接真空干燥腔，所述波导的另一侧连接磁控管，所述磁控管产生的射频能量沿波导向真空干燥腔内发射微波。7.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄磊，唐辉明，刘晓，张俊荣，李顺合，温韬，汪丁健，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42