[发明专利]基于多量程连续监测的超低渗介质气体渗透流量测试装置

说明书

本发明涉及一种在土木工程(岩土)及地质工程技术领域。一种基于多量程连续监测的超低渗介质气体渗透流量测试装置，其特征在于，该量测装置包括气体流量计、单片机、手动/自动选择开关、手动控制继电器开关、继电器、电磁阀、报警器和串行接口。本发明选用四个不同量程范围的气体流量计，单片机通过串口通信实时采集气体流量计流量数据，同时根据实测流量自动切换至相应量程范围的气体流量计；也可通过手动控制继电器开关实现手动控制流量计的通断。单片机在实测流量超出最大量程或读取不到流量数据时，向报警器发送报警信息。单片机也会按照固定格式将采集到的流量数据传送到PC端上进行显示，量测精度高，效率高，省时省力。

技术领域

本发明涉及一种在土木工程(岩土)及地质工程技术领域，具体涉及一种基于多量程连续监测的超低渗介质气体渗透流量测试装置。

背景技术

高放射性废弃物深地质处置库建设过程中，高压实膨润土被认为是最合适的人工屏障缓冲/回填材料。其设计功能是遇水膨胀，以密封高压实膨润土块体之间、块体与围岩之间的施工缝隙，以及围岩中既有裂隙与因处置库开挖卸载引起的缝隙；同时遇水产生的膨胀力可以缓冲围岩压力对废物罐的影响，维护处置库结构稳定；此外，膨润土自身的低渗透性可延阻围岩中地下水向处置库内部的入渗，防止核素的外泄。

处置库封闭运营期间，一方面，复杂的物理化学反应将消耗库内氧气，形成无氧环境，地下水将与金属废物罐以及处置库中的金属构件发生还原反应产生H₂，而库中微生物降解、放射性物质对地下水的辐解等作用也会产生大量CO₂、CH4、H₂等气体；另一方面，由于缓冲/回填材料的极低渗透性，产生的气体将在废物罐与屏障材料的界面空间内不断积聚，产生极高的气体压力(30MPa)。后者可在工程屏障中形成毛细或力学优势渗流通道，导致放射性物质随地下水或是以气体状态向库周环境转移，并最终影响到处置库的抗渗与力学稳定性。因此，开展工程屏障材料的气体渗透特性研究，对于处置库的长期安全性能评价具有极其重要的实际意义。

针对气体渗透试验，对于中/高渗透性的多孔材料，通常采用流量计直接测量气体渗透速率，从而计算气体在饱和多孔介质中的渗透系数。然而对于超低渗的高压实膨润土材料，气体渗透速率在初始测量阶段极低，然而随着时间的推移，气体渗透速率会在某一时间点出现剧增，这一现象也被称为“气体突破”。对于高压实膨润土等超低渗介质，气体突破时的气体流量会陡增至初始阶段流量的数千倍以上。需要注意的是，流量计的测量精度与它的量程比有关，使用量程与最大量程相差越大，其测量精度就越低。因此，针对目前尚缺乏一种可覆盖全量程范围的高精度气体流量测试装置。

为了精确测量饱和低渗多孔介质气体渗透过程中的气体流量，本发明自主设计研发了一种基于单片机的超低渗介质气体渗流量测装置，可以实现不同量程的流量计协同工作并自动切换，可以实现全量程范围内气体流量的精确量测。

发明内容

本发明的目的是为了公开一种基于多量程连续监测的超低渗介质气体渗透流量测试装置。

发明给出的技术方案为：

一种基于多量程连续监测的超低渗介质气体渗透流量测试装置，其特征在于，该量测装置包括由多个气体流量计、多个电磁阀、气体采集管路构成的采集系统，还包括由单片机、手动/自动选择开关、多个手动控制继电器开关、多个继电器、串行接口和电源(图1中未示意)构成的电气系统，其中：

电源为气体流量计、电气系统提供能量。

气体采集管路设有气体入口和气体出口，提供气源和分支管路；各个气体流量计安装于各气体采集管路的分支上用于采集测量信息；同时每个分支管路安装有各自的电磁阀用于该分支管路上气体的通断；

所述气体流量计，输出流量数字信号，连接单片机输入端，用于量测气体渗透流量提供给单片机。

所述单片机作为整个测量电气系统的核心，手动/自动选择开关决定单片机的工作模式：