CN201081764Y

CN201081764Y - 土壤电阻率远程监测装置

Info

Publication number: CN201081764Y
Application number: CNU2007201886871U
Authority: CN
Inventors: 李良福; 覃彬全; 郭在华; 傅钟; 李航; 李家启; 李平; 徐前进
Original assignee: Chongqing Lightning Protection Center
Current assignee: Chongqing Lightning Protection Center
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2017-12-28

Abstract

本实用新型提供一种土壤电阻率远程监测装置，包括探针组、测量表和计算机，所述探针组包括至少一根土壤电阻率探针、至少一根电位探针和至少一根电流探针，电阻率探针、电位探针、电流探针分别通过引线连接到测量表；所述测量表具有数据处理及控制模块和数据传输模块，数据传输模块通过有线或无线方式与计算机连接。采用本实用新型，数据通过数据传输模块传输到远程计算机，节省人力，不用测试人员到现场，即能对土壤电阻率、土壤电导率进行远程测量；能够远程、长期地对土壤电阻率、土壤电导率进行监测，获得长期连续的监测数据。由于测量数据自动传输到计算机中，因此便于通过软件控制或人工控制整个测量过程。

Description

土壤电阻率远程监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种土壤电阻率监测装置，用以远程监测土壤电阻率。

背景技术

土壤体系中由于土壤粘粒带有电荷，并吸附一定数量的反号离子，所以可把土壤看着一种多价电解质。事实上，在一般土壤中，都还有或多或少的其它电解质。因此，土壤体系在外加电场的作用下，也会像电解质溶液那样发生导电现象，表征土壤电导性能的指标常常用土壤电导率或者土壤电导率的倒数——土壤电阻率来表示。土壤电阻率是指每立方米土壤的电阻值。

土壤电导性研究在建设项目雷击风险评估、接地工程，地下金属设施的防腐工程、土壤肥力特性研究、农业土壤改良和精细化农业研究等方面都有十分广泛的应用。

土壤电阻率是接地工程技术的基础。在现代防雷工程设计、施工和验收中，防雷接地是其中的主要工作，无论是防直击雷或感应雷，最终都是通过接地装置将雷电流引入大地，所以，没有完善的接地装置是无法实现保护对象防雷安全。而接地电阻是直接反映出接地情况是否符合规范要求的一个重要而关键的指标。对于防雷系统接地装置而言，要求其接地电阻越小越好，因为接地电阻越小，散流越快；落雷物体高电位保持时间越短，危险越小，以至于跨步电压、接触电压也越小；因此，接地电阻的大小与雷电防护的效果密切相关。而根据接地原理，影响接地装置的接地电阻的主要因素有土壤电阻率，接地材料、接地体的尺寸、形状及埋入深度，接地线与接地体的连接，地网面积等。一旦接地装置建设完毕，接地材料、接地体的尺寸、形状及埋入深度，接地线与接地体的连接，地网面积和接地装置建所在地的土壤物理化学性质是固定不变的，而土壤的电导性，即土壤的电阻率则随着土壤含水量、土壤温度、降水以及蒸发等气象因素发生变化。

土壤电阻率是一个重要的土壤腐蚀电化学特性，是判断土壤腐蚀性的一个重要评价标准。电阻率的大小不但直接影响到金属材料的腐蚀速度，而且对地下金属构件接地电阻的高低、地电流的强弱等均有明显影响。有关研究表明，全世界每年因腐蚀而报废的金属材料和设备的量约为金属年产总量的1/4到1/3。金属的腐蚀，一般可分为化学腐蚀、物理腐蚀和电腐蚀三种。其中，又以电腐蚀现象最为普遍，造成的危险也最为严重。大量埋设在土壤中的油管、气管、电缆等地下金属构筑物的腐蚀属于电腐蚀，与土壤性质关系极为密切。影响土壤电阻率的因素有：盐的含量和组成、含水量、土壤质地、松紧度、有机质含量、粘土矿物组成和土壤湿度等。在盐渍化土壤中，离子电导起主导作用；在淋溶性土壤中，胶体电导也占相当的比重。土壤电阻率的变化范围很大，从小于1Ω·m到高达几百甚至上千Ω·m。同时土壤的电阻率还直接受土壤颗粒大小及其分布的影响，同时又受土壤的含水量及溶解盐类的影响，粗颗粒的土壤(如砂土)由于孔隙度大，水的渗透能力强，土壤中不容易保持水分，而小颗粒土壤则相反，土壤子红的含水量大，可溶性的盐类就可以溶解进去，成为电解质溶液，所以电阻率就小。以土壤电阻率来划分土壤的腐蚀性是各国的常用方法，即电阻率小，腐蚀性强。对于大多数情况都是适用的，但有些场合违反这一规律，呈现土壤电阻率大腐蚀性也大。各国根据土壤电阻率来划分土壤的腐蚀特性。

土壤电导率是反映土壤电化学性质和肥力特性的基础指标。土壤肥力是土壤的基本属性和土壤质的特征，土壤肥力是土地生产力的基础。然而由于对土壤肥力这一科学的概念缺乏严格的定义，缺少量化的指标，使对土壤肥力的认识尚停留在感性认识阶段，一般在生产应用上，常用N、P、K和有机质等养分含量的多少来衡量土壤肥力的高低。近年来，结合土壤物理、化学、生物环境条件，对土壤综合肥力评价也进行的研究表明：土壤养分是土壤肥力的核心部分。因此与土壤性质密切相关的土壤电导率就可以用来作为土壤肥力综合评价的一个定量指标，通过土壤电阻率的测量，能够及时有效地掌握土壤盐分、浓度、水分状况等多种性质，及时诊断农业生产问题，特别是土壤电导率等值线图，在指导农业生产、精细耕作等方面，具有特别重要的地位和作用。

土壤物理学的研究结果表明土壤电导率本身包含了反映土壤品质与物理性质的丰富信息。目前土壤电导率在“精细农业”的研究主要集中于盐碱土的电导以及盐分、水分、有机质含量、土壤质地、土壤含水量和孔隙率等对其影响方面。此外，近年来电导率也用于评价非盐碱化土壤肥力的一个综合指标。

综上所述，长期连续、无人值守、全自动监测土壤电阻率、接地电阻对建设项目雷击风险评估、接地工程，地下金属设施的防腐工程、土壤肥力特性研究、农业土壤改良和精细化农业研究等方面具有重要的现实意义和理论意义。

目前传统的土壤电阻率和接地电阻测量仪器需要测试人员在现场进行测试，且不能获得长期连续的数据，不能全面反映土壤电导的季节性动态变化。至今国内外还未见有关长期监控土壤电阻率、接地电阻等参数的测试装置及方法的报道。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述不足，本实用新型的目的是提供一种实现远程监测土壤电阻率的装置，利用该装置能获得长期连续的监测相关数据。

本实用新型的目的是这样实现的：土壤电阻率远程监测装置，包括探针组、测量表和计算机，所述探针组包括至少一根土壤电阻率探针、至少一根电位探针和至少一根电流探针，电阻率探针、电位探针、电流探针分别通过引线连接到测量表；所述测量表具有数据处理及控制模块和数据传输模块，数据传输模块通过有线或无线方式与计算机连接。

采用本实用新型具有如下优点：

1、测量数据通过数据传输模块传输到远程计算机，节省人力，不用测试人员到现场，即能对土壤电阻率、土壤电导率进行远程测量。

2、能够远程、长期地对土壤电阻率、土壤电导率进行监测，获得长期连续的监测数据。

3、数据传输方式灵活，可以根据实际情况选择RS-232/RS-485有线通讯方式、移动通信GPRS/CDMA方式等传送给远程计算机。

4、由于测量数据自动传输到计算机中，因此便于通过软件控制或人工控制整个测量过程。

5、本实用新型结构简单、成本低。

附图说明

图1是本实用新型测试装置结构示意图；

图2是使用本实用新型测试电极布置图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型土壤电阻率远程监测装置，包括探针组、测量表和计算机，其中，探针组包括土壤电阻率探针1、电位探针2和电流探针3，上述探针为金属棒体，选用不锈钢、镀锌钢、铜包钢、铜等金属或合金制成，其入地端具有锥型尖端。

土壤电阻率探针1优选规格为直径20mm，根据不同需要，长度可选15cm、30cm、80cm、160cm或320cm；电位探针2优选规格为直径8mm，长度20cm；电流探针3优选规格为直径8mm，长度20cm。选用所述直径和长度的棒体是为了提高测量精度和方便测量操作以及节约成本，棒体是为了提高测量精度；选用所述直径是为了方便测量操作，直径太小测量时不易打入土壤中，直径太大增加了土壤电阻率探针的成本。

测量表5中包括测试探针控制模块、测试信号采集模块、数据处理及控制模块、数据传输模块及电源模块以及电阻率接线端口、电位接线端口、电流接线端口；电阻率探针1、电位探针2和电流探针3分别通过引线4连接到测量表5的电阻率接线端口、电位接线端口、电流接线端口，引线4选用横截面积为2.5mm²的聚乙烯包皮的铜芯线；电源模块可根据实际情况选择220/110V交流、9V直流电池或太阳能电池供电方式；数据传输模块可提供GPRS/CDMA发射天线或RS-232/RS-485数据线接口，用以与计算机进行无线或有线的网络连接。测量表5采用现有成熟的数字式接地电阻测试仪即可，例如日本共立公司生产的电池供电方式4105A型数字式接地电阻测试仪。只是在现有的数字式接地电阻测试仪产品中增加了测试探针控制模块、测试信号采集模块、数据处理及控制模块、数据传输模块及电源模块与相应的接口连接。增加这些模块使数字式接地电阻测试仪具备了长期连续、无人值守、全自动远程的测试功能和可根据实际情况灵活选择220/110V交流、9V直流电池、太阳能电池供电方式。计算机中安装有包含数据接收控制模块、数据存储模块、数据质量监控模块、数据处理分析模块、数据库模块、数据处理分析结果显示模块的软件，用以对测量表5发来的数据进行处理。

使用实用新型的测量方法是：

1、将土壤电阻率探针、电位探针、电流探针按图2所示位置进行安装布置，即土壤电阻率探针与电位探针的间距5～10米，电位探针与电流探针的间距5～10米；根据测量不同深度土壤电阻率的需要选择土壤电阻率探针的长度和探针的根数，此时，每相邻土壤电阻率探针之间的间距为相应两探针的长度之和。

2、测量表的土壤电阻率接线端口与土壤电阻率探针的导线连接，电位接线端口与电位探针的导线连接，电流接线端口与电流探针的导线连接；

3、将测量表和计算机接通电源，在计算机上安装土壤电阻率远程自动测试软件、ACCESS 2000或ACCESS 2003数据库软件、设置测量的时间间隔，即可对试验地土壤电阻率、接地电阻进行长期连续、无人值守、全自动远程的监测。

4、通过计算机内的数据接收控制模块、数据存储模块、数据质量监控模块、数据处理分析模块、数据库模块、数据处理分析结果显示模块等软件可以方便获得土壤电阻率的统计报表和图形。

Claims

1.土壤电阻率远程监控装置，其特征在于：包括探针组、测量表(5)和计算机(7)，所述探针组包括至少一根土壤电阻率探针(1)、至少一根电位探针(2)和至少一根电流探针(3)；电阻率探针(1)、电位探针(2)、电流探针(3)分别通过引线(4)连接到测量表(5)的电阻率接线端口、电位接线端口和电流接线端口；所述测量表(5)具有数据处理及控制模块和数据传输模块(6)，数据传输模块(6)通过有线或无线方式与计算机(7)连接。

2.根据权利要求1所述的土壤电阻率远程监控装置，其特征在于：土壤电阻率探针(1)是直径为20mm，长度为15cm、30cm、80cm、160cm或320cm的金属棒；电位探针(2)是直径8mm，长度20cm的金属棒；电流探针(3)是直径8mm，长度20cm的金属棒；上述探针的入地端具有锥型尖端。

3.根据权利要求2所述的土壤电阻率测量装置，其特征在于所述土壤电阻率探针(1)、电位探针(2)和电流探针(3)采用不锈钢、镀锌钢、铜包钢或铜制成。

4.根据权利要求1所述的土壤电阻率远程监控装置，其特征在于：引线(4)采用聚乙烯包皮的铜芯线，其横截面积为2.5mm²。

5.根据权利要求1所述的土壤电阻率远程监控装置，其特征在于：所述数据传输模块(6)通过GPRS或CDMA无线网络与计算机连接。

6.根据权利要求1所述的土壤电阻率远程监控装置，其特征在于：所述数据传输模块(6)通过RS-232或RS-485数据传输线与计算机连接。