CN107271481B - 一种多方位土壤热导率测量装置及方法 - Google Patents

一种多方位土壤热导率测量装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107271481B
CN107271481B CN201710554826.6A CN201710554826A CN107271481B CN 107271481 B CN107271481 B CN 107271481B CN 201710554826 A CN201710554826 A CN 201710554826A CN 107271481 B CN107271481 B CN 107271481B
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
probe
thermal conductivity
soil
temperature sensor
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
CN201710554826.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107271481A (zh
Inventor
王卫华
丁砥
李建波
龙小军
程贝
谢军
张志鹏
贾维兵
袁鸿猷
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.)
Kunming University of Science and Technology
Original Assignee
Kunming University of Science and Technology
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 Kunming University of Science and Technology filed Critical Kunming University of Science and Technology
Priority to CN201710554826.6A priority Critical patent/CN107271481B/zh
Publication of CN107271481A publication Critical patent/CN107271481A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107271481B publication Critical patent/CN107271481B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/18—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal conductivity

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

本发明涉及一种多方位土壤热导率测量装置及方法，属于土壤物理学技术领域。本发明包括温度传感器探针，探针座，热脉冲探针，内螺纹口，工型凸台，工型滑槽，热电偶，热脉冲发生器，手持控制器、底板；根据所测土壤深度选择不同长度的温度传感器探针和热脉冲探针，分别通过探针螺纹固定杆、探针外螺纹杆和探针座中心的内螺纹(口)旋转组合在一起，且通过导线与手持控制器相连接；改测量装置的测量方法包括如下步骤：设备组合→读取配置→参数设置→数据采集→热导率计算。本发明能在现场直接读取土壤的热导率，减少被测土壤扰动，从而避免了因采样环境改变对测量结果所带来的不利影响，显著提高了被测土壤热导率的测量精度。

Description

一种多方位土壤热导率测量装置及方法
技术领域
本发明涉及一种多方位土壤热导率测量装置及方法，属于土壤物理学技术领域。
背景技术
热导率又称“导热系数”，反映材料导热能力的大小，是热特性的一个重要物理指标。土壤吸收一定热量后，一部分用于自身升温，一部分传导给其临近土层。土壤具有将所吸收热量传导到邻近土层的性能，称为导热性，其大小用导热率λ表示，代表1cm厚度的土层，温度差1℃时，每秒钟经断面1cm2通过的热量的焦耳数，单位：J/CM·S·℃；
目前土壤热导率测定方法分为稳态法和非稳态法。稳态法加热时间长，在对含有水分的材料进行测量时会造成水分迁移和再分布，从而造成较大误差，影响实验测量结果。非稳态热导率测试仪有常功率瞬态平面热源法、热线法、热探针法、热带法、激光闪射法等。瞬态加热使用热脉冲形式对研究材料脉冲加热，对水分迁移和再分布影响较小。
目前研究人员在探究散状材料热导率时多采用瞬态热脉冲法，单探针热导率仪、三探针热导率仪使用广泛。但这些仪器中，探针长度、间距固定，当面对情况复杂的随机材料时会对研究造成局限性。为此，我们设计了一种组合型多探针热导率仪，可以面对复杂的测量环境选择合适的探针进行组合，选择不同长度探针从而在不同方位，不同深度获得更精准的热导率参数。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种多方位土壤热导率测量装置及方法，用于解决现有探针热导率探针长度、间距固定面对情况复杂的随机材料时对研究造成的局限性的问题，以及对测量不同方位、不同深度的热导率时准确率低、误差大的问题，以及不便于进行多指标的检测问题；
该装置既能在室内进行扰动土热导率检测，又能在室外进行原状土热导率检测。该装置既安装温度探针和热脉冲探针进行热导率测量，又能安装其他土壤物理特性测量探针进行其他参数测量，从而实现多指标检测。本装置可以实现多尺度、多方位、多深度热导率测量，并能减小测量误差。
本发明技术方案是：一种多方位土壤热导率测量装置，包括温度传感器探针1，探针座3，热脉冲探针4，内螺纹口5，工型凸台6，工型滑槽7，热电偶8，热脉冲发生器11，手持控制器33、底板34；
所述探针座3，侧面为工型凸台6，相邻另一侧为工型滑槽7，探针座3是中心部分为内螺纹口5；
所述底板34由多个探针座3组合而成，一个探针座3一侧工型滑槽7插入另一个探针座3一侧的工型凸台6组合而成，每个探针座大小相同；根据所测土壤深度选择不同长度的温度传感器探针1和热脉冲探针4；分别通过探针螺纹固定杆2、探针外螺纹杆10和探针座3中心的内螺纹口5旋转组合在一起；
所述温度传感器探针1为空心结构，在内部放置热电偶8和热电偶导线9，且热电偶8和热电偶导线9相连，且热电偶导线9在探针内部拉直不弯曲；温度传感器探针1热电偶8和热电偶导线9组合构成温度传感器21；热电偶导线9的外部延长线与手持控制器33内部的数据采集模块14相连；
所述热脉冲探针4为空心结构，在内部底部固定放置热脉冲发生器11，且通过热脉冲导线12与手持控制器33内部的热脉冲控制模块16相连。
所述温度传感器21与数据采集模块14相连，温度传感器21以每秒采集温度数据一次然后通过滤波模块22将温度的模拟信号去除噪声，再经过A/D转换模块23将模拟信号转换成数字信号，并将数据传送到数据处理和存储模块13将数据储存，数据采集模块14与数据处理和存储模块13与FLASH存储模块19相连。
在手持控制器33内部电路板上集成：数据处理与存储模块13、数据采集模块14、人机交互模块15、热脉冲控制模块16和电源模块17。
数据采集模块14包括滤波模块22，A/D转换模块23；滤波模块22与外部温度传感器21相连，A/D转换模块23与数据处理与存储模块13输入端相连。
所述数据处理与存储模块13包括MCU控制器18，FLASH存储模块19，串口通信模块20；MCU控制器18与FLASH存储模块19相连；数字信号经过串口通信模块20传入MCU控制器18进行数据处理并将处理过后的数据存储在FLASH存储模块19中，并通过串口通信模块20进行MCU程序写入与擦除。
所述人机交互模块15包括声音模块24，液晶显示器25，键盘输入模块26；液晶显示器25、键盘输入模块26位于手持控制器33表面部分，液晶显示器25与数据处理与存储模块13输出端相连，键盘输入模块26与数据处理与存储模块13输入端相连。当仪器结束测量时，数据处理与存储模块13将数据处理完毕后，显示在液晶显示器25上，并可通过键盘输入模块26调用FLASH存储模块19内所存储的数据。声音模块24在实验异常或实验结束时发出提示音。
所述热脉冲控制模块16包括电压控制模块27，计时模块28，开关电路29，热脉冲发生模块30；电压控制模块27电压输出端与计时模块28、开关电路29相连，协同控制热脉冲控制模块16。MCU控制器18通过电压控制模块27控制热脉冲电压从而控制热脉冲发生模块30模块功率，计时模块28与开关电路29配合形成热脉冲。当计时模块28计时达到300s时，记录温度传感器温度达到最高所需的时间(s)和记录最大温度最大变化量Tm。通过内置程序热导率计算公式计算出热导率，计算其平均值，并显示在液晶显示器25上。
所述电源模块17包括220V～12V降压模块31，锂电池32；电源模块17为整个测量装置供电。
所述热脉冲探针4和温度传感器探针1具有10cm、15cm、20cm长度尺寸。
本发明装置的工作过程是：
在室外进行原状土土壤热导率检测中，根据被测土壤深度选择合适长度探针，确定研究测量尺度，将探针座3组合成符合研究需求的底板34；温度传感器探针1和热脉冲探针4通过内螺纹(口)5分别和探针螺纹固定杆2、探针外螺纹杆10连接在一起，通过导线与手持控制器33相连接。温度传感器探针1和热脉冲探针4顶端中心距离为R，将R通过手持控制器33输入对应探针，将探针插入土壤，打开手持控制器33进行开关测量；
热脉冲探针4以频率R0(Hz)产生热脉冲，温度传感器以每秒一次的频率对土壤温度进行采样，当温度达到最高时记录温度最大变化量Tm和其对应的所需要的时间tm(s)，数据根据下列公式在MCU控制器18进行运算；
式中：tm—感应探针温度达到最高所需的时间(s)；t0—热脉冲持续时间(s)；q—单位长度加热丝在单位时间内释放出的热(W·m-1)；Δt＝tm-t0；-Ei(-x)为与B步骤R1，R2…Rn有关的指数积分；得上，只要通过感应探针温度变化-时间曲线得到温度达到最高时温度最大变化量Tm和其对应的所需要的时间tm(s)，就能计算得到土壤热导率λ。
所述多方位热导率测量装置的测量方法的步骤如下：
A、选择测量土壤确定研究测量土壤深度选择合适长度探针，确定研究测量尺度，将探针座3组合成符合研究需求的底板34，温度传感器探针1和热脉冲探针4通过内螺纹口5分别和探针螺纹固定杆2、探针外螺纹杆10连接在一起，通过导线与手持控制器33相连接；
B、分别测量温度探针和热脉冲探针顶端直线距离，分别为R1，R2…Rn等，将距离Ri值分别通过键盘输入模块26输入系统中后将探针插入土壤，选择测量按钮，测量开始，电源模块17对热脉冲控制模块16供电产生热脉冲，MCU控制器18通过电压控制模块27控制热脉冲电压从而控制热脉冲发生模块30功率，计时模块28与开关电路29配合形成热脉冲，加热时间为300s；
C、测量地块土壤温度上升，温度传感器21以每秒采集温度数据一次然后通过滤波模块22将温度的模拟信号去除噪声，再经过A/D转换模块23将模拟信号转换成数字信号，数字信号经过串口通信模块20传入MCU控制器18进行数据处理并将处理过后的温度、时间数据存储在FLASH存储模块19中；
D、当仪器结束测量时，声音模块24发出提示音；MCU控制器18调用FLASH存储模块19所记录温度传感器温度达到最高所需的时间tm(s)和记录最大温度变化量Tm数据；通过内置程序中的热导率计算公式计算出热导率；并将其显示在液晶显示器25上，其中热导率计算公式为：
式中：tm—感应探针温度达到最高所需的时间(s)；t0—热脉冲持续时间(s)；q—单位长度加热丝在单位时间内释放出的热(W·m-1)；Δt＝tm-t0；-Ei(-x)为与B步骤R1，R2…Rn有关的指数积分；得上，只要通过感应探针温度变化-时间曲线得到温度达到最高时温度最大变化量Tm和其对应的所需要的时间tm(s)，就能计算得到土壤热导率λ。
本发明的有益效果是：
1、该热导率测量装置便携，易拆卸，快速有效测量土壤热导率，能够实现实验室扰动土热导率测量，同样方便野外原状土热导率测量；可根据研究需求自行组合装置配置探针，使测量更具有针对性；
2、可根据研究需求自行组合装置配置探针，可控研究尺度、测点间距、采样步长，使测量更具有针对性。多个探针同时测量减少了探针拔插次数对土壤的扰动，有效降低测量误差，显著提高了；
3、检测过程中可以快速获取大量实测数值，这些数值能够较全面地反映土壤热传导特性，有利于对土壤热传导物理特性的区域化研究；
4、该装置专门预留探针接口，方便后期转接其他传感器，便于进行土壤其他参数测量；
5、该装置的操作采用控制器实现，控制器的可编程性高，能够满足不同要求的土壤热导率检测，显著降低了人工劳动强度。
附图说明
图1是本发明总体结构示意图；
图2是本发明探针座示意图；
图3是本发明组合而成探针座底板示意图；
图4是本发明温度传感器探针示意图；
图5是本发明热脉冲探针结构示意图；
图6是本发明热导率测量装置工作流程图；
图7是本发明热导率测量装置中手持控制器模块构成图。
图中：1-温度传感器探针，2-探针螺纹固定杆，3-探针座，4-热脉冲探针，5-内螺纹(口)，6-工型凸台，7-工型滑槽，8-热电偶，9-热电偶内部导线，10-探针外螺纹杆，11-热脉冲发射器，12-热脉冲导线，13-数据处理和存储模块，14-数据采集模块，15-人机交互模块，16-热脉冲控制模块，17-电源模块，18-MCU控制器，19-FLASH存储模块，20-串口通信模块，21-温度传感器，22-滤波模块，23-A/D转换模块，24-声音模块，25-液晶显示器，26-键盘输入模块，27-电压控制模块，28-计时模块，29-开关电路，30-热脉冲发生模块，31-降压模块，32-锂电池，33-手持控制器，34-底板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-7所示，一种多方位土壤热导率测量装置，包括温度传感器探针1，探针座3，热脉冲探针4，内螺纹口5，工型凸台6，工型滑槽7，热电偶8，热脉冲发生器11，手持控制器33、底板34；
所述探针座3，侧面为工型凸台6，相邻另一侧为工型滑槽7，探针座3是中心部分为内螺纹口5；
所述底板34由多个探针座3组合而成，一个探针座3一侧工型滑槽7插入另一个探针座3一侧的工型凸台6组合而成，每个探针座大小相同；根据所测土壤深度选择不同长度的温度传感器探针1和热脉冲探针4；分别通过探针螺纹固定杆2、探针外螺纹杆10和探针座3中心的内螺纹口5旋转组合在一起；
所述温度传感器探针1为空心结构，在内部放置热电偶8和热电偶导线9，且热电偶8和热电偶导线9相连，且热电偶导线9在探针内部拉直不弯曲；温度传感器探针1热电偶8和热电偶导线9组合构成温度传感器21；热电偶导线9的外部延长线与手持控制器33内部的数据采集模块14相连；
所述热脉冲探针4为空心结构，在内部底部固定放置热脉冲发生器11，且通过热脉冲导线12与手持控制器33内部的热脉冲控制模块16相连。
所述温度传感器21与数据采集模块14相连，温度传感器21以每秒采集温度数据一次然后通过滤波模块22将温度的模拟信号去除噪声，再经过A/D转换模块23将模拟信号转换成数字信号，并将数据传送到数据处理和存储模块13将数据储存，数据采集模块14与数据处理和存储模块13与FLASH存储模块19相连。
作为本发明的进一步方案，在手持控制器33内部电路板上集成：数据处理与存储模块13、数据采集模块14、人机交互模块15、热脉冲控制模块16和电源模块17。
作为本发明的进一步方案，数据采集模块14包括滤波模块22，A/D转换模块23；滤波模块22与外部温度传感器21相连，A/D转换模块23与数据处理与存储模块13输入端相连。
作为本发明的进一步方案，所述数据处理与存储模块13包括MCU控制器18，FLASH存储模块19，串口通信模块20；MCU控制器18与FLASH存储模块19相连；数字信号经过串口通信模块20传入MCU控制器18进行数据处理并将处理过后的数据存储在FLASH存储模块19中，并通过串口通信模块20进行MCU程序写入与擦除。
作为本发明的进一步方案，所述人机交互模块15包括声音模块24，液晶显示器25，键盘输入模块26；液晶显示器25、键盘输入模块26位于手持控制器33表面部分，液晶显示器25与数据处理与存储模块13输出端相连，键盘输入模块26与数据处理与存储模块13输入端相连。当仪器结束测量时，数据处理与存储模块13将数据处理完毕后，显示在液晶显示器25上，并可通过键盘输入模块26调用FLASH存储模块19内所存储的数据。声音模块24在实验异常或实验结束时发出提示音。
作为本发明的进一步方案，所述热脉冲控制模块16包括电压控制模块27，计时模块28，开关电路29，热脉冲发生模块30；电压控制模块27电压输出端与计时模块28、开关电路29相连，协同控制热脉冲控制模块16。MCU控制器18通过电压控制模块27控制热脉冲电压从而控制热脉冲发生模块30模块功率，计时模块28与开关电路29配合形成热脉冲。当计时模块28计时达到300s时，记录温度传感器温度达到最高所需的时间(s)和记录最大温度最大变化量Tm。通过内置程序热导率计算公式计算出热导率，计算其平均值，并显示在液晶显示器25上。
作为本发明的进一步方案，所述电源模块17包括220V～12V降压模块31，锂电池32；电源模块17为整个测量装置供电。
作为本发明的进一步方案，所述热脉冲探针4和温度传感器探针1具有10cm、15cm、20cm长度尺寸。
所述多方位热导率测量装置的测量方法的步骤如下：
A、选择测量土壤确定研究测量土壤深度选择合适长度探针，确定研究测量尺度，将探针座3组合成符合研究需求的底板34，温度传感器探针1和热脉冲探针4通过内螺纹口5分别和探针螺纹固定杆2、探针外螺纹杆10连接在一起，通过导线与手持控制器33相连接；
B、分别测量温度探针和热脉冲探针顶端直线距离，分别为R1，R2…Rn等，将距离Ri值分别通过键盘输入模块26输入系统中后将探针插入土壤，选择测量按钮，测量开始，电源模块17对热脉冲控制模块16供电产生热脉冲，MCU控制器18通过电压控制模块27控制热脉冲电压从而控制热脉冲发生模块30功率，计时模块28与开关电路29配合形成热脉冲，加热时间为300s；
C、测量地块土壤温度上升，温度传感器21以每秒采集温度数据一次然后通过滤波模块22将温度的模拟信号去除噪声，再经过A/D转换模块23将模拟信号转换成数字信号，数字信号经过串口通信模块20传入MCU控制器18进行数据处理并将处理过后的温度、时间数据存储在FLASH存储模块19中；
D、当仪器结束测量时，声音模块24发出提示音；MCU控制器18调用FLASH存储模块19所记录温度传感器温度达到最高所需的时间tm(s)和记录最大温度变化量Tm数据；通过内置程序中的热导率计算公式计算出热导率；并将其显示在液晶显示器25上，其中热导率计算公式为：
式中：tm—感应探针温度达到最高所需的时间(s)；t0—热脉冲持续时间(s)；q—单位长度加热丝在单位时间内释放出的热(W·m-1)；Δt＝tm-t0；-Ei(-x)为与B步骤R1，R2…Rn有关的指数积分；得上，只要通过感应探针温度变化-时间曲线得到温度达到最高时温度最大变化量Tm和其对应的所需要的时间tm(s)，就能计算得到土壤热导率λ。
MCU控制器18检测到异常温度信号时声音模块24发出提示音。需要排除异常重新开始检测。
当接入220V电源时，降压模块31将电压降为12V向测量系统供电，对12V锂电池充电。当系统不连接电源时，12V电源放电为测量系统供电。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种多方位土壤热导率测量装置，其特征在于：包括温度传感器探针(1)，探针座(3)，热脉冲探针(4)，内螺纹口(5)，工型凸台(6)，工型滑槽(7)，热电偶(8)，热脉冲发生器(11)，手持控制器(33)、底板(34)；
所述探针座(3)，侧面为工型凸台(6)，相邻另一侧为工型滑槽(7)，探针座(3)是中心部分为内螺纹口(5)；
所述底板(34)由多个探针座(3)组合而成，一个探针座(3)一侧工型滑槽(7)插入另一个探针座(3)一侧的工型凸台(6)组合而成，每个探针座大小相同；根据所测土壤深度选择不同长度的温度传感器探针(1)和热脉冲探针(4)；分别通过探针螺纹固定杆(2)、探针外螺纹杆(10)和探针座(3)中心的内螺纹口(5)旋转组合在一起；
所述温度传感器探针(1)为空心结构，在内部放置热电偶(8)和热电偶导线(9)，且热电偶(8)和热电偶导线(9)相连，且热电偶导线(9)在探针内部拉直不弯曲；温度传感器探针(1)热电偶(8)和热电偶导线(9)组合构成温度传感器(21)；热电偶导线(9)的外部延长线与手持控制器(33)内部的数据采集模块(14)相连；
所述热脉冲探针(4)为空心结构，在内部底部固定放置热脉冲发生器(11)，且通过热脉冲导线(12)与手持控制器(33)内部的热脉冲控制模块(16)相连。
2.根据权利要求1所述的多方位土壤热导率测量装置，其特征在于：在手持控制器(33)内部电路板上集成：数据处理与存储模块(13)、数据采集模块(14)、人机交互模块(15)、热脉冲控制模块(16)和电源模块(17)。
3.根据权利要求1所述的多方位土壤热导率测量装置，其特征在于：数据采集模块(14)包括滤波模块(22)，A/D转换模块(23)；滤波模块(22)与外部温度传感器(21)相连，A/D转换模块(23)与数据处理与存储模块(13)输入端相连。
4.根据权利要求1所述的多方位土壤热导率测量装置，其特征在于：数据处理与存储模块(13)包括MCU控制器(18)，FLASH存储模块(19)，串口通信模块(20)；MCU控制器(18)与FLASH存储模块(19)相连；数字信号经过串口通信模块(20)传入MCU控制器(18)进行数据处理并将处理过后的数据存储在FLASH存储模块(19)中，并通过串口通信模块(20)进行MCU程序写入与擦除。
5.根据权利要求1所述的多方位土壤热导率测量装置，其特征在于：人机交互模块(15)包括声音模块(24)，液晶显示器(25)，键盘输入模块(26)；液晶显示器(25)、键盘输入模块(26)位于手持控制器(33)表面部分，液晶显示器(25)与数据处理与存储模块(13)输出端相连，键盘输入模块(26)与数据处理与存储模块(13)输入端相连。
6.根据权利要求1所述的多方位土壤热导率测量装置，其特征在于：热脉冲控制模块(16)包括电压控制模块(27)，计时模块(28)，开关电路(29)，热脉冲发生模块(30)；电压控制模块(27)电压输出端与计时模块(28)、开关电路(29)相连，协同控制热脉冲控制模块(16)。
7.根据权利要求1所述的多方位土壤热导率测量装置，其特征在于：电源模块(17)包括220V～12V降压模块(31)，锂电池(32)；电源模块(17)为整个测量装置供电。
8.根据权利要求1所述的多方位土壤热导率测量装置，其特征在于：热脉冲探针(4)和温度传感器探针(1)具有10cm、15cm、20cm长度尺寸。
9.一种利用权利要求1-8任一项所述的多方位土壤热导率测量装置的测量方法，其特征在于：所述方法的步骤如下：
A、选择测量土壤确定研究测量土壤深度选择合适长度探针，确定研究测量尺度，将探针座(3)组合成符合研究需求的底板(34)，温度传感器探针(1)和热脉冲探针(4)通过内螺纹口(5)分别和探针螺纹固定杆(2)、探针外螺纹杆(10)连接在一起，通过导线与手持控制器(33)相连接；
B、分别测量温度探针和热脉冲探针顶端直线距离，分别为R1,R2…Rn，将距离Ri值分别通过键盘输入模块(26)输入系统中后将探针插入土壤，选择测量按钮，测量开始，电源模块(17)对热脉冲控制模块(16)供电产生热脉冲，MCU控制器(18)通过电压控制模块(27)控制热脉冲电压从而控制热脉冲发生模块(30)功率，计时模块(28)与开关电路(29)配合形成热脉冲，加热时间为300s；
C、测量地块土壤温度上升，温度传感器(21)以每秒采集温度数据一次然后通过滤波模块(22)将温度的模拟信号去除噪声，再经过A/D转换模块(23)将模拟信号转换成数字信号，数字信号经过串口通信模块(20)传入MCU控制器(18)进行数据处理并将处理过后的温度、时间数据存储在FLASH存储模块(19)中；
D、当仪器结束测量时，声音模块(24)发出提示音；MCU控制器(18)调用FLASH存储模块(19)所记录温度传感器温度达到最高所需的时间tm和记录最大温度变化量Tm数据；通过内置程序中的热导率计算公式计算出热导率；并将其显示在液晶显示器(25)上，其中热导率计算公式为：
式中：tm—感应探针温度达到最高所需的时间，单位为s；t0—热脉冲持续时间，单位为s；q—单位长度加热丝在单位时间内释放出的热，单位为W·m-1；Δt＝tm-t0；-Ei(-x)为与B步骤R1,R2…Rn有关的指数积分；只要通过感应探针温度变化-时间曲线得到温度达到最高时温度最大变化量Tm和其对应的所需要的时间tm，就能计算得到土壤热导率λ。
CN201710554826.6A 2017-07-10 2017-07-10 一种多方位土壤热导率测量装置及方法 Active CN107271481B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710554826.6A CN107271481B (zh) 2017-07-10 2017-07-10 一种多方位土壤热导率测量装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710554826.6A CN107271481B (zh) 2017-07-10 2017-07-10 一种多方位土壤热导率测量装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107271481A CN107271481A (zh) 2017-10-20
CN107271481B true CN107271481B (zh) 2019-08-13

Family

ID=60072640

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710554826.6A Active CN107271481B (zh) 2017-07-10 2017-07-10 一种多方位土壤热导率测量装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107271481B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201818888D0 (en) * 2018-11-20 2019-01-02 Univ Oxford Innovation Ltd Apparatus and methods for testing a smaple
CN109725021A (zh) * 2019-03-05 2019-05-07 太原理工大学 一种基于数据筛选的导热系数测量方法
CN113008935A (zh) * 2021-03-10 2021-06-22 中国农业大学 一种土壤含水量、热特性和电导率的原位测定装置及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101320007A (zh) * 2008-07-07 2008-12-10 上海理工大学 探针法材料导热系数测量装置
CN105223232A (zh) * 2015-10-28 2016-01-06 中国农业大学 一种热导率测量仪和测量方法
CN105717156A (zh) * 2016-01-15 2016-06-29 中国农业大学 可原位标定探针间距的双针热脉冲热特性测量系统及方法
CN106841291A (zh) * 2017-04-08 2017-06-13 天津城建大学 用于测定冻土各向导热系数的装置及其测试方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101320007A (zh) * 2008-07-07 2008-12-10 上海理工大学 探针法材料导热系数测量装置
CN105223232A (zh) * 2015-10-28 2016-01-06 中国农业大学 一种热导率测量仪和测量方法
CN105717156A (zh) * 2016-01-15 2016-06-29 中国农业大学 可原位标定探针间距的双针热脉冲热特性测量系统及方法
CN106841291A (zh) * 2017-04-08 2017-06-13 天津城建大学 用于测定冻土各向导热系数的装置及其测试方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
土壤导热率测定及其计算模型的对比分析;王铄 等;《农业工程学报》;20120331;第28卷(第5期);78-84
温室土壤含水率与导热率空间分布及相关性;李建波 等;《农业工程学报》;20161031;第32卷(第19期);127-132

Also Published As

Publication number Publication date
CN107271481A (zh) 2017-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107271481B (zh) 一种多方位土壤热导率测量装置及方法
CN105223232B (zh) 一种热导率测量仪和测量方法
CN110455853A (zh) 一种盐渍土结晶压力与冻胀盐胀综合测试装置
CN101782542A (zh) 热脉冲法测试土体水分、温度的测试系统及其测试方法
CN103675018B (zh) 一种织物热性能测试仪
CN105572163B (zh) 混凝土干燥状态下导热系数测定装置
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
CN104502404A (zh) 一种地层水热参数原位检测方法
CN109682853A (zh) 一种基于fbg的冻土含冰量分布式原位测量方法及装置
CN106197751A (zh) 一种温度场的温度测量方法及装置
CN105277589B (zh) 基于热电偶监测叶温升高的作物水分亏缺检测装置及其检测方法
CN201594082U (zh) 一种便携式土壤热阻系数测量装置
CN104390884A (zh) 一种极地海冰密度自动化测量装置
CN107192734A (zh) 一种利用瞬态平面热源法测试岩体热导率的传感器及其测试装置
CN205067401U (zh) 一种热导率测量仪
CN201622119U (zh) 双通道叶片红外温度和光合作用同步测定叶室
CN206847820U (zh) 一种温度场的温度测量装置
CN105372288B (zh) 一种热流率测量仪和测量方法
CN109212159A (zh) 一种多参数冻土现场快速检测装置及其检测方法
Sang et al. Field test of two background temperature correction methods of dual probe heat pulse method
CN207676532U (zh) 一种物理实验用温度测量记录系统
CN110967368B (zh) 一种测量多孔材料中异质含量的装置及方法
CN211785255U (zh) 一种测量多孔材料中异质含量的装置
Read et al. An evaluation of Eulerian and semi-Lagrangian advection schemes in simulations of rotating, stratified flows in the laboratory. Part I: Axisymmetric flow
Deng et al. Multi-sensors monitoring method on ice and snow parameters in upstream of Heilongjiang, the northernmost river of China

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant