CN204177868U - 基于直流电的自控可调式室内土电阻率测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于直流电的自控可调式室内土电阻率测试装置，其特征在于所述测试装置包括样品盒以及辅助电极，所述辅助电极可拆卸式固定于所述样品盒两端面，一端的所述辅助电极与另一端的所述辅助电极之间经电线依次连接有可调式直流稳压电源、电流表以及变阻箱。本实用新型的优点是，具有良导电率的辅助电极紧密贴合在样品盒两端，从而大大降低了土样与测量电极之间的接触电阻，电极区域完全由辅助电极的面积来决定，完全消除了“电边缘效应”，进一步提高了测试精度；辅助电极为可拆卸式，装入土样和更换电极时都较为方便；测试数据稳定波动小，适用于室内测试。
Description
技术领域
本实用新型涉及电阻率测试装置，具体涉及一种基于直流电的自控可调式室内土电阻率测试装置。
背景技术
近年来，国内外学者对电阻率法在污染场地调查的应用做了很多的基础性工作，通过室内模拟试验、土电阻率模型研究和相关化学分析，积累了宝贵的理论成果，为电阻率法探测提供了技术保障。影响电阻率测定的因素有很多，如土的类型、温度、饱和度、含水量以及孔隙率等，仅仅通过现场测试的电阻率值无法对污染物的分布进行准确判断，需要研究土电阻率的影响因素，得到土电阻率与各种影响因素之间的关系，因此有必要进行室内电阻率实验得到相关规律，然而现阶段不同方法的测量结果之间存在差别，对土壤电阻率测量准确性可能会造成较大影响。目前，有关土壤电阻率室内测量装置的研究相对较少，成熟的室内电阻率测试装置也较少，对土壤电阻率实验室测量方法的选择造成一些影响，因此目前迫切需要一种较准确的测量装置在室内测定土的电阻率大小。
目前对于土电阻率室内测试方法并不统一。按照电极结构形式可分为二极法和四极法，按施加信号类型可分为直流法和交流法。目前室内测试较多采用四极法。有研究显示，二极法测量结果包含了土壤与电极的接触电阻，且随土壤含水率降低接触电阻不断增大，但许多研究人员因考虑四极法测试装置相对复杂，担心会对测试土样造成扰动而使用二极法。四极法可在电压极渗入深度较浅，即土壤扰动较小的情况下测量。现有电阻率测试系统多采用直流电测试。但直流电(DC)所具有的动电现象、电化学效应会改变土的含水量、土体结构与孔隙水的化学成分等。采用交流电(AC)则可将试验误差减小到最小，因而，在利用土电阻率指标进行土结构性分析时，宜采用交流电(AC)。但对于交流信号，不同的研究者选取的频率不同，测试的结果也不同。不同方法的测量结果之间存在差别，对土电阻率测量准确性可能会造成较大影响。
目前有大部分研究采用专用设备用于室内测试，如选用数字电阻率仪或电子补偿仪，也有少数研究采用万用表直接测量法和四端直流电法测量土样的电阻率，仪器是常用的电流电压表或万用表。这两种方法原理简单，操作方便，但是由于电阻率变化范围大，如果电路中电阻不可调就需要不断更换不同量程的电压表或者电流表进行测量，探索过程复杂。很多学者都研究了室内电阻率的测试装置，依据两相电极法测试原理的主要有：固结仪改进的电阻率测试装置，改进的Miller Soil Box 和ESEU-1型土电阻率测试仪等；依据四相电极法测试原理的主要有：圆柱状电阻率测试仪、圆形四极电阻率测试装置及Miller Soil Box等。
用较简单、测试范围广的室内电阻率测试设备，准确测出室内土电阻率的大小，可以用来研究不同物理性质土的电阻率变化特点以及不同污染物和不同浓度污染物对电阻率测定的影响，对于电阻率法用于污染场地探测具有很好的指导作用，有利于环境岩土行业的进一步发展。
发明内容
本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种基于直流电的自控可调式室内土电阻率测试装置，该测试装置利用电路中的电压表和电流表分别测出待测土样的测定电压和测定电流，并利用样品盒获得土样截面积和长度，以计算出土样电阻率大小。
本实用新型目的实现由以下技术方案完成：
一种基于直流电的自控可调式室内土电阻率测试装置，其特征在于所述测试装置包括样品盒以及辅助电极，所述辅助电极可拆卸式固定于所述样品盒两端面，一端的所述辅助电极与另一端的所述辅助电极之间经电线依次连接有可调式直流稳压电源、电流表以及变阻箱。
所述测试装置还包括电压表以及与所述电压表两端相连接的两根测量电极，两根所述测量电极插设于所述样品盒中。
两根所述测量电极距所述样品盒两端面的距离相等。
所述样品盒呈长方体状。
所述辅助电极为形状与所述样品盒端面形状相匹配的铜片。
本实用新型的优点是，具有良导电率的辅助电极紧密贴合在样品盒两端，从而大大降低了土样与测量电极之间的接触电阻，电极区域完全由辅助电极的面积来决定，完全消除了“电边缘效应”，进一步提高了测试精度；辅助电极为可拆卸式，装入土样和更换电极时都较为方便；测试数据稳定波动小，适用于室内测试。
附图说明
图1为本实用新型中测试装置结构示意图；
图2为本实用新型中样品盒结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本实用新型的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-2，图中标记1-9分别为：电源插座1、可调式直流稳压电源2、电流表3、变阻箱4、电压表5、辅助电极6、样品盒7、测量电极8、电线9。
实施例：如图1、2所示，本实施例具体涉及一种基于直流电的自控可调式室内土电阻率测试装置，该测试装置的主体为样品盒7，样品盒7为一无盖长方体盒体，其两端面分别可拆卸式镶嵌有辅助电极6，在样品盒7的外部，两端辅助电极6之间经电线9依次连接有可调式直流稳压电源2、电流表3以及变阻箱4，以构成回路；此外，在样品盒7的土体中插设有两根测量电极8，两根测量电极8与样品盒7外的电压表5连接，用于测定电压。应用可调式直流稳压电源2输出稳定电压，通过外加一定范围内可调电阻的变阻箱4，使该电路适用于测试多种电阻率的土样，通过调试选取最佳输出电压和电化时间，对经过预处理的土样进行测试。
如图1、2所示，样品盒7由3mm厚的有机玻璃制成，长L、宽B、高H分别为21.5*4*3cm，辅助电极6可拆卸式镶嵌于样品盒7的两端面上，辅助电极6具体为4*3cm的薄铜片，薄铜片通过铜螺丝与电线9相连接。
如图1、2所示，测量电极8为具有良好导电率的金属丝、片或杆件，本实施例中测量电极8具体为直径2mm的铜丝，两根测量电极8应当分别距样品盒7两端面的距离相同。
如图1所示，可调式直流稳压电源2与室内的电源插座1相连接，按动可调式直流稳压电源2的启动开关则可输出稳定电压进行测定。
如图1、2所示，本实施例中电阻率测试装置的测试步骤如下：
（1）制备待测土样：将原状土样进行自然风干，磨碎，过筛，按不同的要求制备成不同物理性质或不同污染物浓度的土样，制备完成后，将样品贮存在温度23±2℃的密封器皿中调节24h后，放入样品盒7中，然后进行一定程度的压实，打磨，使图样均匀紧密的分布在样品盒7内，恰好与样品盒7的尺寸相吻合，其中过筛的筛网规格并不影响测试，一般筛网孔径在5mm以下较好，有利于制得均匀的土样，也可根据实际情况适当调节；如果需要测定原状土样的电阻率，则无需制备过程，直接将原状土样放入样品盒7中即可；
（2）连接电路：在样品盒7两端的辅助电极6之间设置一次连接的可调式直流稳压电源2、电流表3以及变阻箱4，以构成回路；同时将两根测量电极8轻轻插入土样中，深度约为1.5cm，插入时，两根测量电极8之间的间距为12cm，其具体间距可调，且两根测量电极8分别距样品盒7的端面4.75cm,在两根测量电极8之间连接电压表5；
（3）测试土样两端电压和电流：电压表5的测试量程选取为0～15V，电流表3的测试量程选取为0～75mA，启动可调式直流稳压电源2向外输出稳定的电压，分别在六个不同的输出电压下，分别为10V，12V，15V，30V，35V，40V和45V，每个输出电压电化时间分别为0S，30S，60S，120S，180S，240S和300S的条件下测试，记录不同输出电压条件下的测定电压和测定电流，分别代入电阻率计算公式中计算，得到电阻率，土电阻率的计算公式为：
其中为土样的电阻率，U为样品的测试电压；I为样品的测试电流；S为样品的横截面积，本实施例中为12cm2；L为测量电极间的长度，本实施例中为12cm。
为了便于同“电子自动补偿仪”的电阻率测试装置进行数据对比，还进行以下操作：
采用上述土样，按照DDC-8电子自动补偿仪的正负极连接方式，将两端和测量电极进行连接(即在图1用DDC-8电子自动补偿仪代替本实用新型中的测试装置直接与样品盒两端的辅助电极6以及测试电极8连接)，在输出电压45V，电化时间分别为0S，30S，60S，120S，180S，240S和300S的测试条件下测试出测试电压和测试电流，然后根据上述的土电阻率公式计算出电阻率，结果见下表1。
为了便于对数据进行对比分析，表1中同时列出了本实施例方案和“电子自动补偿仪”所得到的试验结果，从表1中可得本实施例方案中的测试装置中当输出电压为10V时，所测得数据与DDC-8电子自动补偿仪的数据最接近，且从表1中还可以看出，本实施例方案中的测试装置的电化时间为60s以上，测试数据趋于稳定，因此此装置的最佳输出电压为10V，最佳电化时间为60S。
表1 不同输出电压在不同电化时间下的电阻率（Ω˙m）
通过电路的调试，分析表1中的数据，选取通过可调式直流稳压电源2调节输出电压为10V，选取一种测试土样，按照步骤（3）依次进行测试，在电化时间超过60S后，读取电压表5和电流表3的数据，再按土电阻率的计算公式计算出电阻率值。
本实施例的有益效果在于：
A.具有良导电率的辅助电极紧密贴合在样品两端，从而大大降低了土样与测量电极之间的接触电阻，电极区域完全由辅助电极的面积来决定，完全消除了“电边缘效应”，进一步提高了测试精度。
B.辅助电极为可拆卸式的，装样品和电极的更换都更方便。
C.引入了土样电阻率的计算公式，采用该计算公式评估土样的电阻率时，各未知量可精确测量，能更加简单准确得到土电阻率的大小。
D.室内土电阻率测试方法由于消除了土样与测试电极之间的接触电阻，并且消除了测试时的电流边缘效应，因此测试的土电阻率会更准确，更加接近实际土电阻率的变化规律，能更加准确的研究不同的物理性质或污染物浓度及种类对电阻率测试的影响。
Claims (5)
1.一种基于直流电的自控可调式室内土电阻率测试装置，其特征在于所述测试装置包括样品盒以及辅助电极，所述辅助电极可拆卸式固定于所述样品盒两端面，一端的所述辅助电极与另一端的所述辅助电极之间经电线依次连接有可调式直流稳压电源、电流表以及变阻箱。
2.根据权利要求1所述的一种基于直流电的自控可调式室内土电阻率测试装置，其特征在于所述测试装置还包括电压表以及与所述电压表两端相连接的两根测量电极，两根所述测量电极插设于所述样品盒中。
3.根据权利要求2所述的一种基于直流电的自控可调式室内土电阻率测试装置，其特征在于两根所述测量电极距所述样品盒两端面的距离相等。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于直流电的自控可调式室内土电阻率测试装置，其特征在于所述样品盒呈长方体状。
5.根据权利要求1所述的一种基于直流电的自控可调式室内土电阻率测试装置，其特征在于所述辅助电极为形状与所述样品盒端面形状相匹配的铜片。
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