针对此间题,进行了深入的研究,开发出了具有自主知识产权的便携式岩土热物性测试仪,并应用到实际工程中。

1测试仪的原理及构成

地下岩土的导热系数等无法直接测量,只能通过测量温度、热流等相关参数进行反推。在已钻好的钻孔中埋设导管并按设计要求回填,该钻孔中的导管将来可以作为地热换热器的一个支路使用,回路中充满水,让水在回路中循环流动,自某一时刻起对水连续加热相当长的时间(数天),并测量加热功率、回路中水的流量和水的温度及其所对应的时间,最后再根据已知的数据推算出钻孔周围岩土的平均热物性参数。

本仪器由流量传感器、电流传感器、电压传感器、温度传感器、泵、电加热器;管道和主机等缓威.结构面匡如图1所示。

便携式岩土热物性测试仪的设计方案与应用分析

图1中,由于泵的作用,流体由A口进入,流量传感器采集流量信号,温度传感器采集温度信号(T1)。流体通过泵后,由电加热器加热,加热的流体温度信号(T2)由传感器采集,然后流体从B口流出,输入到埋置于深层岩土中的导管内,导管内加热的流体与深层岩上进行热交换后,又从A口返回到仪器内,形成封闭的循环。将在一定时间内连续采集到的加热功率、温度差、流量值作为测量数据,再利用参数估算法求出岩土的平均导热系数,达到检测目的。电流传感器、电压传感器用于对加热器的加热功率进行实时测量,以保证检测精度。

1.1主机硬件

如图2所示,主机由CPU AT89C52芯片、A/D转换芯片TLC2543、串行通讯芯片MAX232、程序存储器27C128、数据存储器AT24C64、键盘、LCD显示器、开关量输出、打印机、电源等构成。各部分的主要功能叙述如下: