CN101936932B - 基于点热源法的土壤热阻系数测量探头 - Google Patents

基于点热源法的土壤热阻系数测量探头 Download PDF

Info

Publication number
CN101936932B
CN101936932B CN201010117484XA CN201010117484A CN101936932B CN 101936932 B CN101936932 B CN 101936932B CN 201010117484X A CN201010117484X A CN 201010117484XA CN 201010117484 A CN201010117484 A CN 201010117484A CN 101936932 B CN101936932 B CN 101936932B
Authority
CN
China
Prior art keywords
spherical shell
heat
electric heater
heater unit
thermal resistivity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201010117484XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN101936932A (zh
Inventor
刘松华
樊友兵
李文杰
刘红武
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan NARI Ltd
Original Assignee
Wuhan NARI Ltd
State Grid Electric Power Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wuhan NARI Ltd, State Grid Electric Power Research Institute filed Critical Wuhan NARI Ltd
Priority to CN201010117484XA priority Critical patent/CN101936932B/zh
Publication of CN101936932A publication Critical patent/CN101936932A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101936932B publication Critical patent/CN101936932B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于点热源法的土壤热阻系数测量探头,探头为球状结构,由一个中空的金属球壳、绝缘导热填充物、电加热装置和测温热电偶组成,金属球壳上开有圆孔和长条形凹槽缝隙,电加热装置位于金属球壳内中心,测温热电偶安装在金属球壳表面的长条形凹槽缝隙内,金属球壳内部有绝缘导热填充物填满,电加热装置通过绝缘导热填充物密封并定位,测温热电偶和金属球壳间有绝缘导热填充物硅胶,本发明既可用于实验室取样测量,又可以在不破坏土壤结构的条件下,现场直接测量土壤热阻系数,尤其适用于各种电力电缆、热力管道等设施埋设深度范围内土壤热阻系数的测量。

Description

基于点热源法的土壤热阻系数测量探头
技术领域
本发明涉及一种基于点热源法的土壤热阻系数测量探头装置,属于测量技术领域。 
背景技术
土壤的热阻系数是土壤的基本参数之一,确定土壤热阻系数的方法有两大类,一是取样法,即对土壤取样后在实验室内通过仪器进行测定。但实验室内样品不能准确反映现场土壤的参数,会引入误差;另一种方法是现场测量土壤的热阻系数,这种方法能够保留真实的土壤状况,只有在现场进行实时测量,才能满足各种设计、施工以及管理过程对土壤温度、导热系数实时、准确测量的要求。但目前国内还缺乏现成的测量装置和测试方法。 
发明专利(公开号:CN101320007A,名称:针探法材料导热系数测量装置和材料导热系数测量装置)和发明专利(公开号:CN201222042Y,名称:材料导热系数测量装置)公开了一种基于线热源原理的针探法材料导热系数测量装置,该方法采用直径0.7mm、长度为53mm的探针,内部设置有0.0762mm的电加热丝,适用于液体、气体以及固体介质的导热系数测量。但该方法中的测量探头为探针式结构,探针制造困难,且由于探针长度限制,只适合对小尺寸试样进行测量,无法应用于大深度范围土壤热阻系数 的现场测量。 
实用新型专利(公开号:CN2310994Y,名称:一种用于测量土壤温度、湿度的探头)公开了一种可测量土壤温湿度的探头,包括带有通气孔的内保护套和湿敏元件、转换电路,该探头为长圆柱状结构,主要作用为可有效地防止泥土的保护套内的通汽孔的堵塞,结构较复杂,现场检测能力差。 
发明专利(公开号:CN 101105467A,名称:土壤热阻系数测定装置及其方法)公开了一种土壤热阻系数测定装置及其方法,可用来测试地源热泵空调系统向土壤排热或取热两种模式下的土壤热阻系数,主要针对地下深度在40~100米处土壤的热阻系数进行测量,但该方法并未涉及探头的形状结构具体内容。 
发明内容
本发明的目的在于提出了一种使用方便、测量结果精确可靠的土壤热阻系数测量探头,既可用于实验室取样测量,又可以在不破坏土壤结构的条件下,现场直接测量土壤热阻系数,尤其适用于各种电力电缆、热力管道等设施埋设深度范围内土壤热阻系数的测量。 
本发明的技术方案是:基于点热源法的土壤热阻系数测量探头,其特征在于:测量探头为球状结构,由一个中空的金属球壳、绝缘导热填充物、电加热装置和测温热电偶组成,球壳上开有一个圆孔、一个长条形凹槽缝隙,电加热装置位于球内中心位置,热电偶测温探头安装在金属球外表面的凹槽缝隙内,电加热装置电源馈线通过圆孔引出球壳外,热电偶温度信号传输线通过圆孔引入球壳内,沿球壳内壁再连接长条形凹槽缝隙内的测 温探头,金属球壳内部有绝缘导热填充物充实填满,电加热装置及其馈线、热电偶温度信号传输线通过绝缘导热填充物密封并定位,金属球壳与电加热装置及其馈线绝缘。 
如上所述的基于点热源法的土壤热阻系数测量探头,其特征在于:电加热装置与功率可调的直流电源相连,作为测量点的加热源。 
如上所述的基于点热源法的土壤热阻系数测量探头,其特征在于:热电偶测温探头和金属球壳间用绝缘的导热硅胶隔开。 
本发明的有益效果是:可以通过取样来测量土壤导热系数,也可以在不破坏土壤结构的情况下,现场直接对土壤温度和导热系数进行测量,测量精度高,应用范围广,操作灵活方便。 
本发明的工作原理:由于金属球壳内置有加热装置,在球体表面安装有热电偶测温探头,测量时由电源提供恒定功率使加热装置发热,当金属球直径足够小时,可将金属球视为点热源。 
测量开始时,设时间t=0,点热源在无限大均匀介质中瞬时发出一定热量后,在任一时刻τ距离点热源r处的温升函数为: 
θ = Q d cρ ( 4 πατ ) 3 / 2 e - y 2 4 ατ - - - ( 1 )
式中: 
Qd:点热源的瞬时发热量,J; 
C:介质的比热容,J/kg.℃; 
ρ:介质的密度,kg/m3; 
α:介质的热扩散系数,m2/s; 
τ:在热源发热后的任意时刻,s。 
将上式对时间变量τ进行积分,即可以得到持续点热源温度场的解。 
设持续点热源的发热强度为qd,热源发热t秒后,距离热源r处的温升θt为: 
θ t = ∫ Q z θdt = q d 4 πλγ [ 1 - erf ( r 4 ατ ) ] - - - ( 2 )
式中: 
λ:介质的热传导率; 
Figure GSB00000717361000042
为误差函数,当 
Figure GSB00000717361000043
足够小,即金属球直径足够小或加热时间足够长时, 可忽略不计,表现为金属球表面温度趋于某一恒定的值θ。此时,由上式可得: 
λ = q d 4 πθγ
附图说明
附图1为本发明实施例基于点热源法的土壤热阻系数测量探头示意图。 
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。 
附图标记说明:1-热电偶温度信号传输线、2-电加热装置电源馈线、3-圆孔、4-中空金属球壳、5-热电偶测温探头、6-长条形凹槽缝隙、7 -电加热装置、8-绝缘导热填充物。 
如附图1所示,基于点热源法的土壤热阻系数测量探头,主要包括:中空金属球壳4、绝缘导热填充物8、电加热装置7、热电偶测温探头5组成,球壳上开有一个圆孔3、一个长条形凹槽缝隙6,电加热装置7位于球内中心位置,热电偶测温探头5安装在金属球外表面的凹槽缝隙6内,电加热装置7电源馈线2通过圆孔3引出球壳外,热电偶温度信号传输线1通过圆孔3引入球壳4内,沿球壳内壁再连接长条形凹槽缝隙6内的测温探头5,金属球壳4内部有绝缘导热填充物8充实填满,电加热装置7及其馈线2、热电偶温度信号传输线1通过绝缘导热填充物8密封并定位,金属球壳4与电加热装置7及其馈线2绝缘。 
现场测量中,将中空金属球壳4埋设在待测地点,将加热装置7与一功率恒定的直流电源相连接,通温度检测装置读取由热电偶测温探头5测到的温度值,当温度值趋于恒定时,即可计算出待测土壤的热传导率和热阻系数,中空金属球壳4可按照需求埋设在不同的深度,便于测量不同位置的土壤热阻系数。 

Claims (3)

1.基于点热源法的土壤热阻系数测量探头,其特征在于:所述的土壤热阻系数测量探头为球状结构,由一个中空的金属球壳、绝缘导热填充物、电加热装置和测温热电偶组成,所述的金属球壳上开有一个圆孔、一个长条形凹槽缝隙,电加热装置位于金属球壳内中心位置,测温热电偶安装在金属球壳外表面的长条形凹槽缝隙内,电加热装置电源馈线通过圆孔引出到金属球壳外部,测温热电偶的温度信号传输线通过圆孔引入金属球壳内,沿金属球壳内壁再连接至长条形凹槽缝隙内的测温热电偶,金属球壳内部是绝缘导热填充物充实填满,电加热装置及电加热装置电源馈线、测温热电偶温度信号传输线通过绝缘导热填充物密封并定位,金属球壳与电加热装置及电加热装置电源馈线绝缘。
2.如权利要求1所述的基于点热源法的土壤热阻系数测量探头,其特征在于:电加热装置与功率可调的直流电源相连,作为被测量点的加热源。
3.如权利要求1所述的基于点热源法的土壤热阻系数测量探头,其特征在于:所述的测温热电偶和金属球壳间用绝缘的导热硅胶隔开。
CN201010117484XA 2010-02-02 2010-02-02 基于点热源法的土壤热阻系数测量探头 Active CN101936932B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201010117484XA CN101936932B (zh) 2010-02-02 2010-02-02 基于点热源法的土壤热阻系数测量探头

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201010117484XA CN101936932B (zh) 2010-02-02 2010-02-02 基于点热源法的土壤热阻系数测量探头

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101936932A CN101936932A (zh) 2011-01-05
CN101936932B true CN101936932B (zh) 2012-07-18

Family

ID=43390373

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201010117484XA Active CN101936932B (zh) 2010-02-02 2010-02-02 基于点热源法的土壤热阻系数测量探头

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101936932B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104165899A (zh) * 2013-05-20 2014-11-26 河海大学 一种大体积混凝土导温系数现场测定装置及测定方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102998327A (zh) * 2012-11-16 2013-03-27 北京市太阳能研究所集团有限公司 热稳定性快速检测仪及检测方法
CN104897718A (zh) * 2015-05-08 2015-09-09 西安交通大学 一种深层土壤热参数监测传感器及检测方法
CN106199062A (zh) * 2016-07-05 2016-12-07 天津大学 地下水渗流速度及温度的微球测量装置
CN107907567B (zh) * 2017-12-19 2020-04-03 中国电力科学研究院有限公司 一种电缆线路土壤介质的热阻系数计算方法及系统
CN108548844B (zh) * 2018-05-11 2020-09-11 东南大学 圆环加热激励中心点测温的热物性传感器及测量方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101122572A (zh) * 2007-09-17 2008-02-13 北京华创维想科技开发有限责任公司 土壤热通量传感器
CN201788161U (zh) * 2010-02-02 2011-04-06 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 基于点热源法的土壤热阻系数测量探头

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101122572A (zh) * 2007-09-17 2008-02-13 北京华创维想科技开发有限责任公司 土壤热通量传感器
CN201788161U (zh) * 2010-02-02 2011-04-06 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 基于点热源法的土壤热阻系数测量探头

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104165899A (zh) * 2013-05-20 2014-11-26 河海大学 一种大体积混凝土导温系数现场测定装置及测定方法
CN104165899B (zh) * 2013-05-20 2018-06-01 河海大学 一种大体积混凝土导温系数现场测定装置及测定方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN101936932A (zh) 2011-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN201788161U (zh) 基于点热源法的土壤热阻系数测量探头
CN101936932B (zh) 基于点热源法的土壤热阻系数测量探头
Ren et al. Development of thermo‐time domain reflectometry for vadose zone measurements
CN103884736A (zh) 一种沥青混合料热传导试验装置
CN103713011A (zh) 可实地自我校正间距的双针热脉冲热特性测量装置及方法
CN113008935A (zh) 一种土壤含水量、热特性和电导率的原位测定装置及方法
CN101311685B (zh) 热式质量流量计
CN109884115A (zh) 原位土体水平导热系数的测定方法
CN201594082U (zh) 一种便携式土壤热阻系数测量装置
Makowski et al. An evaluation of two rapid methods of assessing the thermal resistivity of soil
CN104390884A (zh) 一种极地海冰密度自动化测量装置
CN206601352U (zh) 用于测定冻土各向导热系数的装置
CN105717362B (zh) 电阻率测量装置及方法
CN201072411Y (zh) 一种良导体导热系数测量仪
CN202649147U (zh) 一种地下岩土分层热物性现场热响应测试装置
CN112485291A (zh) 一种加热型温度静力触探装置及其标定与试验方法
CN108226220A (zh) 温控各向异性土体热物性联合测试装置及测试方法
CN101750167B (zh) 结冰温度传感器及其测量方法
CN103630569A (zh) 一种基于容积热质测定材料中异质含量的方法
CN203758942U (zh) 一种沥青混合料热传导试验装置
JPS61233350A (ja) 土壌水分測定装置
CN212568564U (zh) 一种导热系数测定装置用改进防护热板
Kasubuchi et al. Measurement of spatial average of field soil water content by the long heat probe method
CN207318395U (zh) 一种用于大地综合导热性能的测试装置
RU224461U1 (ru) Средство измерения температуры грунта

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: WUHAN NARI CO., LTD. OF STATE GRID ELECTRIC POWER

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
COR Change of bibliographic data

Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 430074 WUHAN, HUBEI PROVINCE TO: 210003 NANJING, JIANGSU PROVINCE

TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20111122

Address after: Nanjing City, Jiangsu Province, 210003 South Shui Road No. 8

Applicant after: State Grid Electric Power Research Insititute

Co-applicant after: Wuhan Nari Limited Liability Company of State Grid Electric Power Research Institute

Address before: 430074 Hubei Province, Wuhan city Hongshan District Luoyu Road No. 143

Applicant before: Wuhan Nari Limited Liability Company of State Grid Electric Power Research Institute

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20160704

Address after: 430074 Hubei city of Wuhan province Wuchang Luo Yu Road, No. 143

Patentee after: Wuhan Nari Limited Liability Company of State Grid Electric Power Research Institute

Address before: Nanjing City, Jiangsu Province, 210003 South Shui Road No. 8

Patentee before: State Grid Electric Power Research Insititute

Patentee before: Wuhan Nari Limited Liability Company of State Grid Electric Power Research Institute