CN102854392A - 一种土样室内电阻率测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种土样室内电阻率测量方法及装置，其特征在于：1）按测量要求准备好样品放置装置（2）和直流电阻率测量仪器（5），将土样品（1）固定于样品放置装置（2）上，以四极法将样品放置装置（2）与直流电阻率测量仪器（5）连接起来；2）开机按直流电阻率测量仪器操作流程设置参数；3）参数设置完毕开始采集并记录电压、电流和电阻率值ρ₁，完成第一次测量；4）上次测量结束，对换两接收电极再次测量，并记录此次测量电压，电流和电阻率值ρ₂；5）采用叠加平均的方法进一步降低极化效应，叠加平均用表达式电阻率ρ＝(ρ₁-ρ₂)/2表示，则得到被测土样品的室内电阻率ρ＝(ρ₁-ρ₂)/2。本发明具有测量精确、测量方法简单的有益效果，适用于海洋土样品、陆地土样品或制作样品土的室内电阻率测量。

Description

一种土样室内电阻率测量方法及装置

技术领域

本发明涉及本发明涉及一种土样室内电阻率测量方法及装置，特别针对海洋土样品，也可用于陆地土或制作样品土的室内电阻率测量。属于土壤分析及设备技术领域。

背景技术

土壤样品的电阻率可为地基的设计提供参考依据，特别地，海洋土的电阻率还可以为确定海洋土的工程力学以及腐蚀性等参数提供必要参考依据，因此土壤尤其是海洋土电阻率的测量非常重要。

目前，海洋土电阻率的测量方法可以分为室内和原位测试两种。在海上孔压静力触探原位测试装置上安装海洋土电阻率测量探头（RCPTU），是目前国际上常用的海洋土电阻率测量方法，然而该种方法费用极其昂贵且施工不便。虽然国外也有用RCPTU探头在室内进行电阻率测量的报道，但由于该探头截面积和长度相对大，只适用于非天然、大体积扰动土的电阻率理论研究，而且由于费用和样品扰动等问题目前还无法取到如此大体积的天然海洋土样品，因此，还不能用来测量天然海洋土的电阻率。陆地土的电阻率通用测量方法为现场直流电阻率测量，因为测量对象为大地，其观测装置无论是发射、接收间距还是电极本身尺寸均大，其电阻率计算原理也为大地电阻率计算原理，装置系数K只与电极排列有关，与被测体无关，如果把该种现场直流电阻率测量仪器应用到室内土电阻率测量需要对电极尺寸、排列方式、电阻率计算公式等进行改进。虽然国外也有室内电阻率测量仪器，但其中有些仪器只能针对制备样品土进行电阻率测量，进行土的电阻率理论研究；有些对取样样品测量中的扰动性、电极紧密接触没有充分考虑，导致测量结果误差较大。中国专利ZL03222401.X公布了一种“交流低频土电阻率测试仪”，由信号采集电路、信号处理电路组成，安装在三轴仪或压缩仪等土工仪器上采用二极法同步测量电阻率，进行土结构的研究，该专利采用二极法测量电阻率测量误差大，必须进行电阻率修正降低测量误差，更适合自制样品的理论研究。

发明内容

本发明的目的之一，是针对现有海洋土测量方法费用高、施工不方便，及现有陆地土测量方法误差大、必须再进行电阻率修正等缺陷，提供一种土样室内电阻率测量方法，以室内的方式经济、快捷、方便且扰动小的实现海洋土电阻率的测量。

本发明的目的之二，是为了提供一种土样室内电阻率测量装置。

本发明的目的之一可以通过采取如下措施达到：

一种土样室内电阻率测量装置及方法，其特征在于包括如下步骤：

1）按测量要求准备好包括样品放置装置和直流电阻率测量仪器的土样室内电阻率测量装置，以土样品为测量对象，将土样品固定于样品放置装置上并确保土样品的两端与电极板紧密接触，并以钢丝固定进一步确保电极板与样品保持紧密接触后，以四极法将样品放置装置与直流电阻率测量仪器连接起来；

2）根据肉眼观测到的土样品估计其电阻率范围从而确定供电电压；开机按直流电阻率测量仪器操作流程设置参数，其中装置系数k取值按如下表达k＝(πr^2)/a设置，

其中，r为样品半径，a为接收电极极距；

3）参数设置完毕开始采集并记录电压、电流和电阻率值ρ₁，同时记录室内温度T，完成第一次测量；

4）上次测量结束，对换两接收电极再次测量，并记录此次测量电压，电流和电阻率值ρ₂；

5）采用叠加平均的方法进一步降低极化效应，叠加平均用表达式ρ＝(ρ₁-ρ₂)/2表示，则得到被测土样品的室内电阻率ρ＝(ρ₁-ρ₂)/2。

当室内温度高于21℃时，可以采用表达式

对所得电阻率进行温度校正，其中，ρ_T为T℃时所得电阻率，T为试验时室内温度。

进一步的技术解决方案，根据土样品长度确定接收电极极距a，接收电极极距a一般为土样品长度的一半，以土样品中心为始点向左右两侧延伸a/2长确定接收电极位置，然后把接收电极固定于土壤中；连接接收电极、发射电极至直流电阻率测量仪器。

进一步的技术解决方案，当土样品由绝缘塑料外套包裹时，，在进行土样品的电阻率测量时，取土壤样品，首先除去样品两端盖帽，根据样品长度调整样品放置装置两固定支架距离，放置样品支架薄板，之后固定海底土样于装置上，待电极板与样品土样紧密接触后，由钢丝两端置于预留孔中固定两支架相对位置；根据土样品长度确定接收电极极距a，接收电极极距a该一般为土样品长度的一半，以土样品中心为始点向左右两侧延伸a/2长钻孔，然后把接收电极4压入土壤至电极凸出环；连接接收电极、发射电极至直流电阻率测量仪器。

进一步的技术解决方案，当土样品由铁质外套包裹时，在土电阻率测试时，取海底土壤样品，首先除去样品两端盖帽，采用专业推土器推出土样；根据样品长度调整样品放置装置两固定支架距离，放置样品支架薄板，小心的把推出的土样放置于薄板上，待电极板与样品土样紧密接触后，由钢丝两端置于预留孔中固定两支架相对位置；根据土样品长度确定接收电极极距a，接收电极极距a一般为土样品长度的一半，以土样品中心为始点向左右两侧延伸a/2长，然后把接收电极压入土壤至电极凸出环；连接接收电极、发射电极至直流电阻率测量仪器。

本发明的目的之二可以通过采取如下措施达到：

一种土样室内电阻率测量装置，其结构特点在于：包括土样放置装置和直流电阻率测量仪器，在土样放置装置的两侧各设有一发射电极板及接头，在土样放置装置的中部设有二个接收电极；所述发射电极板及接头和接收电极与直流电阻率测量仪器的对应功能端口电连接，构成四极法连接结构。

进一步的技术改进方案，直流电阻率测量仪器为野外测量大地电阻率的仪器，所供电压达90V甚至180V，由于海底电阻率相对偏低，为了避免直流电阻率测量仪器电流过大烧毁仪器，供电电压取值3V~9V。

进一步的技术改进方案，发射电极板及接头采用导电性能好的铜作为电极板材料，采用铬锆铜作为电极接头材料；发射电极板直径d₁可以取值7cm、8.9cm.10.8cm，厚度2mm；发射电极接头直径0.3cm，长3cm。

进一步的技术改进方案，样品放置装置2左右两侧支架为绝缘硬质塑料材质，且两支架的距离可根据样品长度调整；样品支架薄板采用硬质PVC材质，厚0.5cm，其长度可根据样品长度调整；发射电极板、接头与绝缘支架固定在一起；样品放置装置2底盘左右两侧分别留有3mm直径1cm深的孔，为钢丝固定样品放置装置而设。

进一步的技术改进方案，接收电极采用铜作为电极材料，尺寸为1～2mm直径，6cm长；形状为针形，容易压入土样与被测介质紧密接触；电极制备过程中采用去极剂降低铜电极的极化效应；距电极顶端1cm处有凸出环以便于固定电极压入土样的深度。

本发明具有如下突出的有益效果：

1、本发明涉及的土样室内电阻率测量方法，由于有专门的样品放置装置，且土样放置的两侧各设有一发射电极板及接头，在土样放置装置的中部设有二个接收电极；所述发射电极板及接头和接收电极与直流电阻率测量仪器的对应功能端口连接，构成四极法连接结构，因此其高精度的测量方法和专门的装置使得所获得的测试结果更准确可靠。

2、本发明由于有专门的样品放置装置；接收电极位置方便确定，为土样中心为始点向左右两侧延伸a/2长处（a为土样长度的一半）；降低供电电压，并根据表达式k＝(πr^2)/a设置装置系数k，即可使用野外陆地土电阻率测量仪器，因此，具有测量方法方便快捷的有益效果。

3、本发明测量的实施采用了多次测量叠加平均和温度补偿的方法来降低极化效应和测试环境温度的影响，从而进一步减小了测量误差，并且当海洋土样品套为绝缘材料时，样品测量前无需推出土样，只需拆开去掉样品套两边盖帽即可，不仅省时，而且可最大限度的保持土样的天然特征，使得测量结果更逼近真实值。

附图说明

图1为本发明一个具体实施例的室内海洋土电阻率测量装置结构示意图。

图2为图1中样品旋转装置的结构俯视图。

图3为图1中样品旋转装置的结构主视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述：

具体实施例1：

参照图1，本实施例涉及的土样室内电阻率测量装置，包括土样放置装置2和直流电阻率测量仪器5，在土样放置装置2的两侧各设有一发射电极板及接头3，在土样放置装置2的中部设有二个接收电极4；所述发射电极板及接头3和接收电极4与直流电阻率测量仪器5的对应功能端口电连接，构成四极法连接结构。

1-海底样品；2-样品放置装置；3-发射电极板及接头；4-接收电极；5-直流电阻率测量仪器；6-固定钢丝；7-支架薄板。

参照图2、图3，样品放置装置2的规格尺寸为：L1=15cm；L2=7cm、9cm、11cm；W1＝7cm；W2＝3cm；W3＝2cm；W4＝0.2cm；W5＝0.8cm；H2＝0.5＋L2；H1＝3cm。

本实施例中：

直流电阻率测量仪器5采用适用于野外测量的大地直流电阻率测量仪，该测量仪的额定供电电压为90V或180V。由于海土样品的电阻率相对偏低，为了避免直流电阻率测量仪器5电流过大烧毁仪器，本实施例采用供电电压取值3V~9V。

发射电极板及接头3采用导电性能好的铜作为电极板材料，采用铬锆铜作为电极接头材料；发射电极板直径d₁可以取值7cm、8.9cm.10.8cm，厚度2mm；发射电极接头直径0.3cm，长3cm。

样品放置装置2左右两侧支架为绝缘硬质塑料材质，且两支架的距离可根据样品长度调整；样品支架薄板7采用硬质PVC材质，厚0.5cm，其长度可根据样品长度调整；发射电极板、接头与绝缘支架固定在一起；样品放置装置2底盘左右两侧分别留有3mm直径1cm深的孔，为钢丝6固定样品放置装置2而设。

接收电极4采用铜作为电极材料，尺寸为1～2mm直径，6cm长；形状为针形，容易压入土样与被测介质紧密接触；电极制备过程中采用去极剂降低铜电极的极化效应；距电极顶端1cm处有凸出环以便于固定电极压入土样的深度。

本实施例涉及的测量装置为进行海洋土室内电阻率测量的装置，进行海洋土室内电阻率测量的方法如下：

取样套为绝缘塑料，在海洋土电阻率测试时，取海底土壤样品，首先除去样品两端盖帽，根据样品长度调整样品放置装置2两固定支架距离，放置样品支架薄板7，之后固定海底土样于装置2上，待电极板3与样品土样紧密接触后，由钢丝6两端置于预留孔中固定两支架相对位置；根据样品长度确定接收电极极距a（一般为取样品长度的一半），以样品中心为始点向左右两侧延伸a/2长钻孔，然后把接收电极4固定于土壤中至凸出环位置；连接接收电极、发射电极至直流电阻率测量仪器5，根据肉眼观测到的土样估计其电阻率范围从而确定供电电压；开机按直流电阻率测量仪器操作流程设置参数，其中装置系数k取值按如下表达式（1）设置：

k＝(πr^2)/a            （1）

其中，r为样品半径，a为接收电极极距。

参数设置完毕开始采集并记录电压、电流和电阻率值ρ₁，同时记录室内温度T。

测量结束，对换两接收电极再次测量，并记录此次测量电压，电流和电阻率值ρ₂。

由于金属电极不同程度的存在极化效应，因此采用叠加平均的方法进一步降低极化效应，叠加平均的取值按如下表达式（2）

ρ＝(ρ₁-ρ₂)/2            （2）

当室内温度高于21℃时，采用如表达式（3）对所得电阻率进行温度校正，

${\mathrm{\ρ}}_{15.5}={\mathrm{\ρ}}_T((24.5+T)/40)$ （3）

其中，ρ_T为T℃时所得电阻率，T为试验时室内温度，℃。

该种实施方式的特点为：海洋土样品1的样品套为绝缘材料，样品测量前无需推出土样，只需拆开去掉样品套两边盖帽即可，省时，且最大限度的保持了土样的天然特征，减少了测量误差。

具体实施例2：

本实施例2的特点是：当取样套为铁质材料，在海洋土电阻率测试时，取海底土壤样品，首先除去样品两端盖帽，采用专业推土器推出土样；根据样品长度调整样品放置装置2两固定支架距离，放置样品支架薄板7，小心的把推出的土样放置于装置2上，待电极板3与样品土样紧密接触后，由钢丝6两端置于预留孔中固定两支架相对位置；根据土样品长度确定接收电极极距a，接收电极极距a该一般为土样品长度的一半，以土样品中心为始点向左右两侧延伸a/2长，然后把接收电极4固定于土壤中至凸出环；连接接收电极、发射电极至直流电阻率测量仪器5。

海洋土样品的室内电阻率的测量方法同具体实施例1。

本发明除了适用于具体实施例1、具体实施例2所述的海洋土样品的室内电阻率测量之外，还适用于陆地土样品或制作样品土的室内电阻率测量。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种土样室内电阻率测量方法，其特征在于包括如下步骤：

1）按测量要求准备好包括样品放置装置（2）和直流电阻率测量仪器（5）的土样室内电阻率测量装置，以土样品（1）为测量对象，将土样品（1）固定于样品放置装置（2）上并确保土样品（1）的两端与电极板（3）紧密接触，并以钢丝（6）固定进一步确保电极板与样品保持紧密接触后，以四极法将样品放置装置（2）与直流电阻率测量仪器（5）连接起来；

2）根据肉眼观测到的土样品估计其电阻率范围从而确定供电电压；开机按直流电阻率测量仪器操作流程设置参数，其中装置系数k取值按如下表达k＝(πr^2)/设置，

其中，r为样品半径，a为接收电极极距；

3）参数设置完毕开始采集并记录电压、电流和电阻率值ρ₁，同时记录室内温度T，完成第一次测量；

4）上次测量结束，对换两接收电极再次测量，并记录此次测量电压，电流和电阻率值ρ₂；

5）采用叠加平均的方法进一步降低极化效应，叠加平均用表达式ρ＝(ρ₁-ρ₂)/2表示，则得到被测土样品的室内电阻率ρ-(ρ₁-ρ₂)/2。

2.如权利要求1所述的一种土样室内电阻率测量方法，其特征在于：当土样品由绝缘塑料外套包裹时，在进行土样品的电阻率测量时，取土壤样品，首先除去样品两端盖帽，根据样品长度调整样品放置装置（2）两固定支架距离，放置样品支架薄板（7），之后固定土样于装置（2）上，待电极板(3)与样品土样紧密接触后，由钢丝(6)两端置于预留孔中固定两支架相对位置；根据土样品长度确定接收电极极距a，该接收电极极距a为土样品长度的一半，以土样品中心为始点向左右两侧延伸a/2长钻孔，然后把接收电极（4）固定于土壤中；连接接收电极、发射电极至直流电阻率测量仪器（5）。

3.如权利要求1所述的一种土样室内电阻率测量方法，其特征在于：当土样品由铁质外套包裹时，在土样电阻率测试时，取土壤样品，首先除去样品两端盖帽，采用专业推土器推出土样；根据样品长度调整样品放置装置（2）两固定支架距离，放置样品支架薄板(7)，小心的把推出的土样放置于装置(2)上，待电极板(3)与样品土样紧密接触后，由钢丝(6)两端置于预留孔中固定两支架相对位置；根据土样品长度确定接收电极极距a，该接收电极极距a为土样品长度的一半，以土样品中心为始点向左右两侧延伸a/2长，然后把接收电极（4）固定于土壤中；连接接收电极、发射电极至直流电阻率测量仪器（5）。

4.如权利要求1所述的一种土样室内电阻率测量方法的装置，其特征在于：包括土样放置装置（2）和直流电阻率测量仪器（5），在土样放置装置（2）的两侧各设有一发射电极板及接头（3），在土样放置装置（2）的中部设有二个接收电极（4）；所述发射电极板及接头（3）和接收电极（4）与直流电阻率测量仪器（5）的对应功能端口电连接，构成四极法连接结构。

5.如权利要求4所述的一种土样室内电阻率测量方法的装置，其特征在于：直流电阻率测量仪器（5）为野外测量大地电阻率的仪器，其供电电压取值3V～9V。

6.如权利要求4或5所述的一种土样室内电阻率测量方法的装置，其特征在于：发射电极板及接头（3）采用导电性能好的铜作为电极板材料，采用铬锆铜作为电极接头材料；发射电极板直径d₁取值7cm、8.9cm或10.8cm，其厚度为2mm；发射电极接头直径0.3cm，长3cm。

7.如权利要求4或5所述的一种土样室内电阻率测量方法的装置，其特征在于：样品放置装置（2）左右两侧支架为绝缘硬质塑料材质，两支架的距离根据样品长度调整；样品支架薄板（7）采用硬质PVC材质、其厚0.5cm，其长度根据样品长度调整；发射电极板、接头与绝缘支架固定在一起；样品放置装置（2）底盘左右两侧分别留有3mm直径1cm深的孔，为钢丝（6）固定样品放置装置（2）而设。

8.如权利要求4或5所述的一种土样室内电阻率测量方法的装置，其特征在于：接收电极（4）采用铜作为电极材料，尺寸为1～2mm直径，6cm长；形状为针形，容易压入土样与被测介质紧密接触；电极制备过程中采用去极剂降低铜电极的极化效应；距电极顶端1cm处有凸出环以便于固定电极压入土样的深度。

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