自动式岩石体积变形测量传感器与岩石试件体积变形测量方法技术

一种自动式岩石体积变形测量传感器，本发明专利技术所述自动式岩石体积变形测量传感器，包括测量油缸、活塞、活塞杆、位移传感器、进油主管、出油主管、第一输油支管、第二输油支管、第三输油支管、第四输油支管、第一截止阀、第二截止阀和自动控制器。一种岩石试件体积变形测量方法，将岩石试件安装在三轴压力试验机的三轴压力室内的试样台上，使用上述自动式岩石体积变形测量传感器进行测量，通过三轴压力试验机的控制系统记录并显示岩石的体积变形。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于岩石性能测试领域，特别涉及一种对岩石试件体积变形进行定量测试的器具与方法。
技术介绍
现有岩石试件的体积变形是利用安装在岩石试件上的纵向和横向引伸计，或贴在岩石试件表面的纵向和横向应变片，分别测量其两个方向的应变后，再根据公式计算出岩石的体积变形。然而，上述测量器具和方法只适用于小变形的硬岩，而对于可发生大变形的软岩则无法测量，且上述测量器具和方法测得的仅是岩石中部横截面对应的变形，并不是岩石的真实体积变形。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种，以便能获得岩石试件在试验过程中体积变形的全过程数据，准确测量出岩石真实体积变形，且操作更加简便。本专利技术所述自动式岩石体积变形测量传感器，包括测量油缸、活塞、活塞杆、位移传感器、进油主管、出油主管、第一输油支管、第二输油支管、第三输油支管、第四输油支管、第一截止阀、第二截止阀和自动控制器；活塞位于测量油缸内，将测量油缸分为第一腔室和第二腔室，第一截止阀安装在进油主管上，第二截止阀安装在出油主管上，第一输油支管的一端与第一截止阀连接，其另一端与测量油缸的第一腔室连接，第二输油支管的一端与第二截止阀连接，其另一端与测量油缸的第二腔室连接，第三输油支管的一端与第一截止阀连接，其另一端与出油主管连接，且连接处位于第二截止阀与出油主管的端口之间，第四输油支管的一端与第二截止阀连接，其另一端与进油主管连接，且连接处位于第一截止阀与进油主管的端口之间；活塞杆为两根，两活塞杆的一端分别与活塞两端面的中心部位固连，且它们的中心线与活塞的中心线重合，两活塞杆的另一端分别从测量油缸两端的端盖伸出；位移传感器安装在测量油缸的外侧壁上，其位移测量杆的自由端通过连接件与位于出油主管一侧的活塞杆连接；自动控制器的信号输入接口与位移传感器的信号输出接口连接，其信号输出接口与第一截止阀和第二截止阀连接，根据来自位移传感器的信号控制第一截止阀和第二截止阀所处的状态。本专利技术所述的自动式岩石体积变形测量传感器，其活塞杆的长度应大于测量油缸的长度，以满足测量的需要。本专利技术所述的自动式岩石体积变形测量传感器，其连接件优选两端设置有连接孔的杆件或条形板。本专利技术所述的自动式岩石体积变形测量传感器，其自动控制器为单片机，也可由三轴压力试验机的控制系统兼具自动控制器的功能。本专利技术所述岩石试件体积变形测量方法，使用本专利技术所述自动式岩石体积变形测量传感器，操作如下①将岩石试件安装在三轴压力试验机的三轴压力室内的试样台上，将所述岩石体积变形测量传感器的出油主管的出油端口与所述三轴压力室的输油管连接，将所述岩石体积变形测量传感器的进油主管的进油端口与供油油箱连接，将所述岩石体积变形测量传感器的位移传感器的信号输出接口与三轴压力试验机的控制系统连接；②开启所述岩石体积变形测量传感器的第一截止阀和第二截止阀，将其测量油缸的第一腔室、第二腔室及三轴压力试验机的三轴压力室充满油液；③测量岩石试件的体积变形时，操作自动控制器，使第二截止阀处于仅将测量油缸的第二腔室与三轴压力室导通的状态，使第一截止阀处于仅将测量油缸的第一腔室与油箱导通的状态；在岩石试件受压发生压缩体积变形的过程中，测量油缸的第二腔室中的油液连续 输入三轴压力试验机的三轴压力室内，致使活塞向出油主管端运动、与活塞连接的活塞杆带动位移传感器的位移测量杆向活塞运动的方向运动，当活塞运动到所述第二腔室的极限位置时，自动控制器根据来自位移传感器的信号使第一截止阀处于仅将测量油缸的第一腔室与三轴压力室导通的状态，使第二截止阀处于仅将测量油缸的第二腔室与油箱导通的状态，致使活塞向进油主管端运动，与活塞连接的活塞杆带动位移传感器的位移测量杆向活塞运动的方向运动，当活塞运动到所述第一腔室极限位置时，自动控制器根据来自位移传感器的信号使第一截止阀处于仅将测量油缸的第一腔室与油箱导通的状态，使第二截止阀处于仅将测量油缸的第二腔室与三轴压力室导通的状态，致使活塞又向出油主管端运动，如此反复进行，直至岩石试件的压缩体积变形终止，在上述过程中，位移传感器同时向三轴压力试验机的控制系统输送位移测量杆运动数据的电信号，三轴压力试验机的控制系统将接收到的电信号进行处理，记录并显示岩石的压缩体积变形；在岩石试件受压发生膨胀体积变形的过程中，三轴压力试验机的三轴压力室内的油液连续输入测量油缸的第二腔室中，致使活塞向进油主管端运动、与活塞连接的活塞杆带动位移传感器的位移测量杆向活塞运动的方向运动，当活塞运动到所述第一腔室的极限位置时，自动控制器根据来自位移传感器的信号使第一截止阀处于仅将测量油缸的第一腔室与三轴压力室导通的状态，使第二截止阀处于仅将测量油缸的第二腔室与油箱导通的状态，致使活塞向出油主管端运动，与活塞连接的活塞杆带动位移传感器的位移测量杆向活塞运动的方向运动，当活塞运动到所述第二腔室极限位置时，自动控制器根据来自位移传感器的信号使第一截止阀处于仅将测量油缸的第一腔室与油箱导通的状态，使第二截止阀处于仅将测量油缸的第二腔室与三轴压力室导通的状态，致使活塞又向进油主管端运动，如此反复进行，直至岩石试件的膨胀体积变形终止，在上述过程中，位移传感器同时向三轴压力试验机的控制系统输送位移测量杆运动数据的电信号，三轴压力试验机的控制系统将接收到的电信号进行处理，记录并显示岩石的膨胀体积变形。从上述方法可以看出，当岩石试件发生压缩体积变形时，将通过测量油缸及管路向三轴压力室内补充油液，当岩石试件发生膨胀体积变形时，三轴压力室内的油液将通过测量油缸及管路回至油箱，因此，测量油缸中油液的体积变化值减去三轴压力试验机加载立柱进入三轴压力室内的体积变化值则为岩石试件发生体积变形的体积变形值。根据上述机理进行软件设计并在三轴压力试验机的控制系统安装所述软件，三轴压力试验机的控制系统即可根据位移测量杆运动数据的电信号记录并显示岩石的压缩体积变形和膨胀体积变形。本专利技术具有以下有益效果I、本专利技术为岩石试件体积变形的测量提供了一种与现有技术不同构思的新方法与新测量仪器，本专利技术所述方法的特点是可以得到岩石试件在被施压过程中体积变形的全过程数据及岩石试件的真实体积变形。2、本专利技术所述方法有效解决了具有大变形特征的软岩的体积变形测量问题，可为软岩的利用提供可靠的数据支持。 3、本专利技术所述自动式岩石体积变形测量传感器不仅结构简单，而且与三轴压力试验机配套使用操作简便，因而易于推广。4、本专利技术所述自动式岩石体积变形测量传感器可采用小直径的测量油缸和小量程的位移传感器，因而可以大大提高测量精度。附图说明图I是本专利技术所述自动式岩石体积变形测量传感器的结构示意图；图2是图I的俯视图；图3是图I的A-A剖视图；图4是本专利技术所述自动式岩石体积变形测量传感器中的自动控制器与位移传感器、第一截止阀、第二截止阀之间的连接关系图；图5是三轴压力试验机的三轴压力室的结构示意图。图中，I-活塞杆，2-测量油缸(2-1 :第一腔室、2-2 :第二腔室)，3_活塞，4_位移传感器外壳，5-位移测量杆,6-连接件,7-进油主管,8-出油主管,9-第一输油支管，10-第二输油支管，11-第三输油支管，12-第四输油支管，13-第一截止阀，14-第二截止阀，15-岩石试件顶部加载立柱,16-三轴压力室，17-保护膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动式岩石体积变形测量传感器，其特征在于包括测量油缸（2）、活塞（3）、活塞杆（1）、位移传感器、进油主管（7）、出油主管（8）、第一输油支管（9）、第二输油支管（10）、第三输油支管（11）、第四输油支管（12）、第一截止阀（13）、第二截止阀（14）和自动控制器；活塞（3）位于测量油缸（2）内，将测量油缸分为第一腔室（2？1）和第二腔室（2？2），第一截止阀（13）安装在进油主管（7）上，第二截止阀（14）安装在出油主管（8）上，第一输油支管（9）的一端与第一截止阀（13）连接，其另一端与测量油缸的第一腔室（2？1）连接，第二输油支管（10）的一端与第二截止阀（14）连接，其另一端与测量油缸的第二腔室（2？2）连接，第三输油支管（11）的一端与第一截止阀（13）连接，其另一端与出油主管（8）连接，且连接处位于第二截止阀（14）与出油主管的端口之间，第四输油支管（12）的一端与第二截止阀（14）连接，其另一端与进油主管（7）连接，且连接处位于第一截止阀（13）与进油主管的端口之间；活塞杆（1）为两根，两活塞杆的一端分别与活塞两端面的中心部位固连，且它们的中心线与活塞的中心线重合，两活塞杆的另一端分别从测量油缸两端的端盖伸出；位移传感器安装在测量油缸的外侧壁上，其位移测量杆（5）的自由端通过连接件（6）与位于出油主管（8）一侧的活塞杆连接；自动控制器的信号输入接口与位移传感器的信号输出接口连接，其信号输出接口与第一截止阀（13）和第二截止阀（14）连接，根据来自位移传感器的信号控制第一截止阀（13）和第二截止阀（14）所处的状态。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建锋，谢和平，徐进，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：