[发明专利]一种电容法测量湿型粘土砂含水量的圆柱形制样装置及测量湿型粘土砂含水量的方法

权利要求书

1.一种电容法测量湿型粘土砂含水量的圆柱形制样装置，其特征在于：它包括主样筒(1)、次样筒(2)、辅助样筒(3)、两个半圆环形激励电极(4)、圆环形隔离电极(5)、隔离电极接地线(6)和两根激励电极屏蔽线(4-1)；

次样筒(2)位于主样筒(1)的正上方，辅助样筒(3)套在主样筒(1)和次样筒(2)的外侧，且主样筒(1)、次样筒(2)和辅助样筒(3)同轴；

主样筒(1)的内壁上镶嵌有同型号的两个半圆环形激励电极(4)，且两个半圆环形激励电极(4)之间存在间隙；该两个半圆环形激励电极(4)分别与两根激励电极屏蔽线(4-1)电连接；

主样筒(1)的外壁上覆盖有圆环形隔离电极(5)，该圆环形隔离电极(5)与隔离电极接地线(6)电连接；

次样筒(2)内径与内壁上嵌有激励电极(4)的主样筒(1)的内径Φin相同；

次样筒(2)的外径Φout与圆环形隔离电极(5)的外径相同。

2.根据权利要求1所述的一种电容法测量湿型粘土砂含水量的圆柱形制样装置，其特征在于：次样筒(2)的内径为50mm。

3.根据权利要求1所述的一种电容法测量湿型粘土砂含水量的圆柱形制样装置，其特征在于：次样筒(2)与辅助样筒(3)之间的间隙为0.5mm。

4.根据权利要求1所述的一种电容法测量湿型粘土砂含水量的圆柱形制样装置，其特征在于：主样筒(1)的轴向高度为50mm。

5.根据权利要求1所述的一种电容法测量湿型粘土砂含水量的圆柱形制样装置，其特征在于：次样筒(2)的轴向高度为60mm。

6.根据权利要求1所述的一种电容法测量湿型粘土砂含水量的圆柱形制样装置，其特征在于：次样筒(2)的外径Φout为70mm。

7.应用权利要求1所述的一种电容法测量湿型粘土砂含水量的圆柱形制样装置的测量湿型粘土砂含水量的方法，其特征在于：

该方法中应用到的并联电阻模型电路包括一号电阻R₀、二号电阻R、开关K和电容C_x；该二号电阻R的一端接地，另一端分别作为并联电阻模型电路的一个输入端、同时与一号电阻R₀的一端和电容C_x的一端连接，一号电阻R₀的另一端与开关K的一端连接，所述开关K的另一端作为并联电阻模型电路的一个输入端、与电容C_x的另一端连接；所述电容法测量湿型粘土砂含水量的方法为：

步骤一、在圆柱形制样装置内装满待测粘土砂，并使用锤击法制得紧实度相同的湿型粘土砂砂样，该砂样的高度与主样筒(1)的高度相等；

步骤二、将主样筒(1)和辅助样筒(3)分离；

步骤三、将两根激励电极屏蔽线(4-1)分别与并联电阻模型电路的两个输入端连接，

此时主样筒(1)内的砂样的电阻采用砂样等效电阻R_x表示；

步骤四、通过两个激励电极屏蔽线(4-1)给两个激励电极(4)施加频率为ω的交流激励电压u_i，并控制开关K断开或者闭合，在断开开关K状态，砂样等效电阻R_x和电容C_x的并联连接，在闭合开关K状态，砂样等效电阻R_x、电容C_x和一号电阻R₀并联；两种状态下，分别测量二号电阻R上的电压降u_o1和u_o2：

uo1=R11/Rx+jωCx+R·uiuo2=R11/Rx+1/R0+jωCx+R·ui,]]>

由u_o1和u_o2可分别求得C_x和R_x，即：

Cx=|uo1|2|ui|2-|uo1|2(1+2RRx)-R2Rx2ωRRx=|uo1|2|ui|2-|uo1|2+R2R02-(1+2R/R0)|uo2|2|ui|2-|uo2|22R(|uo2|2|ui|2-|uo2|2-|uo1|2|ui|2-|u01|2-RR0),]]>

根据上述两个公式求得C_x，再通过已有的湿型粘土砂电容C_x与含水量之间的关系，即可求得湿型粘土砂含水量。