不同温压条件下层理冰样品制作方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种不同温压条件下层理冰样品制作方法及装置，该装置是由低温冷柜、冰样冻制容器、冰样加压系统、冰样注水系统组成，冰样冻制容器放置在低温冷柜中，用于承载和冻制冰样，其顶部分别于冰样加压系统和冰样注水系统用管路连接。冰样加压系统和冰样注水系统放置在低温冷柜外部，冰样加压系统通过气管与冰样冻制容器连接，用来为冰样冻制容器提供冻制冰样所需的不同压力。冰样注水系统通过水管与冰样冻制容器连接，用于控制每次注水量，以实现不同厚度层理冰样的冻制。本发明专利技术可实现在温度、压力、层理厚度三个参数的自由组合条件下冻制冰样，能更为真实的模拟极地冰层赋存条件，为极地冰盖的实验室研究提供了技术支撑。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种不同温压条件下层理冰样品制作方法及装置。
技术介绍
我国极地科学发展迅速，目前中国在南极已经建立了中山站，昆仑站，长城站等科学考察站，我国科学家依托科考站对南极冰盖做了大量细致的研究工作，但南极毕竟是人类难以到达的地方，因此科学家们迫切希望能够在实验室内冻制冰样，以此来模拟极地冰盖冰雪特性，从而分析极地冰盖硬度强度等特性，为极地科学的研究奠定基础。由于极地冰盖为冰雪常年累月堆积形成，其形成机理为积雪压实成冰，且具有典型的层理特性。极地冰盖不同深度冰层赋存压力不同，因此为了较为真实的模拟极地冰层特点，实验室制作的冰样应在不同温压条件下冻制，并应具有层理特性。目前查阅国内外资料，多见采用不同温度的层理冰来模拟极地冰层，但均未考虑压力因素。
技术实现思路
本专利技术的目的提供一种不同温压条件下层理冰样品制作方法。本专利技术的另一目的提供一种不同温压条件下层理冰样品制作装置。本专利技术冻制的样品可根据实验需要调节冻制样品的温度和压力条件，并且可冻制层理冰，能更为真实的模拟极地冰层。本专利技术之一种不同温压条件下层理冰样品制作方法是：欲在不同温压条件下冻制层理冰样，需满足三个参数可调节，分别为温度、压力、层理厚度。其中，温度采用低温冷柜控制，将冻制冰样的容器置于低温冷柜中，低温冷柜的温度可无级调节，用于满足不同温度冻制冰样的要求。冰样压力的加载考虑采用气体加压，并设置两个腔室，一个为加压腔，为气体进行加压，另一个为冰样腔，当气体在加压腔升压后，通过阀门控制高压气体通入冰样腔内，为冰样冻制提供压力，其中冰样腔中安装有泄压阀，当冰样腔压力超过设定值时，可自动通过泄压阀泄压。根据实验目的的不同还可以选择高压气体类型，如采用氮气，空气，氦气等，从而冻制包含不同溶解度气体的冰样，以满足多种科学目的的研究工作。冻制层理冰时，水样应分几次注入，下一次注水应在上一次水样完全冻结以后进行，通过控制每次注水量即可获得不同层理厚度冰样，注水时每次注入水量相同，保证冻制样品层理均匀。本专利技术之一种不同温压条件下层理冰样品制作装置是由低温冷柜、冰样冻制容器、冰样加压系统、冰样注水系统组成。其中，冰样冻制容器放置在低温冷柜中，用于承载和冻制冰样，其顶部分别于冰样加压系统和冰样注水系统用管路连接。冰样加压系统和冰样注水系统放置在低温冷柜外部，冰样加压系统通过气管与冰样冻制容器连接，用来为冰样冻制容器提供冻制冰样所需的不同压力。冰样注水系统通过水管与冰样冻制容器连接，用于控制每次注水量，以实现不同厚度层理冰样的冻制。低温冷柜为市场上购买的低温设备，目的是为冻制冰样提供低温环境，冷柜内温度最低可达-60℃，且温度可在此范围内无级调节。冰样冻制容器由冰样腔、泄压阀、压力表组成，其中冰样腔B由冰样腔上盖、冰样腔罐体、冰样腔底盖和聚四氟乙烯内衬组成，冰样腔上盖和冰样腔底盖通过螺钉与冰样腔罐体连接，并形成密闭腔体，聚四氟乙烯内衬与冰样腔罐体内壁贴合，并可在每次冰样冻制完成后可随冰样一同取出，冰样腔B上盖设计有进气孔，通过冰样腔接头和冰样腔进气阀门与气管相连；泄压阀和压力表通过螺纹安装在冰样腔上盖上，泄压阀可设定压力值，当冰样腔内压力超过泄压阀设定值时，泄压阀开启，冰样腔压力降低至泄压阀设定值后，泄压阀关闭，压力表则用于实时监测冰样腔压力。冰样加压系统包括有加压腔、高压气罐、高压油泵，其原理为采用液体为气体加压，并将加压后的气体通入冰样腔，为冰样冻制提供不同压力条件。加压腔由加压腔上盖、加压腔罐体、加压腔底盖组成，加压腔上盖和加压腔底盖通过螺钉与加压腔罐体连接，并形成密闭腔体；加压腔内部由活塞划分为高压空气腔和液压腔两个腔室，其中液压腔通过油管接头、油管、油管阀门与高压油泵连接。加压腔上盖加工有两个气孔，一个气孔通过进气管接头、进气管、进气阀门与高压气罐连接，使高压气罐与高压空气腔连通，另一个气孔通过出气管接头、出气阀门、出气管与冰样腔连接；活塞两端安装有高压密封圈，保证高压空气腔和液压腔相互隔离。冰样注水系统由水罐和水罐阀门组成，水罐用水管连接在气管靠近冰样腔一端，阀门在需要注水时打开，当冰样腔内需要加压时，阀门则必须关闭，保证水罐不受高压空气影响。本专利技术的工作过程：冻制冰样时，首先将冰样腔放入低温冷柜内，气管通过低温冷柜侧面小孔引至低温冷柜外部，并与加压腔和水罐连接。开通低温冷柜电源，并将温度设定至需要的温度，在此过程中，冰样腔始终放置在冷柜内。当低温冷柜温度恒定在需要的温度后，开始对冰样腔进行压力调节，首先将油管阀门打开，并对高压油泵泄压，使加压腔中活塞回到加压腔底部最低位，关闭油管阀门，并开启进气阀门，使高压气罐中的高压气体进入高压空气腔，一定时间后关闭进气阀门，打开油管阀门，使用高压油泵对液压腔加压，活塞在液体作用下上行，并压缩高压空气腔，对空气进行加压，由于此时空气的压力与液体压力相等，因此空气的压强可通过高压油泵上压力表读取。当空气压力达到一定值后，关闭油管阀门，并同时开启出气阀门和冰样腔进气阀门，使高压空气进入冰样腔，加压腔的高压空气腔和冰样腔压力平衡后，关闭出气阀门和冰样腔进气阀门，完成一次充气。由于空气压缩比较大，一次充气难以达到冻制冰样所需的压力值，因此上述过程需重复进行，直至冰样腔压力表显示达到设定压力值。充气过程中将泄压阀设定至所需压力值，当冰样腔内压力过高时，泄压阀自动开启泄压，保证压力恒定在设定值。压力调节完成后，开始向冰样腔中注水冻制冰样，由于冰样腔内部尺寸恒定，因此可根据预冻制样品的层理厚度计算每次注水量。注水时，首先将℃水注入在水罐中，然后将冰样腔进气阀门和出气阀门关闭，打开水罐阀门，水将从水罐流入气管，通过观察水罐上刻度控制水量达到计算值时关闭水罐阀门，仪器放置时气管靠近加压腔端比靠近冰样腔端要高，这样当水流进入气管后，在自重作用下将流向冰样腔，此时打开冰样腔进气阀门，水流将进入冰样腔。由于每次加水均采用0℃水，当水进入冰样腔后，不会造成已冻结冰的融化，能更好的形成冰样层理。在冰样冻制过程中，由于每次注水均需要开启冰样腔进气阀门，多次操作后冰样腔空气压力将下降，因此需要重复上述气体过程，直至压力达到设定值。冰样冻制完成后，首先将冰样腔中高压气体通过泄压阀释放至常压气体，然后将冰样腔上盖和冰样腔底盖拆除，将冻制好的冰样从冰样腔中取出。由于冰样腔中有聚四氟乙烯内衬，冰样不会因直接接触罐体而与罐体冻结为一体，因此大大降低了移出冰样的难度，且聚四氟乙烯内衬可重复利用，降低了成本。本专利技术的有益效果：本专利技术很好地解决了不同温压条件下层理冰样品制作问题，可实现在温度、压力、层理厚度三个参数的自由组合条件下冻制冰样，能更为真实的模拟极地冰层赋存条件，为极地冰盖的实验室研究提供了技术支撑，对加快极地研究的发展具有重要作用。本专利技术仅将冰样腔置于低温冷柜内，冰样加压系统和注水系统均在冷柜外，大大降低了对实验器材的低温要求。本专利技术结构简单，工作可靠，操作方便，并且可根据实验目的选择高压气罐中气体类型，如氮气，空气，氦气等，从而冻制包含不同溶解度气体的冰样，以满足多种科学目的的研究工作。附图说明图1为本专利技术的不同温压条件下层理冰样品制作装置结构示意图。具体实施方式本专利技术之一种不同温压条件下层理冰样品制作方法是：欲在不同温压条件下冻制层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种不同温压条件下层理冰样品制作方法，该方法是：欲在不同温压条件下冻制层理冰样，需满足三个参数可调节，分别为温度、压力、层理厚度；其中，温度采用低温冷柜控制，将冻制冰样的容器置于低温冷柜中，低温冷柜的温度可无级调节，用于满足不同温度冻制冰样的要求；冰样压力的加载考虑采用气体加压，并设置两个腔室，一个为加压腔，为气体进行加压，另一个为冰样腔，当气体在加压腔升压后，通过阀门控制高压气体通入冰样腔内，为冰样冻制提供压力，其中冰样腔中安装有泄压阀，当冰样腔压力超过设定值时，可自动通过泄压阀泄压；根据实验目的的不同还可以选择高压气体类型，从而冻制包含不同溶解度气体的冰样，以满足多种科学目的的研究工作；冻制层理冰时，水样应分几次注入，下一次注水应在上一次水样完全冻结以后进行，通过控制每次注水量即可获得不同层理厚度冰样，注水时每次注入水量相同，保证冻制样品层理均匀。

【技术特征摘要】
1.一种不同温压条件下层理冰样品制作方法，该方法是：欲在不同温压条件下冻制层理冰样，需满足三个参数可调节，分别为温度、压力、层理厚度；其中，温度采用低温冷柜控制，将冻制冰样的容器置于低温冷柜中，低温冷柜的温度可无级调节，用于满足不同温度冻制冰样的要求；冰样压力的加载考虑采用气体加压，并设置两个腔室，一个为加压腔，为气体进行加压，另一个为冰样腔，当气体在加压腔升压后，通过阀门控制高压气体通入冰样腔内，为冰样冻制提供压力，其中冰样腔中安装有泄压阀，当冰样腔压力超过设定值时，可自动通过泄压阀泄压；根据实验目的的不同还可以选择高压气体类型，从而冻制包含不同溶解度气体的冰样，以满足多种科学目的的研究工作；冻制层理冰时，水样应分几次注入，下一次注水应在上一次水样完全冻结以后进行，通过控制每次注水量即可获得不同层理厚度冰样，注水时每次注入水量相同，保证冻制样品层理均匀。2.根据权利要求1所述的一种不同温压条件下层理冰样品制作方法，其特征在于：所述的高压气体类型为氮气、空气或氦气。3.一种不同温压条件下层理冰样品制作装置，其特征在于：是由低温冷柜、冰样冻制容器、冰样加压系统和冰样注水系统组成，冰样冻制容器放置在低温冷柜中，用于承载和冻制冰样，其顶部分别于冰样加压系统和冰样注水系统用管路连接；冰样加压系统和冰样注水系统放置在低温冷柜外部，冰样加压系统通过气管与冰样冻制容器连接，用来为冰样冻制容器提供冻制冰样所需的不同压力；冰样注水系统通过水管与冰样冻制容器连接，用于控制每次注水量，以实现不同厚度层理冰样的冻制；所述的冰样冻制容器由冰样腔(B)、泄压阀(13)、压力表(...

【专利技术属性】
技术研发人员：范晓鹏，李传金，张楠，达拉拉伊帕维尔，曹品鲁，杨阳，刘刚，洪嘉琳，宫达，
申请(专利权)人：吉林大学，中国科学院西北生态环境资源研究院，
类型：发明
国别省市：吉林;22