一种岩石比热容测定装置及测定方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种岩石比热容测定装置，包括下壳体、加热层、试样杯、第一电偶组、隔热板、冷却杯、第二电偶组和上壳体；所述下壳体的内部设置用于给试样杯加热的加热，试样杯活动设置在加热层上，第一电偶组设置在试样杯的内壁上，隔热板活动设置在下壳体的顶部，上壳体设置隔热板的顶部，冷却杯设置在上壳体的内部，冷却杯的外部设置有冷却杯隔热层，第二电偶组设置在冷却杯的内壁上；当冷却时，打开隔热板，上壳体与下壳体的内部连通，试样杯与加热层分离，且试样杯套设在冷却杯中。该装置结构简单，操作方便，适用性高，测量精确，具有较高使用和推广价值。

A measuring device and method for measuring the specific heat capacity of rock

【技术实现步骤摘要】
一种岩石比热容测定装置及测定方法
本专利技术涉及比热容量测领域，具体为一种岩石比热容测定装置及测定方法。
技术介绍
岩石的比热容值是一种常见且重要的热力学参数，如何准确的测量岩石的比热容，对于岩石的多场耦合研究有着重要的意义，而且岩石碎块又往往被当作骨料应用在水泥混凝土和沥青混凝土之中，故岩石碎块的比热容也会对混凝土的传热性能产生一定的影响。传统的岩石比热容测量装置常常会将岩石块没入水中，水的存在也会会对岩石的比热容产生不可避免的影响，个别岩石没入水中之后，其物理性质会产生变化。还有个别岩石由火山灰沉积而成，内部含有较大的气孔，该种岩石密度比水小因而不会沉入水中，给测量带来难度。所以在不使用水的情况下测量岩石的比热容会更加精确。但是水的存在能够增大与岩石的接触面积，可以缩短测量过程中达到热平衡的时间，所以在测定岩石的比热容的过程之中水的参与各有利弊。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种岩石比热容测定装置，根据岩石试样外形的规整度，采用干式测量方法或湿式测量方法进行演示比热容测定，减小了测量误差。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种岩石比热容测定装置，包括下壳体、加热层、试样杯、第一电偶组、隔热板、冷却杯、第二电偶组和上壳体；所述下壳体的内部设置用于给试样杯加热的加热层，试样杯活动设置在加热层上，第一电偶组设置在试样杯的内壁上，隔热板活动设置在下壳体的顶部，上壳体设置隔热板的顶部，冷却杯设置在上壳体的内部，第二电偶组设置在冷却杯的内壁上；当岩石加热完成后，打开隔热板，上壳体与下壳体的内部连通，试样杯与加热层分离，试样杯套设在冷却杯中。进一步，所述冷却杯的外侧设置有隔热层。进一步，还包括隔热层；所述隔热层设置在下壳体至加热层之间。进一步，所述加热层为桶状结构，所述加热层的底部设置有凸台，试样杯的底部设置有凸台相配合的凹槽，试样杯设置在凸台上。进一步，所述第一电偶组包括三个热电偶；其中一个设置在试样杯的底部，另外两个对称设置在试样杯的侧壁上。进一步，所述第二电偶组包括三个热电偶；其中一个设置在冷却杯的底部，另外两个对称设置在冷却杯的侧壁上。进一步，所述试样杯的底部还设置有将试样杯向上推动的推杆；所述冷却杯的顶部设置有将冷却杯向下推动的推杆。进一步，所述隔热板包括结构相同的第一隔热板和第二隔热板，第一隔热板和第二隔热板水平设置在下壳体的顶部，第一隔热板和第二隔热板背向水平运动，上壳体与下壳体连通。进一步，所述第一隔热板上设置有水平贯穿第一隔热板条形螺孔，第一隔热板通过螺栓安装在下壳体的顶部。进一步，还包括用于对隔热板打开和闭合状态进行定位的定位销；定位销的一端穿过隔热板设置在下壳体上。本专利技术还提供了一种根据该述岩石比热容测定装置的测定方法，包括以下步骤：步骤S1、测量冷却杯的初始温度；步骤S2、将岩石试样放置在试样杯中，然后将试样杯放置在加热层中，闭合隔热板，对试样杯进行加热；步骤S3、待步骤S2加热完毕后，测量岩石试样温度和试样杯的温度。步骤4、打开隔热板，使试样杯与加热层分离，冷却杯套设在试样杯的外侧；步骤5、待冷却杯、试样杯和岩石试样温度相同时，该状态测量下冷却杯的温度、试样杯的温度以及岩石试样温度；步骤6、根据能量守恒定律计算岩石的比热容。进一步，步骤SI之前还包括：判断岩石与试样杯的接触面积；当岩石与试样杯的接触面大于岩石表面积80％时，则采用干式测量法；当岩石与试样杯的接触面小于岩石表面积80％时，则采用湿式测量法。进一步：当采用干法测量时，能量守恒定律的公式为：|C3M3(T0*-T0)|＝|C2M2(T2-T2*)+C1M1(T1-T1*)|故其中，M1为岩石的质量；M2为试样杯质量；M3为冷却杯质量；C1为岩石的比热容；C2为试样杯的比容；C3为冷却杯的比热容；T0为冷却杯的初始温度；T1为加热后岩石的温度；T2为加热后试样杯的温度；T0*为冷却后冷却杯的温度；T1*为冷却后岩石的温度为；T2*为冷却后试样杯的温度；当采用湿发测量时，能量守恒定律的公式为：|C3M3(T0*-T0)|＝|C2M2(T2-T2*)+C4M4(T1-T1*)+C1M1(T1-T1*)|故其中，M4为水的质量，C4为水的比热容。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术提供了一种岩石比热容测定装置，包括下端的加热装置和上端的冷却装置以及中间的隔热板，整个装置形成一个密闭的空间，通过热电偶测量岩石加热前后的温度变化及判定热传递的稳定，再经过计算得到所测岩石试样的比热容值。通过热电偶组采集数据，计算岩石试样的比热容；测量时当冷却杯与试样杯接触时，冷却杯外侧的隔热层也会与加热层相接触，冷却杯的外侧隔热材料可以阻止冷却杯与加热器之间发生热传递，从而减小测量误差。下端的加热装置由加热层、隔热层、外壳以及隔热板形成一个较为封闭的空间，防止不必要的热量散失。试样杯固定在加热筒中，试样杯与加热筒直接接触，提高了加热效率。电热偶分别设置在冷却杯和试样杯的内壁上，精准测量试样杯和冷却杯的温度变化，进一步提高测量精度。第一隔热板和第二隔热板水平活动安装在上壳体和下壳体之间，对加热筒形成密封，减少加热过程的热量的散失，避免对测量结果造成影响。该装置能够根据岩石式样的外形的规整度，采用干式测量法或湿式测量法测定岩石的比热容，该测量方法步骤简单，测量精确。附图说明图1为本专利技术测定装置结构示意图；图2为测定装置隔热板打开状态下的结构示意图；图3为隔热板的结构示意图；图4为冷却杯和冷却杯隔热层的结构示意图；图5为试样杯冷却状态下结构示意图。图中：1、第二推杆，2、上端盖，3、上壳体，4、冷却杯隔热层，5、冷却杯，6、凹槽，7、下壳体，8、隔热层，9、加热层，10、第一热电偶，11、第一推杆，12、第二热电偶，13、第三热电偶，14、试样杯，15、试样杯盖，16、隔热板，17、螺栓，18、定位销，19、第四热电偶，20、第五热电偶，21、第六热电偶。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。本专利技术提供了一种岩石比热容测定装置，该装置包括下壳体7、隔热层8、加热层9、试样杯14、第一热电偶组、第一推杆11、一对隔热板8、上壳体2、冷却杯5、第二热电偶组和第二推杆1。下壳体7为桶状结构，在下壳体7的内壁上设置一层隔热层8，隔热层的内部设置有加热层，加热层为桶状结构，加热层的底部设置有圆形凸台，试样杯14的底部设置有凹槽，且凹槽与加热层底部的凸台相适配，试样杯14设置活动在加热层9上，试样杯14的顶部设置有试样杯盖15，第一热电偶组设置试样杯14的内部，用于测量试样杯14和岩石试样的温度，第一推杆11的一端自下壳体7的底部依次穿过下壳体7、隔热层8和加热层9与试样杯14连接，在试样杯14加热完成后将试样杯向上推动。第一热电偶组包括第一热电偶10、第二热电偶12和第三热电偶13；第一热电偶10设置在试样杯内侧的底部，用于测量岩石的温度；第二热电偶12和第三热电偶13对称设在试样杯14的侧壁上。一对隔热板为对称结构，隔热板的中部设置有水平的条形螺孔，条形螺孔水平贯穿隔热板，隔热板8通过螺栓17活动固定在下壳体7的顶部，一对隔热板能够水平沿条形螺孔水平移动将加热层9封闭或打开；隔热板本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种岩石比热容测定装置，其特征在于，包括下壳体(7)、加热层(9)、试样杯(14)、第一电偶组、隔热板(16)、冷却杯(5)、第二电偶组和上壳体(3)；所述下壳体(7)的内部设置用于给试样杯加热的加热层(9)，试样杯(14)活动设置在加热层(9)上，第一电偶组设置在试样杯(14)的内壁上，隔热板(16)活动设置在下壳体(7)的顶部，上壳体(3)设置在隔热板(16)的顶部，冷却杯(5)设置在上壳体(3)的内部，冷却杯(5)的外部设置有冷却杯隔热层(4)，第二电偶组设置在冷却杯(5)的内壁上；当冷却时，打开隔热板(16)，上壳体(3)与下壳体(7)的内部连通，试样杯(14)与加热层(9)分离，且试样杯(14)套设在冷却杯(5)中。

【技术特征摘要】
1.一种岩石比热容测定装置，其特征在于，包括下壳体(7)、加热层(9)、试样杯(14)、第一电偶组、隔热板(16)、冷却杯(5)、第二电偶组和上壳体(3)；所述下壳体(7)的内部设置用于给试样杯加热的加热层(9)，试样杯(14)活动设置在加热层(9)上，第一电偶组设置在试样杯(14)的内壁上，隔热板(16)活动设置在下壳体(7)的顶部，上壳体(3)设置在隔热板(16)的顶部，冷却杯(5)设置在上壳体(3)的内部，冷却杯(5)的外部设置有冷却杯隔热层(4)，第二电偶组设置在冷却杯(5)的内壁上；当冷却时，打开隔热板(16)，上壳体(3)与下壳体(7)的内部连通，试样杯(14)与加热层(9)分离，且试样杯(14)套设在冷却杯(5)中。2.根据权利要求1所述一种岩石比热容测定装置，其特征在于，还包括隔热层(8)；所述隔热层(8)设置在下壳体(7)至加热层(9)之间。3.根据权利要求1所述一种岩石比热容测定装置，其特征在于，所述加热层(8)为桶状结构，所述加热层(8)的底部设置有凸台，试样杯(14)的底部设置有凸台相配合的凹槽，试样杯活动设置在凸台上。4.根据权利要求1所述一种岩石比热容测定装置，其特征在于，所述第一电偶组包括三个热电偶；其中一个设置在试样杯(14)的底部，另外两个对称设置在试样杯(14)的侧壁上。5.根据权利要求1所述一种岩石比热容测定装置，其特征在于，所述第二电偶组包括三个热电偶；其中一个设置在冷却杯(5)的底部，另外两个对称设置在冷却杯(5)的侧壁上。6.根据权利要求1所述一种岩石比热容测定装置，其特征在于，所述试样杯(14)的底部还设置有将试样杯(14)向上推动的第一推杆(11)；所述冷却杯(5)的顶部设置有将冷却杯(5)向下推动的第二推杆(1)。7.根据权利要求1所述一种岩石比热容测定装置，其特征在于，所述隔热板(16)包括结构相同的第一隔热板和第二隔热板，第...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾海荣，刘文佳，袁溪伟，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61