[发明专利]一种自动化干湿冻融循环试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种自动化干湿冻融循环试验装置，其特征在于：包括操作台、控制模块、蒸发模块、喷淋模块、称量模块、制冷模块、机械手操作模块；蒸发模块、喷淋模块、称量模块、制冷模块、机械手操作模块设置在操作台面上；蒸发模块用于对样品加热蒸发，通过温度传感器检测温度，将信号发送至智能温控仪表，完成对温度的控制；喷淋模块通过控制模块发送的脉冲控制蠕动泵，完成对加水量的控制；称重模块通过压力传感器检测质量，将信号发送至控制模块，完成对质量的控制和数据的采集；制冷模块采用制冷箱，通过控制模块控制步进电机实现自动开关门，完成制冷控制，并能自动完成试样的放置与取出；机械手操作模块通过控制模块控制步进电机，实现在二维空间任意位置的行走。

2.根据权利要求1所述的自动化干湿冻融循环试验装置，其特征在于：控制模块包括触摸屏、可编程逻辑控制器，触摸屏设置在操作台上方支架上，可编程逻辑控制器设置在控制柜内，控制柜设置在操作台左下方。

3.根据权利要求1所述的自动化干湿冻融循环试验装置，其特征在于：所述蒸发模块包括外壳、光波管、温度传感器和PID智能温控仪表；外壳固定在操作台面上，光波管置于外壳内部中间位置，固定在试样的正上方，温度传感器固定在光波管一侧，另一端连接到智能温控仪表，智能温控仪表设置在控制柜内。

4.根据权利要求1所述的自动化干湿冻融循环试验装置，其特征在于：所述喷淋模块包括喷头、旋转舵机、支架、限位开关、蠕动泵、储水盒、管路及样品放置托盘，喷头和旋转舵机连接，支架用于支撑喷头和旋转舵机，限位开关设置在旋转舵机最左侧，蠕动泵固定在操作台面下方，储水盒在蠕动泵一侧，二者由管路连接，样品放置区位于喷头正下方。

5.根据权利要求1所述的自动化干湿冻融循环试验装置，其特征在于：所述称量模块包括压力传感器、称体、显示屏。压力传感器位于称体一侧，另一端连接到控制柜，称体和显示屏固定在操作台面上。

6.根据权利要求1所述的自动化干湿冻融循环试验装置，其特征在于：所述制冷模块包括制冷箱、步进电机、开门限位开关、.关门限位开关；制冷箱位于操作台面最右侧，步进电机设置在制冷箱的一侧，关门限位开关设置在箱门的一侧和开门限位开关位于操作台面支架位置。

7.根据权利要求1所述的自动化干湿冻融循环试验装置，其特征在于：所述机械手操作模块包括密封同步皮带滑台、电动机械手和连接装置。密封同步皮带滑台设置在整个操作台面上方，电动机械手垂直于密封同步皮带滑台，二者由连接装置相连。

8.一种自动化干湿冻融循环试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过土工试验得到试样的初始含水率ω₀和初始质量m₀；

(2)将储水盒内的水注满，将管路内的空气排除干净，打开控制柜电源开关，打开触摸屏开关，打开上位机电脑开关，将称量模块的显示屏数值清零；

(3)打开上位机组态软件，显示参数设置界面；

(4)选择试验运行模式：干湿循环试验、冻融循环试验和干湿冻融循环综合试验；

(5)设定试验干湿或者冻融循环次数N和蒸发温度T；

(6)对试样进行加水，设定加水量Δm。如需将试样加水至含水率ω，需加水质量为：第一次循环结束后，后续循环试验的加水量即为蒸发量，由控制系统自动判断给出；

(7)设定加水静置时间t(一般可设定12h)；

(8)对试样进行蒸发或冷冻，设定试样蒸发后或冷冻后质量m。如需将试样蒸发至含水率ω'，蒸发完成后试样质量为：此值为由蒸发进入加水的临界值，当试样蒸发后质量达到m，则蒸发模块接收控制信号，停止蒸发，进入加水状态；

(9)对冻融循环试验，由机械手操作将加水静置完成的试样放置于冷柜中，根据设定的冷冻时间t₁完成制冷过程，当达到设定时间后，机械手操作模块接受信号，取出试样进行自然融化过程；设定融化时间t₂，当达到设定时间后，机械手操作模块接受信号，对试样进行称重，根据质量损失量m’进行加水，静置一段时间t’后，机械手操作模块接受信号，将试样放置于冷柜中进行冷冻试验，进入下一次冻融循环试验。