專利名稱：一種便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于熱傳導(dǎo)和自動測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量 儀。
背景技術(shù)：
地?zé)豳Y源作為清潔能源，有著巨大的發(fā)展?jié)摿?，它比傳統(tǒng)的空氣熱交換效率高，溫 度恒定，無污染，可循環(huán)。但是地?zé)豳Y源的前期投入很大，其中地?zé)峋慕ㄔO(shè)占用了很大部 分，而如何合理地建設(shè)地?zé)峋蛊淠軌蛱峁┏渥愕蝗哂嗟哪芰?，成為高效利用地?zé)豳Y源 的關(guān)鍵。地?zé)峋慕ㄔO(shè)，需要對建設(shè)地點(diǎn)的大地?zé)醾鲗?dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的測量?，F(xiàn)有工程中 通常使用現(xiàn)場測試法，這就要求必須將測試儀器運(yùn)輸?shù)綔y試現(xiàn)場?，F(xiàn)有大型測量儀雖然能 夠較為準(zhǔn)確的測量出地?zé)釋?dǎo)熱系數(shù)，但在運(yùn)輸上十分不便，且運(yùn)輸時需要特種車輛運(yùn)輸成 本高。隨著地?zé)峁こ痰牟粩嘣龆?，為測量人員裝備小型化、甚至便攜化的測量儀成為迫切需 要解決的問題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，針對現(xiàn)有土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀體積大不便運(yùn)輸，且缺乏 遠(yuǎn)程監(jiān)控能力的缺陷，提供一種攜帶方便、測量準(zhǔn)確且可以通過遠(yuǎn)程傳輸進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的 土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀。本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案是，一種便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀，其特征在于，所 述測量儀包括安置在便攜箱內(nèi)的水管、加熱器、循環(huán)水泵、流量計(jì)、溫度傳感器、補(bǔ)水箱以及 數(shù)據(jù)采集和控制模塊；所述便攜箱包括主箱體和輔箱體，輔箱體設(shè)置有與水管連接的進(jìn)水 口和出水口；所述水管、加熱器、循環(huán)水泵、流量計(jì)、溫度傳感器和補(bǔ)水箱放置在所述主箱體 內(nèi)；所述進(jìn)水口接過濾器；所述水管的進(jìn)水口處和出水口處分別設(shè)置有第一溫度傳感器和第二溫度傳感器， 并且水管中間設(shè)置循環(huán)水泵和流量計(jì)；所述循環(huán)水泵設(shè)有與其并行的旁通閥；所述循環(huán)水泵和第一溫度傳感器之間設(shè)置補(bǔ)水箱，補(bǔ)水箱出口處設(shè)置補(bǔ)水閥，補(bǔ) 水閥與水管連接；所述循環(huán)水泵和第二溫度傳感器之間設(shè)置加熱器；所述加熱器和第二溫度傳感器 之間設(shè)置流量計(jì)；所述數(shù)據(jù)采集和控制模塊放置在所述輔箱體內(nèi)，并與第一溫度傳感器、第二溫度 傳感器、流量計(jì)、循環(huán)水泵和加熱器相連。所述水管的進(jìn)水口處和出水口處分別設(shè)置第一壓力傳感器和第二壓力傳感器；所述第一壓力傳感器位于第一溫度傳感器與補(bǔ)水箱之間，所述第二壓力傳感器位于第二溫度 傳感器與流量計(jì)之間；第一壓力傳感器和第二壓力傳感器還分別與數(shù)據(jù)采集和控制模塊相 連。所述旁通閥旁還設(shè)置有第三壓力傳感器，第三壓力傳感器還與數(shù)據(jù)采集和控制模 塊相連。所述加熱器大于1個或者等于1個；當(dāng)所述加熱器大于1個時，各加熱器采用串聯(lián) 的方式連接。所述數(shù)據(jù)采集和控制模塊與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)相連。所述的流量計(jì)為電子流量計(jì)。所述的進(jìn)水口和出水口采用可與外部水管連接的快裝接頭。所述便攜箱包括主箱體，主箱體采用表面有兩道突出的棱的Pelican安全箱，箱 蓋內(nèi)部四周凹槽內(nèi)嵌有0型密封圈，箱蓋的鎖扣采用雙開鎖扣，同時箱體上設(shè)有壓力平衡閥。所述主體箱設(shè)有拉桿和輪子。本實(shí)用新型的效果在于，通過提供結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、便于在不同的地?zé)峁こ坦さ?間運(yùn)輸，且可以遠(yuǎn)程采集測量數(shù)據(jù)的便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀，使得戶外現(xiàn)場測試土壤 導(dǎo)熱系數(shù)更加方便，成本更低。

圖1是本實(shí)用新型提供的便攜箱結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例1提供的便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例2提供的便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀的數(shù)據(jù)采集和控制模塊通信示意圖；圖5是便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀測量土壤導(dǎo)熱系數(shù)連接示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，對優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性 的，而不是為了限制本實(shí)用新型的范圍及其應(yīng)用。圖1是本實(shí)用新型提供的便攜箱結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中，本實(shí)用新型采用的便攜式土 壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀采用兩個結(jié)合為一體的便攜箱作為測量儀的外殼。兩個便攜箱分為主箱 體1和輔箱體2。主箱體1采用Pelican安全箱，Pelican安全箱表面設(shè)有兩道突出的棱， 使測量儀放置在主箱體后更加穩(wěn)固。箱蓋內(nèi)部四周凹槽內(nèi)嵌有0型密封圈，在儀器被閉合 時，會與四周的凸槽密合，從而防止水氣或粉塵的進(jìn)入。這樣設(shè)計(jì)既能保證主箱體1內(nèi)測量 儀的安全，又能保證主箱體1內(nèi)測量儀的干燥。主箱體1箱蓋的鎖扣采用雙開鎖扣，易于清 理混入鎖扣的沙子或泥土，從而不會阻止鎖扣的閉合，保證測量儀的密封性。同時，主箱體1 的正前方有一個黑色鈕扣型壓力平衡閥3。此壓力平衡閥3采用防水透氣膜，氣體分子可以 自由的通過隔膜，而水分子卻無法進(jìn)入。當(dāng)主箱體1內(nèi)外氣壓不等的時候，氣體分子可以自 由移動補(bǔ)償壓差，從而使測量儀在任何條件下都可以輕松的被打開，同時保持測量儀干燥。 主箱體1帶有拉桿，下面有輪子，用單手即可拖動箱子。[0029]在主箱體1的箱蓋設(shè)置一個與原箱蓋連為一體的小Pelican安全箱作為輔箱體2， 輔箱體2也與主箱體1一樣具有密封設(shè)置。將進(jìn)水口和出水口放置在輔箱體2內(nèi)，并且進(jìn) 水口和出水口處設(shè)有專門的艙口，艙口上設(shè)有密封艙蓋。進(jìn)水口和出水口采用快裝接頭，可便捷地與外部水管連接。輔箱體還用于放置數(shù)據(jù)采集和控制模塊。實(shí)施例1圖2是本實(shí)用新型提供的便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示， 在進(jìn)水口 5和出水口 17之間，安裝便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀。便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量 儀從進(jìn)水口 5到出水口 17之間包括水管4、過濾器6、第一溫度傳感器7、補(bǔ)水箱9、補(bǔ)水閥 8、循環(huán)水泵11、旁通閥10、加熱器12、13、14、流量計(jì)15和第二溫度傳感器16。在進(jìn)水口 5 處和出水口 17處分別設(shè)置第一溫度傳感器7和第二溫度傳感器16。在進(jìn)水口 5處和第一 溫度傳感器7之間，設(shè)置過濾器6，用于過濾水中的雜質(zhì)。在第一溫度傳感器7和第二溫度 傳感器16之間，設(shè)置循環(huán)水泵11和加熱器12、13、14，其中循環(huán)水泵11設(shè)置在靠近第一溫 度傳感器7的一側(cè)，而加熱器12、13、14設(shè)置在靠近第二溫度傳感器16的一側(cè)。循環(huán)水泵 11設(shè)有與其并行的旁通閥10 ；循環(huán)水泵11與第一溫度傳感器7之間設(shè)置補(bǔ)水箱9，補(bǔ)水箱 9出口處設(shè)置補(bǔ)水閥8，補(bǔ)水閥8與水管4連接。加熱器12、13、14與第二溫度傳感器16之 間，設(shè)置流量計(jì)15。第一溫度傳感器7，用于測量進(jìn)水口處的水溫。第二溫度傳感器16，用于測量出水口處的水溫。補(bǔ)水箱9，用于向水管4內(nèi)填充水分；并在便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀測量土壤導(dǎo) 熱系數(shù)過程中，根據(jù)水管內(nèi)水分的缺失狀況，隨時補(bǔ)充水分。補(bǔ)水閥8，用于控制補(bǔ)水箱9向水管4內(nèi)補(bǔ)充水分。當(dāng)水管內(nèi)需要補(bǔ)充水分時，補(bǔ) 水閥8開啟，當(dāng)水管內(nèi)不需要補(bǔ)充水分時，補(bǔ)水閥8關(guān)閉。循環(huán)水泵11，用于使水管4內(nèi)的水循環(huán)流動。旁通閥10，用于分流水管4內(nèi)水的流量。當(dāng)流量計(jì)15測量的水的流量數(shù)據(jù)大于設(shè) 定的值時，旁通閥10開啟，分流水管4中的流量；當(dāng)流量計(jì)15測量的水的流量數(shù)據(jù)小于等 于設(shè)定的值時，旁通閥10關(guān)閉。加熱器12、13、14，用于對出水口 5處的水進(jìn)行加熱。加熱器的個數(shù)，根據(jù)試驗(yàn)需 要確定，可以為1個，也可以多于1個。為了快速準(zhǔn)確獲得測量結(jié)果，加熱器的個數(shù)一般多 余1個，這樣在單位時間內(nèi)可以向?qū)Τ鏊?5處的水提供更多的熱量。當(dāng)加熱器的個數(shù)一 般多余1個時，各個加熱器采用串聯(lián)的方式連接。實(shí)施例2圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例2提供的便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀結(jié)構(gòu)示意圖。如圖 3所示，本實(shí)用新型提供的便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀除包括實(shí)施例1所述的器件外，還包 括第一壓力傳感器18、第二壓力傳感器19和第三壓力傳感器20。其中，第一壓力傳感器18 設(shè)置在第一溫度傳感器7與補(bǔ)水箱9之間，并靠近進(jìn)水口 5處；第二壓力傳感器19設(shè)置在 第二溫度傳感器16與流量計(jì)15之間，并靠近出水口 17處；第三壓力傳感器20設(shè)置在旁通 閥10的旁邊。第一壓力傳感器18，用于測量進(jìn)水口 5處的壓力。第二壓力傳感器19，用于測量進(jìn)水口 17處的壓力。[0043]第三壓力傳感器20，用于測量進(jìn)水口旁通閥附近的水的壓力。圖4是便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀的數(shù)據(jù)采集和控制模塊通信示意圖。圖4中， 數(shù)據(jù)采集和控制模塊采用西門子公司的PLC-226芯片。第一溫度傳感器7、第二溫度傳感 器16、流量計(jì)15、第一壓力傳感器18、第二壓力傳感器19、第三壓力傳感器20、循環(huán)水泵11 和加熱器12、13、14分別與數(shù)據(jù)采集和控制模塊相連。數(shù)據(jù)采集和控制模塊采集第一溫度 傳感器7、第二溫度傳感器16、流量計(jì)15、第一壓力傳感器18、第二壓力傳感器19和第三壓 力傳感器20的信號，并將信號進(jìn)行處理，包括數(shù)模轉(zhuǎn)換、編碼和打包后，通過遠(yuǎn)程傳輸?shù)姆?式傳送給遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。流量計(jì)15可以采用電子流量計(jì)，當(dāng)采用電子流量計(jì)時，因?yàn)闇y得 的結(jié)果已經(jīng)是數(shù)字信號，因此在發(fā)送到數(shù)據(jù)采集和控制模塊后，流量信號不用再進(jìn)行數(shù)模 轉(zhuǎn)換。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)收到上述器件測量的數(shù)據(jù)后，經(jīng)過拆包和解碼，對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析， 并通過遠(yuǎn)程傳輸?shù)姆绞娇刂蒲h(huán)水泵和加熱器的啟停以及調(diào)節(jié)加熱器的功率。遠(yuǎn)程傳輸 的方式包括無線傳輸方式和有線傳輸方式。無線傳輸方式可以采用3G、GSM、CDMA、GPRS或 Wi-Fi0有線傳輸方式包括以太網(wǎng)、光纖、電話線。以上管路和器件按圖2或圖3所示連接起來，固定在便攜箱體里。連接時調(diào)整水 管長度和器件角度，充分利用空間，并保證密封性。圖5是便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀測量 土壤導(dǎo)熱系數(shù)連接示意圖。圖5中，將便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀的進(jìn)、出水口與U型地埋 管17兩端連接。通過補(bǔ)水箱9，將循環(huán)管道充滿水，并保持補(bǔ)水箱內(nèi)留有一定量的水以備 測試過程中補(bǔ)充。接著只開啟循環(huán)水泵11，調(diào)節(jié)合適的流量，循環(huán)約3 4小時，直到進(jìn)水 口和出水口的水溫基本相同。之后開啟加熱器，按已設(shè)定功率恒功率循環(huán)加熱。循環(huán)至少 50小時，間隔一定時間記錄下 進(jìn)出口液體溫度，加熱功率，流量等數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)測量土 壤的導(dǎo)熱系數(shù)。本實(shí)用新型提供的便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀，結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、便于在不同的 地?zé)峁こ坦さ亻g運(yùn)輸，且可以遠(yuǎn)程采集測量數(shù)據(jù)，為現(xiàn)場測試土壤導(dǎo)熱系數(shù)的推廣提供了 方便。以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不 局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到 的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該 以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求一種便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀，其特征在于，所述測量儀包括安置在便攜箱內(nèi)的水管、加熱器、循環(huán)水泵、流量計(jì)、溫度傳感器、補(bǔ)水箱以及數(shù)據(jù)采集和控制模塊；所述便攜箱包括主箱體和輔箱體，輔箱體設(shè)置有與水管連接的進(jìn)水口和出水口；所述水管、加熱器、循環(huán)水泵、流量計(jì)、溫度傳感器和補(bǔ)水箱放置在所述主箱體內(nèi)；所述進(jìn)水口接過濾器；所述水管的進(jìn)水口處和出水口處分別設(shè)置有第一溫度傳感器和第二溫度傳感器，并且水管中間設(shè)置循環(huán)水泵和流量計(jì)；所述循環(huán)水泵設(shè)有與其并行的旁通閥；所述循環(huán)水泵和第一溫度傳感器之間設(shè)置補(bǔ)水箱，補(bǔ)水箱出口處設(shè)置補(bǔ)水閥，補(bǔ)水閥與水管連接；所述循環(huán)水泵和第二溫度傳感器之間設(shè)置加熱器；所述加熱器和第二溫度傳感器之間設(shè)置流量計(jì)；所述數(shù)據(jù)采集和控制模塊放置在所述輔箱體內(nèi)，并與第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、流量計(jì)、循環(huán)水泵和加熱器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀，其特征在于，所述水管的 進(jìn)水口處和出水口處分別設(shè)置第一壓力傳感器和第二壓力傳感器；所述第一壓力傳感器 位于第一溫度傳感器與補(bǔ)水箱之間，所述第二壓力傳感器位于第二溫度傳感器與流量計(jì)之 間；第一壓力傳感器和第二壓力傳感器還分別與數(shù)據(jù)采集和控制模塊相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀，其特征在于，所述旁通閥 旁還設(shè)置有第三壓力傳感器，第三壓力傳感器還與數(shù)據(jù)采集和控制模塊相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀，其特征在于，所述加熱器 大于1個或者等于1個；當(dāng)所述加熱器大于1個時，各加熱器采用串聯(lián)的方式連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀，其特征在于，所述數(shù) 據(jù)采集和控制模塊與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀，其特征在于，所述的 流量計(jì)為電子流量計(jì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀，其特征在于，所述的 進(jìn)水口和出水口采用可與外部水管連接的快裝接頭。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀，其特征在于，所述主箱體 采用表面有兩道突出的棱的Pelican安全箱，箱蓋內(nèi)部四周凹槽內(nèi)嵌有O型密封圈，箱蓋的 鎖扣采用雙開鎖扣，同時箱體上設(shè)有壓力平衡閥。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀，其特征在于，所述主 體箱設(shè)有拉桿和輪子。
專利摘要本實(shí)用新型公開了熱傳導(dǎo)和自動測量技術(shù)領(lǐng)域中的一種便攜式土壤導(dǎo)熱系數(shù)測量儀。包括安置在便攜箱內(nèi)的水管、加熱器、循環(huán)水泵、流量計(jì)、溫度傳感器、補(bǔ)水箱以及數(shù)據(jù)采集和控制模塊；便攜箱設(shè)置有與水管連接的進(jìn)水口和出水口；進(jìn)水口接過濾器；水管的進(jìn)水口處和出水口處分別設(shè)置有第一溫度傳感器和第二溫度傳感器，并且水管中間設(shè)置循環(huán)水泵和流量計(jì)；循環(huán)水泵設(shè)有與其并行的旁通閥；循環(huán)水泵和第一溫度傳感器之間設(shè)置補(bǔ)水箱，補(bǔ)水箱出口處設(shè)置補(bǔ)水閥，補(bǔ)水閥與水管連接；循環(huán)水泵和第二溫度傳感器之間設(shè)置加熱器；加熱器和第二溫度傳感器之間設(shè)置流量計(jì)。本實(shí)用新型使得戶外現(xiàn)場測試土壤導(dǎo)熱系數(shù)更加方便且成本更低。
文檔編號G01N25/20GK201594081SQ20092035069
公開日2010年9月29日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者丁良士, 周超, 姜睿, 張勇, 戴九霄, 許東來, 魏俊輝 申請人:北京工業(yè)大學(xué);北京楓葉能源科技有限公司;南京楓葉能源技術(shù)有限公司