CN105842138B - 一种汞柱界面自动调节***及岩心孔隙结构测定仪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种汞柱界面自动调节***，包括大气压力计、采集卡、PLC控制器、升降***、汞杯、汞柱和岩心夹持器，所述大气压力计、采集卡、PLC控制器和升降***依次串联电连接，所述汞杯位于升降***的上端，所述汞杯与升降***固定连接，所述汞柱与汞杯连通。应用该汞柱界面自动调节***的岩心孔隙结构测定仪，包括气压检测装置、进压装置、压力计量装置和岩心放置装置，所述气压检测装置和进压装置通过管道与压力计量装置连接，所述岩心放置装置通过管道与压力计量装置连接。本发明测定岩心孔隙度排除了大气压不同对测定结果的影响，测定精度高，误差小。
Description
技术领域
本发明涉及岩心检测装置结构设计技术领域，尤其涉及一种汞柱界面自动调节***及岩心孔隙结构测定仪。
背景技术
传统的岩心孔隙度测定普遍采用水浸、水煮和其他化学溶剂浸入的方法，测量的精度低，周期长，特别是一些孔隙度极小的岩心则由于液体张力无法实现测定，也有采用三维成像技术进行测定，然而其成本较高不具有广泛的适用性。现有技术中也有岩心孔隙结构测定仪采用重力差原理进行测定的但是由于其内部采用液体汞作为内标，而汞柱的高度会由于大气压随地域、季节、天气等都会有所改变，会影响到测定的结果。
例如中国专利CN102252949A公开的一种单轴应力下疏松岩心孔隙度的确定方法,该方法通过两个高压泵分别控制岩心轴压和围压,保证岩样与胶皮套内壁之间有效密封,用孔隙度仪测定岩心的双轴应力孔隙度,然后根据实验物理模型建立的数学模型,推导出岩心在单轴应力下的孔隙度与双轴应力下的孔隙度的关系式,最终得到岩心在单轴应力下的孔隙度。该方法在实施过程中难以确保设备的压力为绝对压力，往往会使得相对压力为负压，从而导致检测结果的误差。
又例如中国专利CN1388356公开的一种测定固体孔隙度的仪器,是运用了气体状态方程,采取气体移动的方法,通过精确地测定固体体积,进而方便地测定出各种固体的孔隙度,能够简便、快速、精确地测定出各种规格、形状固体的孔隙度。本发明由样品室3,膨胀室4,连接管道5,压力传感器6,测量电路7,三通阀8、 9、10,真空泵11,储气瓶12,过滤器13,气源14组成。该仪器通过气体移动的方法测定体积，由于气体体积会随着周围的环境温度等发生变化会影响测定的结果导致误差增大，因而不具有广泛的适用性。
发明内容
为克服现有技术中存在的岩心孔隙度测定装置测定误差大，适用性较低的问题，本发明提供了一种汞柱界面自动调节***及岩心孔隙结构测定仪。
一种汞柱界面自动调节***，包括大气压力计、采集卡、PLC控制器、升降***和汞杯，所述大气压力计、采集卡、PLC控制器和升降***依次串联电连接，所述汞杯位于升降***的上端，所述汞杯与升降***固定连接。
进一步的，所述升降***包括伺服电机、升降丝杠和涡轮箱，所述伺服电机与涡轮箱横向固定连接，所述升降丝杠和涡轮箱竖直方向固定连接，所述升降丝杠的上端与汞杯固定连接。
进一步的，所述涡轮箱的下端设置有导向板和连接固定装置的支架，所述支架的上端与涡轮箱固定连接，所述导向板与支架固定连接。
进一步的，所述汞杯的下端设置有汞杯支柱，所述汞杯支柱的上下两侧分别与汞杯和升降***固定连接，所述汞杯的底部通过软管与补汞阀连接。
本发明的另一个目的是提供一种采用所述的汞柱界面自动调节***的岩心孔隙结构测定仪，包括气压检测装置、进压装置、压力计量装置和岩心放置装置，所述气压检测装置和进压装置通过管道与压力计量装置连接，所述岩心放置装置通过管道与压力计量装置连接。
进一步的，所述压力计量装置包括汞体积计量管a、差压传感器a、隔离阀 a和岩心室阀a、汞柱界面自动调节***和补汞阀，所述岩心室阀a与补汞阀通过管道连接，所述汞体积计量管a下端通过管道与岩心室阀a与补汞阀的中间位置连接，所述隔离阀a位于汞体积计量管a的上端并与汞体积计量管a通过管道连接，所述差压传感器a位于汞体积计量管a的侧边并与其固定连接，所述差压传感器a与隔离阀a的下端相连接；所述岩心室阀a的上端与岩心放置装置固定连接，所述隔离阀a通过管道与气压检测装置和进压装置连接。
进一步的，所述汞体积计量管a的下端设置有放空阀，所述放空阀与汞体积计量管a固定连接。
进一步的，所述气压检测装置包括压力传感器c和压力传感器，所述压力传感器c和压力传感器分别连接有压力表c和压力表d，所述压力传感器c和压力传感器并联设置并通过管路连接，所述压力传感器c和压力传感器中间的位置设置有高压电磁阀c和高压手动阀c，所述高压电磁阀c和高压手动阀c串联连接。
进一步的，所述岩心放置装置包括真空泵和岩心室a，所述真空泵和岩心室 a通过管路连接，所述岩心室a上端设置有抽空阀，所述抽空阀与岩心室a固定连接。
进一步的，所述气压检测装置和进压装置与压力计量装置的连接管上设置有气体阱。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的汞柱界面自动调节***通过大气压力计测定大气压，并通过采集卡和PLC控制器控制伺服电机运转，并通过涡轮箱变成升降丝杠的直线上下运动从而带动汞杯上下运动以调节汞面的高低以实现自动补汞确保汞压不受大气压变化的影响。
(2)本发明的岩心孔隙结构测定仪通过汞柱界面自动调节***来根据测定时的实际大气压值调节保持岩心室内顶部高于汞体积测量管内以及补汞杯内初始汞面的高度，从而使得测定过程中的高度为绝对高度，从而保证测定结果的准确性，使得测定的误差小。
(3)本发明的岩心孔隙结构测定仪通过酒精杯和进压装置实现自动添加酒精，减少了人工添加酒精带来的汞挥发，避免汞挥发带来的危害，并且减少了浪费。
(4)本发明的补汞杯内的汞采用酒精进行封闭，减少了汞的挥发，并且采用透明的有机玻璃盖在补汞杯上，既能够清楚地 看到补汞杯内的情况又能够防止汞挥发散失，确保了测试人员的安全，并且减少了浪费。
附图说明
图1是本发明的汞柱界面自动调节***的结构示意图；
图2是本发明的岩心孔隙结构测定仪的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本具体实施方式披露了一种汞柱界面自动调节***，如图1，包括大气压力计42、采集卡43、PLC控制器44、升降***45和汞杯49，大气压力计42、采集卡43、PLC控制器44和升降***45依次串联电连接，汞杯49位于升降*** 45的上端，汞杯49与升降***45通过螺钉固定连接。汞杯49通过软管连接有汞柱54，并且汞柱54还可连接岩心夹持器成为简单的孔隙度测定仪。其中，优选的，大气压力计42采用数显大气压力计，可以清楚的读出大气压力值，方便操作人员获取大气压力情况。
具体的，如图1所示，升降***45包括伺服电机46、升降丝杠47和涡轮箱 48，伺服电机46与涡轮箱48横向固定连接，升降丝杠47和涡轮箱48竖直方向固定连接，升降丝杠47的上端与汞杯49通过螺钉固定连接。伺服电机46转动通过涡轮箱48变成升降丝杠47的直线上下运动从而带动汞杯49上下运动以调节汞面的高低。伺服电机46转动10圏会带动升降丝杠47上下运动1毫米左右。汞杯49的上下可活动范围为120毫米。作为优选的，涡轮箱48的下端设置有导向板481和连接固定装置的支架482，支架482的上端与涡轮箱48通过螺钉固定连接，导向板481与支架482通过螺钉固定连接。
如图1所示，汞杯49的下端设置有汞杯支柱491，汞杯支柱491的上下两侧分别与汞杯49和升降***45通过螺钉固定连接，汞杯49的底部通过软管493 与补汞阀33连接。优选的，汞杯49由不锈钢加工而成，汞杯支柱49的下边开有汞流通孔，汞杯49内的汞可以通过该孔流出，流出的汞通过软管493与补汞阀33相连通；优选的，软管493为透明软管，并且采用软管锁套紧固。优选的，汞杯49还可以包括汞杯盖，并且汞杯盖由有机玻璃制成，可以通过汞杯盖看到汞杯49内部的汞的情况，并且可以有效的防止汞挥发。汞杯49内汞液的高度不超过汞杯49高度的一半，在装完汞后要在汞面上加上部分酒精将其封闭，以防止汞的挥发，酒精厚度大于10毫米，如果发现酒精挥发完或者太少时即进行添加。
本具体实施方式的工作原理：在减小汞柱液面高度时，由大气压力计的数值大小自动判断，通过控制伺服电机46正转带动汞杯49向下移动，从而使得汞柱液面高度降低。在增加汞柱液面高度时，由大气压力计的数值大小自动判断，通过控制伺服电机正转带动汞杯49向上移动，从而使得汞柱液面高度上升；
通过伺服电机46可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机46转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制***中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。
实施例2
本具体实施方式披露了一种岩心孔隙结构测定仪，如图2，包括气压检测装置50、进压装置51、压力计量装置52和岩心放置装置53，气压检测装置50和进压装置51通过管道与压力计量装置52连接，岩心放置装置53通过管道与压力计量装置52连接。优选的，气压检测装置50和进压装置51与压力计量装置 52的连接管上设置有气体阱41。
如图2所示，气压检测装置50包括压力传感器c7和压力传感器8，压力传感器c7和压力传感器8分别连接有压力表c3和压力表d4，压力传感器c7和压力传感器8并联设置并通过管路连接，压力传感器c7和压力传感器8中间的位置设置有高压电磁阀c15和高压手动阀c18，高压电磁阀c15和高压手动阀c18 串联连接。优选的，还可以包括多个压力传感器，本具体实施方式中还包括压力传感器a5和压力传感器b6，压力传感器a5和压力传感器b6分别连接有压力表 a1和压力表b2,压力传感器a5和压力传感器b6连接在管道上；压力传感器a5和压力传感器b6之间的管道上连接有高压电磁阀a13和高压手动阀a16，高压电磁阀a13和高压手动阀a16和管道通过管道接口固定连接；压力传感器b6和压力传感器c7之间的管道上固定连接有高压电磁阀b14和高压手动阀b18。其中压力传感器8以及压力表d4的读数作为初始调节的依据，而压力传感器c7、压力传感器a5和压力传感器b6及其对应的压力表则用来测量退压和进压情况。
此外，如图2所示，进压装置51包括高压柱塞泵28和酒精杯30，高压柱塞泵28的前端设置有高压泵阀26并通过管道与压力计量装置52相连接。优选的，高压柱塞泵28固定连接有步进电机29，通过步进电机29带动高压柱塞泵28进行给压。酒精杯30和高压柱塞泵28通过软管连接，并且在软管上设置有进液阀控制进液的通断。
此外，如图2所示，压力计量装置52包括汞体积计量管a22、差压传感器 a24、隔离阀a19和岩心室阀a31、汞柱界面自动调节***21和补汞阀33，岩心室阀a31与补汞阀33通过管道连接，汞体积计量管a22下端通过管道与岩心室阀a31与补汞阀33的中间位置连接，隔离阀a19位于汞体积计量管a22的上端并与汞体积计量管a22通过管道连接，差压传感器a24位于汞体积计量管a22 的侧边并与其固定连接，差压传感器a24与隔离阀a19的下端相连接；岩心室阀 a31的上端与岩心放置装置53通过管道固定连接，隔离阀a19通过管道与气压检测装置50和进压装置51连接，岩心室阀a31与岩心室a11通过管道连接。并且作为优选的，汞体积计量管a22的下端设置有放空阀35，放空阀35与汞体积计量管a22通过管道连接件固定连接。
作为优选的，压力计量装置52可以包括多个汞体积计量管，在本具体实施例中还包括另一个汞体积计量管b23，相应的还包括差压传感器b25、隔离阀b20 和岩心室阀b32和补汞阀b34,补汞阀b34与补汞阀33并联连接，岩心室阀b32 与补汞阀b34通过管路相连接，汞体积计量管b23的下端通过管道与岩心室阀 b32与补汞阀b34的中间位置连接，差压传感器b25连接汞体积计量管b23的下端和其上端的隔离阀b20，隔离阀b20与隔离阀a19通过管道并联连接，岩心室阀b32连接岩心室b12。优选的，汞体积计量管b23的下端设置有放空阀b36并与其通过管道连接件固定连接。
此外，岩心放置装置53包括真空泵40和岩心室a11，真空泵40和岩心室 a11通过管路连接，岩心室a11上端设置有抽空阀9，抽空阀9与岩心室a11通过管道连接件固定连接。优选的，真空泵40设置有真空表37、真空放空阀38 和真空泵阀39，真空表37确定其真空度，真空放空阀38用于放空，真空泵阀 39用于切断真空泵37与岩心室的通断。
优选的，也可以包括多个岩心室，其中岩心室与汞体积计量管匹配使用，本具体实施例中还包括另一个岩心室b12，岩心室b12与岩心室阀b32连接，并且优选的岩心室阀b32与岩心室a11通过管道并联连接；岩心室b12连接有抽空阀 b10，抽空阀b10与岩心室b12通过管道连接件固定连接。设置多个岩心室可以进行多组测定，提高了工作效率。
本具体实施方式的工作流程：先将被测岩样装入岩心室a11和岩心室b12，然后打开岩心室a11和岩心室b12上方的抽空阀a9、抽空阀b10，关闭岩心室下方的岩心室阀a31、岩心室阀b32，打开补汞阀33、补汞阀b34，打开真空泵阀 39，关闭真空放空阀38，接通真空泵40的电源抽真空，15～20分钟后，打开岩心室阀a31、岩心室阀b32，汞柱界面自动调节***21中的汞将在大气压的作用下进入岩心室a11和岩心室b12，调节汞柱界面自动调节***21使其中的初始汞面位置与岩心室顶部的高度差为当时的大气压差相当的汞值。然后关闭抽空阀 a9、抽空阀b10，关闭真空泵40，开真空泵放空阀38。汞体积计量管a22、汞体积计量管b23内的初始汞面可利用微机控制高压柱塞泵28的进退来调节，调节的依据是压力传感器8以及压力表4的读数，打开安装在压力传感器a5、传感器b6、传感器c7、传感器a之间的高压电磁阀a13、高压电磁阀b14、高压电磁阀c15，以及高压手动阀a16、高压手动阀b17、高压手动阀c18，调节到压力传感器8的读数为零时关闭补汞阀33、补汞阀b34。然后便可利用微机控制高压柱塞泵28进行压汞与退汞工作。这时，当压力传感器8测出汞体积计量管a22和汞体积计量管b23内初始汞面处的压力为相对压力零时，岩心室a11和岩心室 b12顶部的压力便是绝对压力零。这样便可保证压力测量全部在正压下进行，而且，退汞时当压力传感器8退至相对压力零时，岩心室a11和岩心室b12顶部压力可以退至绝对压力零，保证了退汞曲线的完整性。由于结构上的改进也使得所有测试均在一个岩心室中进行，保证了工作过程的完整性。根据测定时的实际大气压力，自动调节汞杯49的汞面至岩心夹持器进口端的高度。可以确保汞杯内的界面与岩心夹持器进口端保持恒定的高度差，从而使得测定结果更加准确。
本具体实施例的工作原理：岩心孔隙结构测定仪采用重力差原理进行测定，岩心室内顶部高于汞体积测量管内以及补汞杯内初始汞面一个特定的高度，这个高度等于仪器使用时所在地的以汞柱高度表示的大气压的数值H。由于大气压随地域、季节、天气等都会有所改变，因此H会随着大气压的改变而改变，本发明能够实现根据大气压自动调节H使之能与实验时的大气压相符。补汞杯底部由管线阀门相连，相互之间的阀门打开后，它们两两之间便会形成U型连通，通过调节补汞杯的高度，就可以调节和控制汞体积测量管内初始汞面，保证初始汞面与岩心室顶部的高度差等于实验时仪器所在地的H。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种汞柱界面自动调节***，其特征在于：包括大气压力计(42)、采集卡(43)、PLC控制器(44)、升降***(45)和汞杯(49)，所述大气压力计(42)、采集卡(43)、PLC控制器(44)和升降***(45)依次串联电连接，所述汞杯(49)位于升降***(45)的上端，所述汞杯(49)与升降***(45)固定连接,所述升降***(45)包括伺服电机(46)、升降丝杠(47)和涡轮箱(48)，所述伺服电机(46)与涡轮箱(48)横向固定连接，所述升降丝杠(47)和涡轮箱(48)竖直方向固定连接，所述升降丝杠(47)的上端与汞杯(49)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种汞柱界面自动调节***，其特征在于：所述涡轮箱(48)的下端设置有导向板(481)和连接固定装置的支架(482)，所述支架(482)的上端与涡轮箱(48)固定连接，所述导向板(481)与支架(482)固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种汞柱界面自动调节***，其特征在于：所述汞杯(49)的下端设置有汞杯支柱(491)，所述汞杯支柱(491)的上下两侧分别与汞杯(49)和升降***(45)固定连接，所述汞杯(49)的底部通过软管(493)与补汞阀(33)连接。
4.一种采用如权利要求1所述的汞柱界面自动调节***的岩心孔隙结构测定仪，其特征在于：包括气压检测装置(50)、进压装置(51)、压力计量装置(52)和岩心放置装置(53)，所述气压检测装置(50)和进压装置(51)通过管道与压力计量装置(52)连接，所述岩心放置装置(53)通过管道与压力计量装置(52)连接。
5.根据权利要求4所述的一种岩心孔隙结构测定仪，其特征在于：所述压力计量装置(52)包括汞体积计量管a(22)、差压传感器a(24)、隔离阀a(19)和岩心室阀a(31)、汞柱界面自动调节***(21)和补汞阀(33)，所述岩心室阀a(31)与补汞阀(33)通过管道连接，所述汞体积计量管a(22)下端通过管道与岩心室阀a(31)与补汞阀(33)的中间位置连接，所述隔离阀a(19)位于汞体积计量管a(22)的上端并与汞体积计量管a(22)通过管道连接，所述差压传感器a(24)位于汞体积计量管a(22)的侧边并与其固定连接，所述差压传感器a(24)与隔离阀a(19)的下端相连接；所述岩心室阀a(31)的上端与岩心放置装置(53)固定连接，所述隔离阀a(19)通过管道与气压检测装置(50)和进压装置(51)连接。
6.根据权利要求5所述的一种岩心孔隙结构测定仪，其特征在于：所述汞体积计量管a(22)的下端设置有放空阀(35)，所述放空阀(35)与汞体积计量管a(22)固定连接。
7.根据权利要求4所述的一种岩心孔隙结构测定仪，其特征在于：所述气压检测装置(50)包括压力传感器c(7)和压力传感器(8)，所述压力传感器c(7)和压力传感器(8)分别连接有压力表c(3)和压力表d(4)，所述压力传感器c(7)和压力传感器(8)并联设置并通过管路连接，所述压力传感器c(7)和压力传感器(8)中间的位置设置有高压电磁阀c(15)和高压手动阀c(18)，所述高压电磁阀c(15)和高压手动阀c(18)串联连接。
8.根据权利要求4所述的一种岩心孔隙结构测定仪，其特征在于：所述岩心放置装置(53)包括真空泵(40)和岩心室a(11)，所述真空泵(40)和岩心室a(11)通过管路连接，所述岩心室a(11)上端设置有抽空阀(9)，所述抽空阀(9)与岩心室a(11)固定连接。
9.根据权利要求4所述的一种岩心孔隙结构测定仪，其特征在于：所述气压检测装置(50)和进压装置(51)与压力计量装置(52)的连接管上设置有气体阱(41)。
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