本发明专利技术公开一种非饱和颗粒材料粒间接触角测试装置和方法，该装置包括压力室、颗粒移动平台、液滴控制系统、温度湿度控制系统以及外部终端。压力室安装在颗粒移动平台底座沟槽上；颗粒移动平台位于压力室内且由底座、导轨、推进螺栓及滑动平台组成；液滴控制系统采用胶头滴管精准控制；温度湿度控制系统实现对压力室内吸力的控制；外部终端为大光圈高清数码相机、计算机及传感器。本发明专利技术还给出一种颗粒材料粒间接触角实验方法，该方法使用如上述的接触角实验装置，通过计算机连接大光圈高清数码相机和传感器的输出端，接收图像数据和温湿度数据。与传统的方法相比，该方法直接用于测试颗粒材料粒间接触角，准确度高，操作简单，易于推广使用。
【技术实现步骤摘要】
一种测试非饱和颗粒材料粒间接触角的实验装置和方法
本专利技术属于土工实验仪器
，涉及非饱和颗粒材料的测试，特别涉及一种测试非饱和颗粒材料粒间接触角的实验装置和方法。
技术介绍
非饱和颗粒材料，如岩土材料等由于有吸力(毛细力)的存在而使得材料的的力学性质变得非常复杂。影响吸力的因素很多，而水-气交界面的存在是根本原因，目前采用接触角来准确定义任意两相物质间的界面特性。接触角的准确测试一直以来是一个技术难题，现有的技术手段主要是利用液滴直接滴在试样表明进行拍照计算得到接触角，由于大部分颗粒材料，如岩土材料，受固-液-气三相空间分布的随机性，难以准确测得粒间接触角。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种测试非饱和颗粒材料粒间接触角的实验装置和方法，解决了传统测试手段无法准确获得颗粒材料粒间接触角的难题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种测试非饱和颗粒材料粒间接触角的实验装置，包括压力室3、颗粒移动平台、液滴控制系统、温度湿度控制系统以及外部终端，其中：所述颗粒移动平台位于压力室3中，包括底座4，在底座4上设置有水平的可拆卸导轨6，在可拆卸导轨6上设置有两个等高的用于放置待测非饱和颗粒的滑动平台2，每个滑动平台2下方设置有与其配合的水平的推进螺栓8，推进螺栓8穿过压力室3侧壁，尾端位于压力室3外部，通过推进螺栓8控制相应滑动平台2在可拆卸导轨6的水平移动；所述液滴控制系统包括胶头滴管1，胶头滴管1穿过压力室3的顶面，且滴头高度高于滑动平台2的顶面；所述温度湿度控制系统包括温度、湿度控制器11，执行端位于压力室3中，控制端位于压力室3外，实现对压力室3内吸力的控制；所述外部终端包括设置于压力室3外的大光圈高清数码相机9和计算机10及连接于压力室3侧壁的传感器12，其中大光圈高清数码相机9的镜头对准两个滑动平台2的正面，所述传感器12采集压力室3的温湿度数据，所述计算机10连接所述大光圈高清数码相机9和传感器12的输出端，接收图像数据和温湿度数据。所述压力室3由高透无机玻璃材料制成，并通过沟槽14安装于颗粒移动平台的底座4上。所述可拆卸导轨6有两条，相互平行，通过支架设置在底座4上，每个滑动平台2骑跨于两条可拆卸导轨6上，滑动平台2的下部与推进螺栓8的螺纹区域配合。所述胶头滴管1位于两个滑动平台2的中央位置上方。温度、湿度控制器11可分别选则美国OmegaCN32Pt及RHCN-3型温度、湿度控制器，其配备标准USB、可选以太网等实现通讯功能，并以标准的TCP/IP数据包形式传输数据，控制端可在控制器面板操作，执行端位于压力室内部。本专利技术还提供了基于所述测试非饱和颗粒材料粒间接触角的实验装置的测试方法，包括如下步骤：步骤一：移动两个滑动平台2相互靠近，选取颗粒试样分别放置于两个滑动平台2的相邻侧的顶面位置；步骤二：设置压力室3内部温度和湿度；步骤三：采用胶头滴管1，将液体一滴一滴滴入颗粒间，使其形成液桥，并记录滴入的液体体积，同时打开大光圈高清数码相机9，设置一定时间间隔，连续拍摄获取图像数据，并将图像数据实时传输至计算机10；步骤四：改变条件，在实验过程中，旋转推进螺栓8使颗粒间距变化，颗粒间距通过推进螺栓8旋转的圈数确定，从而得到不同间距下，颗粒间接触角的变化规律；或者通过改变温度和湿度使得压力室3内部吸力发生变化，从而获得不同吸力时颗粒材料粒间接触角的变化；步骤五：数据分析，基于图像识别工具箱编制用于颗粒间接触角测量的应用程序，利用步骤三获得图像数据获得不同实验条件下接触角的变化规律。所述颗粒粒径范围为0.1mm～2mm。所述胶头滴管1精度为0.05ml。所述颗粒通过有机黏结剂分别黏结在两个滑动平台2上。与现有技术相比，本专利技术直接用于测试颗粒材料粒间接触角，准确度高，操作简单，避免直接测试试样的接触角用来反映颗粒间的接触角，易于推广使用。附图说明图1为本专利技术非饱和颗粒间接触角测试装置装配图。图2为本专利技术实验装置安装效果示意图。图3为本专利技术非饱和颗粒间接触角测试装置装装配图俯视图。图4为本专利技术非饱和颗粒间接触角测试装置压力室结构示意图(俯视图)。图5为图4中F-F剖视图。图6为图4中G-G剖视图。图7为图4中K-K剖视图。图8为本专利技术颗粒移动平台的底座零件图，也即图3中C-C剖视图。图9为本专利技术颗粒移动平台的底座零件图，也即图3中D-D剖视图。图10为本专利技术可拆卸底座零件图。图11为图10中H-H剖视图。图12为本专利技术颗粒移动平台可拆卸导轨零件图。图13为本专利技术颗粒移动平台滑动平台零件图(俯视图)。图14为图13中A-A剖视图。图15为图13中B-B剖视图。图16为本专利技术颗粒移动平台推进螺栓零件图。图17为图16中E-E剖视图。图18为本专利技术颗粒移动平台推进螺栓的可拆卸头零件图。图19为图18中F-F剖视图。为方便参考使用，附图中均标注了相关建议尺寸(单位：0.1mm)。具体实施方式下面结合附图和实施例详细说明本专利技术的实施方式。如图1、图2和图3所示，本专利技术一种测试非饱和颗粒材料粒间接触角的实验装置，包括压力室3、颗粒移动平台、液滴控制系统、温度湿度控制系统以及外部终端，各部分相互配合，可准确测得颗粒材料粒间接触角，并在实验过程可控制温度、湿度及粒间间距，其中：参考图4、图5、图6和图7，压力室3由高透无机玻璃材料制成，有利于拍摄高清图片，为了便于加工，压力室3采用正方形并设计1mm沟槽，并通过沟槽安装于颗粒移动平台的底座4上。颗粒移动平台位于压力室3中，用于调节颗粒间距，包括底座4，参考图8和图9，底座4包括固定部分和位于固定部分中央的可拆卸部分5，在固定部分上设置有水平的两条相互平行的可拆卸导轨6，可拆卸导轨6关于可拆卸部分5对称，可拆卸部分5上部为推进螺栓8的安装提供空间，但为了保证压力室温度和湿度，底座4开口位置通过螺栓装配，如图10和图11所示。可拆卸导轨6通过支架设置在底座4上，如图12所示，每条可拆卸导轨6中间开设直径2mm的栓孔13，底座对应于18，用于安装滑动平台2。如图13、图14和图15所示，滑动平台2共两块，等高设置，用于放置待测非饱和颗粒，每个滑动平台2骑跨于两条可拆卸导轨6上，每个滑动平台2下方设置有与其配合的水平的推进螺栓8，如图16、图17、图18和图19所示，推进螺栓8的头部配置有可拆卸头7，推进螺栓8穿过压力室3侧壁，尾端位于压力室3外部，推进螺栓8的螺纹区域与滑动平台2的下部配合，通过旋转推进螺栓8即可控制相应滑动平台2在可拆卸导轨6的水平移动。液滴控制系统用于在非饱和颗粒材料粒间增加液滴，包括胶头滴管1，由胶头滴管1实现精准控制，精度为0.05ml，胶头滴管1通过孔15穿过压力室3的顶面，位于两个滑动平台2的中央位置，且滴头高度高于滑动平台2的顶面。温度湿度控制系统用于准确控制压力室3内部环境，使测量结果可靠可信，包括温度、湿度控制器11，执行端位于压力室3中，控制端位于压力室3外，实现对压力室3内吸力的控制。外部终端用于传输数据及对实验变量进行控制，包括设置于压力室3外的大光圈高清数码相机9和计算机10及连接于压力室3侧壁的传感器12，其中大光圈高清数码相机9的镜头对准两个滑动平台2的正面，用于拍摄高清图片；传感器本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种测试非饱和颗粒材料粒间接触角的实验装置，其特征在于，包括压力室(3)、颗粒移动平台、液滴控制系统、温度湿度控制系统以及外部终端，其中：所述颗粒移动平台位于压力室(3)中，包括底座(4)，在底座(4)上设置有水平的可拆卸导轨(6)，在可拆卸导轨(6)上设置有两个等高的用于放置待测非饱和颗粒的滑动平台(2)，每个滑动平台(2)下方设置有与其配合的水平的推进螺栓(8)，推进螺栓(8)穿过压力室(3)侧壁，尾端位于压力室(3)外部，通过推进螺栓(8)控制相应滑动平台(2)在可拆卸导轨(6)的水平移动；所述液滴控制系统包括胶头滴管(1)，胶头滴管(1)通过孔(15)穿过压力室(3)的顶面，且滴头高度高于滑动平台(2)的顶面；所述温度湿度控制系统包括温度、湿度控制器(11)，执行端位于压力室(3)中，控制端位于压力室(3)外，实现对压力室(3)内吸力的控制；所述外部终端包括设置于压力室(3)外的大光圈高清数码相机(9)和计算机(10)及连接于压力室(3)侧壁的传感器(12)，其中大光圈高清数码相机(9)的镜头对准两个滑动平台(2)的正面，所述传感器(12)采集压力室(3)的温湿度数据，所述计算机(10)连接所述大光圈高清数码相机(9)和传感器(12)的输出端，接收图像数据和温湿度数据。...
【技术特征摘要】
1.一种测试非饱和颗粒材料粒间接触角的实验装置，其特征在于，包括压力室(3)、颗粒移动平台、液滴控制系统、温度湿度控制系统以及外部终端，其中：所述颗粒移动平台位于压力室(3)中，包括底座(4)，在底座(4)上设置有水平的可拆卸导轨(6)，在可拆卸导轨(6)上设置有两个等高的用于放置待测非饱和颗粒的滑动平台(2)，每个滑动平台(2)下方设置有与其配合的水平的推进螺栓(8)，推进螺栓(8)穿过压力室(3)侧壁，尾端位于压力室(3)外部，通过推进螺栓(8)控制相应滑动平台(2)在可拆卸导轨(6)的水平移动；所述液滴控制系统包括胶头滴管(1)，胶头滴管(1)通过孔(15)穿过压力室(3)的顶面，且滴头高度高于滑动平台(2)的顶面；所述温度湿度控制系统包括温度、湿度控制器(11)，执行端位于压力室(3)中，控制端位于压力室(3)外，实现对压力室(3)内吸力的控制；所述外部终端包括设置于压力室(3)外的大光圈高清数码相机(9)和计算机(10)及连接于压力室(3)侧壁的传感器(12)，其中大光圈高清数码相机(9)的镜头对准两个滑动平台(2)的正面，所述传感器(12)采集压力室(3)的温湿度数据，所述计算机(10)连接所述大光圈高清数码相机(9)和传感器(12)的输出端，接收图像数据和温湿度数据。2.根据权利要求1所述测试非饱和颗粒材料粒间接触角的实验装置，其特征在于，所述压力室(3)由高透无机玻璃材料制成，并通过沟槽(14)安装于颗粒移动平台的底座(4)上。3.根据权利要求1所述测试非饱和颗粒材料粒间接触角的实验装置，其特征在于，所述可拆卸导轨(6)有两条，相互平行，通过支架设置在底座(4)上，每个滑动平台(2)骑跨于两条可拆卸导轨(6)上，滑动平台(2)的下部与...
【专利技术属性】
技术研发人员：廖红建，伏映鹏，吕龙龙，孟西峰，李瑶，康孝森，刘雪刚，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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