专利名称：一种便携式土壤导热系数测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于热传导和自动测量技术领域，涉及一种便携式土壤导热系数测量 仪。
背景技术：
地热资源作为清洁能源，有着巨大的发展潜力，它比传统的空气热交换效率高，温 度恒定，无污染，可循环。但是地热资源的前期投入很大，其中地热井的建设占用了很大部 分，而如何合理地建设地热井，使其能够提供充足但不冗余的能量，成为高效利用地热资源 的关键。地热井的建设，需要对建设地点的大地热传导数据进行准确的测量。现有工程中 通常使用现场测试法，这就要求必须将测试仪器运输到测试现场。现有大型测量仪虽然能 够较为准确的测量出地热导热系数，但在运输上十分不便，且运输时需要特种车辆运输成 本高。随着地热工程的不断增多，为测量人员装备小型化、甚至便携化的测量仪成为迫切需 要解决的问题。
发明内容本实用新型的目的在于，针对现有土壤导热系数测量仪体积大不便运输，且缺乏 远程监控能力的缺陷，提供一种携带方便、测量准确且可以通过远程传输进行数据采集的 土壤导热系数测量仪。本实用新型提供的技术方案是，一种便携式土壤导热系数测量仪，其特征在于，所 述测量仪包括安置在便携箱内的水管、加热器、循环水泵、流量计、温度传感器、补水箱以及 数据采集和控制�？椋凰霰阈浒ㄖ飨涮搴透ㄏ涮澹ㄏ涮迳柚糜杏胨芰拥慕� 口和出水口；所述水管、加热器、循环水泵、流量计、温度传感器和补水箱放置在所述主箱体 内；所述进水口接过滤器；所述水管的进水口处和出水口处分别设置有第一温度传感器和第二温度传感器， 并且水管中间设置循环水泵和流量计；所述循环水泵设有与其并行的旁通阀；所述循环水泵和第一温度传感器之间设置补水箱，补水箱出口处设置补水阀，补 水阀与水管连接；所述循环水泵和第二温度传感器之间设置加热器；所述加热器和第二温度传感器 之间设置流量计；所述数据采集和控制模块放置在所述辅箱体内，并与第一温度传感器、第二温度 传感器、流量计、循环水泵和加热器相连。所述水管的进水口处和出水口处分别设置第一压力传感器和第二压力传感器；所述第一压力传感器位于第一温度传感器与补水箱之间，所述第二压力传感器位于第二温度 传感器与流量计之间；第一压力传感器和第二压力传感器还分别与数据采集和控制模块相 连。所述旁通阀旁还设置有第三压力传感器，第三压力传感器还与数据采集和控制模 块相连。所述加热器大于1个或者等于1个；当所述加热器大于1个时，各加热器采用串联 的方式连接。所述数据采集和控制模块与远程监控系统相连。所述的流量计为电子流量计。所述的进水口和出水口采用可与外部水管连接的快装接头。所述便携箱包括主箱体，主箱体采用表面有两道突出的棱的Pelican安全箱，箱 盖内部四周凹槽内嵌有0型密封圈，箱盖的锁扣采用双开锁扣，同时箱体上设有压力平衡阀。所述主体箱设有拉杆和轮子。本实用新型的效果在于，通过提供结构紧凑、体积小、便于在不同的地热工程工地 间运输，且可以远程采集测量数据的便携式土壤导热系数测量仪，使得户外现场测试土壤 导热系数更加方便，成本更低。
图1是本实用新型提供的便携箱结构示意图；图2是本实用新型实施例1提供的便携式土壤导热系数测量仪结构示意图；图3是本实用新型实施例2提供的便携式土壤导热系数测量仪结构示意图；图4是便携式土壤导热系数测量仪的数据采集和控制�？橥ㄐ攀疽馔迹煌�5是便携式土壤导热系数测量仪测量土壤导热系数连接示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性 的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。图1是本实用新型提供的便携箱结构示意图。图1中，本实用新型采用的便携式土 壤导热系数测量仪采用两个结合为一体的便携箱作为测量仪的外壳。两个便携箱分为主箱 体1和辅箱体2。主箱体1采用Pelican安全箱，Pelican安全箱表面设有两道突出的棱， 使测量仪放置在主箱体后更加稳固。箱盖内部四周凹槽内嵌有0型密封圈，在仪器被闭合 时，会与四周的凸槽密合，从而防止水气或粉尘的进入。这样设计既能保证主箱体1内测量 仪的安全，又能保证主箱体1内测量仪的干燥。主箱体1箱盖的锁扣采用双开锁扣，易于清 理混入锁扣的沙子或泥土，从而不会阻止锁扣的闭合，保证测量仪的密封性。同时，主箱体1 的正前方有一个黑色钮扣型压力平衡阀3。此压力平衡阀3采用防水透气膜，气体分子可以 自由的通过隔膜，而水分子却无法进入。当主箱体1内外气压不等的时候，气体分子可以自 由移动补偿压差，从而使测量仪在任何条件下都可以轻松的被打开，同时保持测量仪干燥。 主箱体1带有拉杆，下面有轮子，用单手即可拖动箱子。[0029]在主箱体1的箱盖设置一个与原箱盖连为一体的小Pelican安全箱作为辅箱体2， 辅箱体2也与主箱体1一样具有密封设置。将进水口和出水口放置在辅箱体2内，并且进 水口和出水口处设有专门的舱口，舱口上设有密封舱盖。进水口和出水口采用快装接头，可便捷地与外部水管连接。辅箱体还用于放置数据采集和控制�？�。实施例1图2是本实用新型提供的便携式土壤导热系数测量仪结构示意图。如图2所示， 在进水口 5和出水口 17之间，安装便携式土壤导热系数测量仪。便携式土壤导热系数测量 仪从进水口 5到出水口 17之间包括水管4、过滤器6、第一温度传感器7、补水箱9、补水阀 8、循环水泵11、旁通阀10、加热器12、13、14、流量计15和第二温度传感器16。在进水口 5 处和出水口 17处分别设置第一温度传感器7和第二温度传感器16。在进水口 5处和第一 温度传感器7之间，设置过滤器6，用于过滤水中的杂质。在第一温度传感器7和第二温度 传感器16之间，设置循环水泵11和加热器12、13、14，其中循环水泵11设置在靠近第一温 度传感器7的一侧，而加热器12、13、14设置在靠近第二温度传感器16的一侧。循环水泵 11设有与其并行的旁通阀10 ；循环水泵11与第一温度传感器7之间设置补水箱9，补水箱 9出口处设置补水阀8，补水阀8与水管4连接。加热器12、13、14与第二温度传感器16之 间，设置流量计15。第一温度传感器7，用于测量进水口处的水温。第二温度传感器16，用于测量出水口处的水温。补水箱9，用于向水管4内填充水分；并在便携式土壤导热系数测量仪测量土壤导 热系数过程中，根据水管内水分的缺失状况，随时补充水分。补水阀8，用于控制补水箱9向水管4内补充水分。当水管内需要补充水分时，补 水阀8开启，当水管内不需要补充水分时，补水阀8关闭。循环水泵11，用于使水管4内的水循环流动。旁通阀10，用于分流水管4内水的流量。当流量计15测量的水的流量数据大于设 定的值时，旁通阀10开启，分流水管4中的流量；当流量计15测量的水的流量数据小于等 于设定的值时，旁通阀10关闭。加热器12、13、14，用于对出水口 5处的水进行加热。加热器的个数，根据试验需 要确定，可以为1个，也可以多于1个。为了快速准确获得测量结果，加热器的个数一般多 余1个，这样在单位时间内可以向对出水口 5处的水提供更多的热量。当加热器的个数一 般多余1个时，各个加热器采用串联的方式连接。实施例2图3是本实用新型实施例2提供的便携式土壤导热系数测量仪结构示意图。如图 3所示，本实用新型提供的便携式土壤导热系数测量仪除包括实施例1所述的器件外，还包 括第一压力传感器18、第二压力传感器19和第三压力传感器20。其中，第一压力传感器18 设置在第一温度传感器7与补水箱9之间，并靠近进水口 5处；第二压力传感器19设置在 第二温度传感器16与流量计15之间，并靠近出水口 17处；第三压力传感器20设置在旁通 阀10的旁边。第一压力传感器18，用于测量进水口 5处的压力。第二压力传感器19，用于测量进水口 17处的压力。[0043]第三压力传感器20，用于测量进水口旁通阀附近的水的压力。图4是便携式土壤导热系数测量仪的数据采集和控制�？橥ㄐ攀疽馔�。图4中， 数据采集和控制�？椴捎梦髅抛庸镜腜LC-226芯片。第一温度传感器7、第二温度传感 器16、流量计15、第一压力传感器18、第二压力传感器19、第三压力传感器20、循环水泵11 和加热器12、13、14分别与数据采集和控制�？橄嗔�。数据采集和控制�？椴杉谝晃露� 传感器7、第二温度传感器16、流量计15、第一压力传感器18、第二压力传感器19和第三压 力传感器20的信号，并将信号进行处理，包括数模转换、编码和打包后，通过远程传输的方 式传送给远程监控系统。流量计15可以采用电子流量计，当采用电子流量计时，因为测得 的结果已经是数字信号，因此在发送到数据采集和控制�？楹螅髁啃藕挪挥迷俳惺� 转换。远程监控系统收到上述器件测量的数据后，经过拆包和解码，对测量数据进行分析， 并通过远程传输的方式控制循环水泵和加热器的启停以及调节加热器的功率。远程传输 的方式包括无线传输方式和有线传输方式。无线传输方式可以采用3G、GSM、CDMA、GPRS或 Wi-Fi0有线传输方式包括以太网、光纤、电话线。以上管路和器件按图2或图3所示连接起来，固定在便携箱体里。连接时调整水 管长度和器件角度，充分利用空间，并保证密封性。图5是便携式土壤导热系数测量仪测量 土壤导热系数连接示意图。图5中，将便携式土壤导热系数测量仪的进、出水口与U型地埋 管17两端连接。通过补水箱9，将循环管道充满水，并保持补水箱内留有一定量的水以备 测试过程中补充。接着只开启循环水泵11，调节合适的流量，循环约3 4小时，直到进水 口和出水口的水温基本相同。之后开启加热器，按已设定功率恒功率循环加热。循环至少 50小时，间隔一定时间记录下 进出口液体温度，加热功率，流量等数据，并根据数据测量土 壤的导热系数。本实用新型提供的便携式土壤导热系数测量仪，结构紧凑、体积小、便于在不同的 地热工程工地间运输，且可以远程采集测量数据，为现场测试土壤导热系数的推广提供了 方便。以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不 局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到 的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该 以权利要求的保护范围为准。
权利要求一种便携式土壤导热系数测量仪，其特征在于，所述测量仪包括安置在便携箱内的水管、加热器、循环水泵、流量计、温度传感器、补水箱以及数据采集和控制�？椋凰霰阈浒ㄖ飨涮搴透ㄏ涮澹ㄏ涮迳柚糜杏胨芰拥慕诤统鏊冢凰鏊�、加热器、循环水泵、流量计、温度传感器和补水箱放置在所述主箱体内；所述进水口接过滤器；所述水管的进水口处和出水口处分别设置有第一温度传感器和第二温度传感器，并且水管中间设置循环水泵和流量计；所述循环水泵设有与其并行的旁通阀；所述循环水泵和第一温度传感器之间设置补水箱，补水箱出口处设置补水阀，补水阀与水管连接；所述循环水泵和第二温度传感器之间设置加热器；所述加热器和第二温度传感器之间设置流量计；所述数据采集和控制模块放置在所述辅箱体内，并与第一温度传感器、第二温度传感器、流量计、循环水泵和加热器相连。
2.根据权利要求1所述的一种便携式土壤导热系数测量仪，其特征在于，所述水管的 进水口处和出水口处分别设置第一压力传感器和第二压力传感器；所述第一压力传感器 位于第一温度传感器与补水箱之间，所述第二压力传感器位于第二温度传感器与流量计之 间；第一压力传感器和第二压力传感器还分别与数据采集和控制�？橄嗔�。
3.根据权利要求2所述的一种便携式土壤导热系数测量仪，其特征在于，所述旁通阀 旁还设置有第三压力传感器，第三压力传感器还与数据采集和控制�？橄嗔�。
4.根据权利要求1所述的一种便携式土壤导热系数测量仪，其特征在于，所述加热器 大于1个或者等于1个；当所述加热器大于1个时，各加热器采用串联的方式连接。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种便携式土壤导热系数测量仪，其特征在于，所述数 据采集和控制�？橛朐冻碳嗫叵低诚嗔�。
6.根据权利要求1、2或3所述的一种便携式土壤导热系数测量仪，其特征在于，所述的 流量计为电子流量计。
7.根据权利要求1、2或3所述的一种便携式土壤导热系数测量仪，其特征在于，所述的 进水口和出水口采用可与外部水管连接的快装接头。
8.根据权利要求1所述的一种便携式土壤导热系数测量仪，其特征在于，所述主箱体 采用表面有两道突出的棱的Pelican安全箱，箱盖内部四周凹槽内嵌有O型密封圈，箱盖的 锁扣采用双开锁扣，同时箱体上设有压力平衡阀。
9.根据权利要求1、2或3所述的一种便携式土壤导热系数测量仪，其特征在于，所述主 体箱设有拉杆和轮子。
专利摘要本实用新型公开了热传导和自动测量技术领域中的一种便携式土壤导热系数测量仪。包括安置在便携箱内的水管、加热器、循环水泵、流量计、温度传感器、补水箱以及数据采集和控制模块；便携箱设置有与水管连接的进水口和出水口；进水口接过滤器；水管的进水口处和出水口处分别设置有第一温度传感器和第二温度传感器，并且水管中间设置循环水泵和流量计；循环水泵设有与其并行的旁通阀；循环水泵和第一温度传感器之间设置补水箱，补水箱出口处设置补水阀，补水阀与水管连接；循环水泵和第二温度传感器之间设置加热器；加热器和第二温度传感器之间设置流量计。本实用新型使得户外现场测试土壤导热系数更加方便且成本更低。
文档编号G01N25/20GK201594081SQ20092035069
公开日2010年9月29日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者丁良士, 周超, 姜睿, 张勇, 戴九霄, 许东来, 魏俊辉 申请人:北京工业大学;北京枫叶能源科技有限公司;南京枫叶能源技术有限公司
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