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专利号: 2021107189828
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种测量反向渗吸实验渗吸高度的测试装置,其特征在于,包括铁架台,在铁架台上设置有两端开口的玻璃管,在玻璃管内设置有两根互不相交的无绝缘包裹的电阻导线,分别为电阻导线一和电阻导线二,电阻导线一的一端通过导线一与显示仪表的测试输入第一端相连,电阻导线二的一端通过导线二与显示仪表的测试输入第二端相连,显示仪表的数据端与计算机相连;

玻璃管底部由滤纸包裹,通过橡皮筋固定;在玻璃管中盛装有待检测物,盛水皿放置在玻璃管底部,盛水皿中盛装有能够使电阻导线一和电阻导线二导通的导通液;

还包括液面滴定装置,其液面滴定装置包括设置在盛水皿上端的滴定管和控制滴定管滴定的滴定系统,滴定系统包括设置在盛水皿中的浮标,束缚线的一端设置在浮标底部中心位置上,束缚线的另一端设置在盛水皿的内底部,在浮标顶部设置有连通体;

在盛水皿上端还设置有电极一和电极二,电极一通过连接导线一与控制模块的输入第一端相连,电极二通过连接导线二与控制模块的输入第二端相连;

当其盛水皿中的液面使其浮标托起连通体同时与电极一和电极二接触,控制模块控制滴定管停止向盛水皿中滴定导通液;

当其连通体未同时与电极一和电极二接触,控制模块控制滴定管向盛水皿中滴定导通液;直至连通体同时与电极一和电极二接触为止;

通过液面滴定装置可以使盛水皿中的导通液液面与玻璃管底部齐平。

2.根据权利要求1所述的测量反向渗吸实验渗吸高度的测试装置,其特征在于,控制模块包括在滴定管的滴定部设置有控制向盛水皿中滴定导通液的电磁阀以及用于计量向盛水皿中滴定导通液体积的流量计量阀或/和在滴定管管身上设置有用于读取向盛水皿中滴定导通液体积的刻度线,继电器输入回路的第一端与3.3V电源相连,继电器输入回路的第二端与三极管的集电极相连,三极管的发射极与限流电阻的第一端相连,限流电阻的第二端与电源地相连,三极管的基极与滴定控制器的滴定控制端相连,滴定控制器的检测输入端分别与连接导线一和分压电阻一的第一端相连,分压电阻一的第二端与电源地相连,连接导线二与分压电阻二的第一端相连,分压电阻一的第二端与3.3V电源相连,继电器常开触点串联在电磁阀的电源回路中,流量计量阀的流量数据输出端与滴定控制器的流量数据输入端相连,滴定控制器的流量数据端与计算机相连。

3.根据权利要求1所述的测量反向渗吸实验渗吸高度的测试装置,其特征在于,铁架台包括底座,在底座上设置有竖向升降杆,在竖向升降杆上设置有可上下调节高度的横向升降夹具;玻璃管竖向夹持在横向升降夹具上,其盛水皿设置在底座上。

4.根据权利要求1所述的测量反向渗吸实验渗吸高度的测试装置,其特征在于,显示仪表包括壳体及设置在壳体表面的显示屏,在壳体内设置有用于固定安装PCB电路板的PCB电路板固定安装座,PCB电路板固定安装在PCB电路板固定安装座上,在PCB电路板上设置有用于检测电阻导线间的电压值的电压检测单元和用于检测电阻导线间的电流值的电流检测单元,以及控制器、数据传输单元和电源电压调节单元;

电源电压调节单元的电源输出第一端与限流电阻的第一端相连,限流电阻的第二端与显示仪表的测试输入第一端相连,电源电压调节单元的电源输出第二端与显示仪表的测试输入第二端相连,电源电压调节单元的电压调节端与控制器的电压调节端相连,通过控制器向其电源电压调节单元发送电压调节信号,改变电源电压调节单元输出的电源电压;

电压检测单元的检测回路与电阻导线并联,即电压检测单元的电压检测第一端与显示仪表的测试输入第一端相连,电压检测单元的电压检测第二端与显示仪表的测试输入第二端相连,电压检测单元的电压数据输出端与控制器的电压数据输入端相连;电流检测单元的检测回路串联在电阻导线回路中,电流检测单元的电流数据输出端与控制器的电流数据输入端相连,控制器的数据传输端与数据传输单元的数据传输端相连,控制器的数据显示端与显示屏的数据显示端相连;

在显示屏上展示渗吸高度,其渗吸高度的计算方法包括以下步骤:第一步,控制器控制其电源电压调节单元在检测周期内输出电源电压U1~UT,其中Uj为小于Uj+1的正数;j=1、2、3、……、T‑1;T为大于或者等于2的正整数;

第二步,根据电源电压调节单元输出电源电压为Ui时,i=1、2、3、……、T;计算其电阻导线阻值:其中,T表示电源电压调节单元输出不同电源电压的个数;

表示测量回路中测量的电阻值;

其中,R0表示电阻导线一与电阻导线二间的电阻值;

r表示回路中电阻导线的电阻值;

R0=(1‑φ)ηl,

其中,φ表示误差系数,φ∈(0,0.115];

η表示电阻导线一与电阻导线二间导通液的导通率;

l表示电阻导线一与电阻导线二间的距离;

其中,ε表示电阻导线的电阻率;

L表示在玻璃管中电阻导线的长度,L=L1+L2,L1表示电阻导线一的长度,L2表示电阻导线二的长度;

H表示显示仪表显示的渗吸高度

S表示电阻导线的横截面积;

第三步,求解渗吸高度:

5.根据权利要求1~4之一所述的测量反向渗吸实验渗吸高度的测试装置的测试方法,其特征在于,包括以下步骤:S1,将无绝缘包裹的电阻导线一固定于玻璃管内壁上,无绝缘包裹的电阻导线二放置于玻璃管中心,使其电阻导线一和电阻导线二的一端与玻璃管底部持平,电阻导线一和电阻导线二的另一端分别与导线一和导线二连接后引出玻璃管;

S2,通过橡皮筋将滤纸固定在玻璃管底部,从玻璃管上端上方倒入煤粉,震荡玻璃管使煤粉形成密度均匀的煤粉柱,使用横向升降夹具竖直夹紧玻璃管;

S3,向盛水皿内注入一定量的导通液并将其水平放置于底座上,将顶部设置有小铁块的浮标放置于液面上,调整升降架的位置,使电极一和电极二与小铁块正好相接触,通过连接导线一和连接导线二将浮标开关与控制模块相连,调整滴定管注液口的位置,使其略高于液面;

S4,将玻璃管上端电阻导线一和电阻导线二与显示仪表连接,调整玻璃管高度,使玻璃管底端与液面持平;

渗吸开始,由于毛细现象液体开始进入玻璃管内,导致盛水皿液面下降,此时浮标跟随液面下降,电极一和电极二与铁块分离,滴定管向盛水皿中注入导通液,当液面再次升至原来的高度时,电极一和电极二与铁块相互接触,此时滴定管停止注液;

与此同时,渗吸高度发生改变,通过显示仪表以数字的方式显现渗吸高度,并由计算机实时记录;

S5,将通过滴定管计算出来的渗吸高度与显示仪表计算出来的渗吸高度进行相互验证,以得到更准确的渗吸高度。

6.根据权利要求5所述的测量反向渗吸实验渗吸高度的测试装置的测试方法,其特征在于,在步骤S5中,通过滴定管计算出来的渗吸高度的计算方法为:式中:V总‑滴定的总体积;

V蒸‑蒸发的总体积;

r‑玻璃管半径;

ρ‑煤粉堆积的空隙率;

h‑渗吸高度;

在步骤S5中,显示仪表计算出来的渗吸高度的计算方法为:

其中,L表示在玻璃管中电阻导线的长度,L=L1+L2,L1表示电阻导线一的长度,L2表示电阻导线二的长度;

S表示电阻导线的横截面积;

ε表示电阻导线的电阻率;

T表示电源电压调节单元输出不同电源电压的个数;

表示在电源电压调节单元输出电源电压为Ui时,电压检测单元检测的电压值;

表示在电源电压调节单元输出电源电压为Ui时,电流检测单元检测的电流值;

φ表示误差系数,φ∈(0,0.115];

η表示电阻导线一与电阻导线二间导通液的导通率;

l表示电阻导线一与电阻导线二间的距离;

H表示显示仪表显示的渗吸高度。

7.根据权利要求5所述的测量反向渗吸实验渗吸高度的测试装置的测试方法,其特征在于,在步骤S5中,若|H‑h|<=H0,其中,H表示显示仪表显示的渗吸高度,h‑渗吸高度;| |表示取绝对值;<=表示小于或者等于;H0表示渗吸高度差值阈值;则 h0表示准确的渗吸高度;

若|H‑h|>H0,且H>h,则h0=ξH+ζh‑(H‑h)/2;ξ表示渗吸高度调和第一参数;ζ表示渗吸高度调和第二参数;ξ+ζ=1;

若|H‑h|>H0,且H<h,则h0=ξH+ζh‑(h‑H)/2。