CN206411054U - 污染土电导率测量及电渗过程电学参数变化实时监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种污染土电导率测量及电渗过程电学参数变化实时监测装置，包括计算机、数据采集系统、有机玻璃圆筒、程控电源箱、TDR100测试仪、温度检测模块、电压检测模块、电流检测模块、LAQUA电导率测试仪、电子称和过滤收集瓶；有机玻璃圆筒的中轴线上设置金属管作为阴极，内壁缠绕EKG土工布作为阳极；金属管侧壁开有小孔，外层包裹土工布；电渗排水通过土工布进入金属管然后通过有机玻璃圆筒底部的排水孔经排水导管进入过滤收集瓶；三个温度传感器分别插入阴极土体、阳极土体和阴极阳极之间的土体中；本实用新型装置由计算机来统一管理数据采集系统下的节点装置的工作状态，电导率测量更加准确有效。
Description
技术领域
本实用新型属于室内污染土电学参数测试以及采集试验仪器领域，涉及一种污染土电导率测量及电渗过程电学参数变化实时监测装置。
背景技术
随着城市化进程的加速发展，人类生活对环境逐渐产生了越来越大的影响，生活垃圾、化工业、污水灌溉等都对土体产生了一定的影响，这些污染土地基被开发出来使用，其电渗加固特性与普通土具有明显的不同。污染土中离子成分比较复杂，往往含有部分重金属离子，其中重金属离子的运移会对周围地下水以及土壤造成较大的影响。
重金属离子污染土的电学特性和普通土具有较大的差别，往往具有较高的电导率和复杂的电学特性，所以需要对其电导率特性进行专门的研究。已有的测量土体电导率的装置往往是利用电极板给环刀大小的试样施加电压，然后在不同的温度下测量温度变化对于土体电导率等电学特性的影响，这种方法在操作过程中电极板会对土体造成较大的扰动，土样周围装置的绝缘性也会对测试结果造成较大的影响。除此之外，污染土在进行电渗排水加固试验的过程中，电导率等电学参数变化规律比较复杂，虽然电压电流等参数已经可以进行实时监测，但是对于电导率参数的测量依赖于公式法推导或者电导率传感器，公式推导结果往往不准确而电导率传感器在电渗过程中较难合理布置，目前还没有合适的装置可以用来实时监测污染土电渗试验过程中土体电导率和孔隙水电导率、温度以及其他基本电学参数的变化，所以本实用新型提供了一种可以进行电导率测量和监控电渗过程中电导率等参数变化的测试装置和方法，为污染土的电学特性研究打下基础。
发明内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种污染土电导率测量及电渗过程电学参数变化实时监测装置。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种污染土电导率测量及电渗过程电学参数变化实时监测装置，包括：计算机、数据采集系统、有机玻璃圆筒、程控电源箱、TDR100测试仪、温度检测模块、电压检测模块、电流检测模块、LAQUA电导率测试仪、电子称和过滤收集瓶。
所述有机玻璃圆筒的中轴线上设置金属管作为阴极，内壁缠绕EKG土工布作为阳极，阳极和阴极分别与程控电源箱的正负极连接；所述金属管侧壁开有小孔，外层包裹土工布；所述有机玻璃圆筒底部中间开有排水孔；电渗排水通过土工布进入金属管然后通过排水孔经排水导管进入过滤收集瓶；所述过滤收集瓶和LAQUA电导率测试仪均置于电子称上；LAQUA电导率测试仪的玻璃管电极插入过滤收集瓶中；所述有机玻璃圆筒的顶部盖有有机玻璃盖板；所述温度检测模块由三个温度传感器组成，将三个温度传感器穿过有机玻璃盖板的小孔分别插入阴极土体、阳极土体和阴极阳极之间的土体中；所述有机玻璃圆筒侧壁从上到下打三个螺栓孔，将TDR100测试仪的三个TDR探针穿过螺栓孔与有机玻璃圆筒固定连接；所述TDR100测试仪通过同轴电缆连接计算机；所述电压检测模块与程控电源箱并联，用于检测电渗回路的电压并传输给数据采集系统；所述电流检测模块与程控电源箱串联，用于检测电渗回路的电流并传输给数据采集系统；所述LAQUA电导率测试仪用于检测电渗排出水即孔隙水的电导率，将检测数据传输给数据采集系统；所述温度检测模块用于测量土体中不同位置的温度并传输给数据采集系统；所述数据采集系统与计算机连接。
进一步地，所述数据采集系统和程控电源箱进行有线通信，可实现信号的可靠传输和控制；所述数据采集系统通过无线通信模块与计算机相连，无线通信模块为GSM/GPRS通信模块。
进一步地，所述阳极顶部固定一圈金属条，可以保证在电渗过程中保持均匀的导电效果。
进一步地，所述金属管为铁管。
进一步地，所述温度传感器7采用ELECALL开口探头式热电偶温度传感器，热响应时间小于5秒，允差范围为±1.5℃。
本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型污染土电导率测量及电渗过程电学参数变化实时监测装置由计算机来统一管理数据采集系统下的节点装置的工作状态，电渗过程中的所有重要电学参数比如电压、电流、土体电导率、孔隙水电导率、温度等都可以通过计算机进行实时测量，方便高效的研究电学参数的变化规律。
(2)可以避免公式推导计算中理想化假设导致的误差问题，TDR系统可以保证电导率测量更加准确有效。
(3)本装置还可以实现测试土体在不同温度下电导率的功能，已有的测量土体电导率的装置往往是利用电极板给环刀大小的试样施加电压，操作过程中电极板会对土体造成较大的扰动，土样周围装置的绝缘性也会对测试结果造成较大的影响，本装置利用TDR100测试仪和温度修正可以更加高效的获得污染土的电导率与温度变化规律。
附图说明
图1为本实用新型装置结构示意图；
图2为本实用新型TDR探针的结构示意图；
图3为土体电导率和孔隙水电导率拟合关系曲线；
图中：1-计算机，2-数据采集系统，3-有机玻璃圆筒，4-阴极，5-阳极，6-TDR100测试仪，7-温度传感器，8-TDR探针，9-程控电源箱，10-电压检测模块，11-电流检测模块，13-过滤收集瓶，14-电子称，15-排水导管，16-LAQUA电导率测试仪，17-无线通信模块，18-玻璃管电极，19-同轴电缆，71-连接导线，72-环氧树脂，73-探针头。
具体实施方式
下面结合附图，并结合实施例对本实用新型做进一步的说明。
如图1所示，本实用新型提供的一种污染土电导率测量及电渗过程电学参数变化实时监测装置，包括：计算机1、数据采集系统2、有机玻璃圆筒3、程控电源箱9、TDR100测试仪(电磁波时域反射方法)6、温度检测模块、电压检测模块10、电流检测模块11、LAQUA电导率测试仪16、电子称14和过滤收集瓶13。
所述有机玻璃圆筒3的中轴线上设置金属管作为阴极4，内壁缠绕EKG土工布作为阳极5，阳极5和阴极4分别与程控电源箱9的正负极连接；金属管可选用铁管。所述金属管侧壁开有小孔，外层包裹土工布；所述有机玻璃圆筒3底部中间开有排水孔；电渗排水通过土工布进入金属管然后通过排水孔经排水导管15进入过滤收集瓶13；所述过滤收集瓶13和LAQUA电导率测试仪16均置于电子称14上；LAQUA电导率测试仪16的玻璃管电极18插入过滤收集瓶13中，每隔一定间隔采集电渗排水即孔隙水的电导率数值；所述过滤收集瓶13具有过滤和收集储水两种功能，电渗排出水经过过滤收集瓶13顶部的滤纸后，可以将其中的细小的土体颗粒过滤掉，从而保证LAQUA电导率测试仪16的玻璃管电极18不被电渗排出水中混杂的土体所影响，可以准确测试出电渗排出水的电导率。所述有机玻璃圆筒3的顶部盖有有机玻璃盖板；所述温度检测模块由三个温度传感器7组成，将三个温度传感器7穿过有机玻璃盖板的小孔分别插入阴极土体、阳极土体和阴极阳极之间的土体中；所述有机玻璃圆筒3侧壁从上到下打3个螺栓孔，将TDR100测试仪6的三个TDR探针8穿过螺栓孔与有机玻璃圆筒3固定连接，保证电渗过程中不随着土体的沉降而发生移动，并且可以保证有机玻璃圆筒3内部的土体或者水分不会产生泄露。有机玻璃圆筒3上中下3组探针的布置可以准确的测量出土体中不同位置的电导率在电渗过程中的变化情况；所述TDR100测试仪6通过同轴电缆19连接计算机1；所述电压检测模块10与程控电源箱9并联，用于检测电渗回路的电压并传输给数据采集系统2；所述电流检测模块11与程控电源箱9串联，用于检测电渗回路的电流并传输给数据采集系统2；通过电压检测模块10和电流检测模块11，可以实时分析电渗排水的加固效果和发现异常情况；所述LAQUA电导率测试仪16用于检测电渗排出水即孔隙水的电导率，将检测数据传输给数据采集系统2；所述温度检测模块用于测量土体中不同位置的温度并传输给数据采集系统2；所述数据采集系统2与计算机1连接。
进一步地，所述数据采集系统2和程控电源箱9进行有线通信，可实现信号的可靠传输和控制；所述数据采集系统2通过无线通信模块17与计算机1相连，无线通信模块为GSM/GPRS通信模块。所述TDR100测试仪6通过数据传输线连接到计算机1中，可以保证数据的有效传输，可以实时获得土体中的电导率数据。
进一步地，所述电流检测模块11采用数显电流计，数显电流计既可用于直观显示数据，又可将数据传输给数据采集系统2；所述电压检测模块10采用数显电压计，数显电压计既可用于直观显示数据，又可将数据传输给数据采集系统2。
进一步地，所述阳极5顶部固定一圈金属条，可以保证在电渗过程中保持均匀的导电效果。
进一步地，所述温度传感器7采用ELECALL开口探头式热电偶温度传感器，热响应时间小于5秒，允差范围为±1.5℃。
实施例
本实施例中，所述温度检测模块由3个长12cm、直径5mm的温度传感器8组成；所述有机玻璃圆筒3内边缘尺寸28.5cm，高度30cm，底部打一个直径15mm的小孔，通过排水导管15连接延伸到过滤收集瓶13中。有机玻璃圆筒3右侧壁从上到下均匀打3个直径20mm的小孔，将TDR100测试仪6的三个TDR探针8穿过螺栓孔与有机玻璃圆筒3固定连接。在使用TDR100测试仪6时，探针长度越长则可以得到越准确的介电常数数值，所述TDR100测试仪6中的TDR探针8长度为12cm，直径为5mm，可以保证足够的测量精度。
如图2所示，所述TDR探针8包括连接导线71、环氧树脂72和三个探针头73；所述探针头73的末端嵌入环氧树脂72中，所述探针头73通过连接导线71连接同轴电缆19。选用三针式探头，可以保证尽量接近同轴电缆的构造又可以减少在测量电导率特性时候对土体的扰动。
本实用新型一种污染土电导率测量及电渗过程电学参数变化实时监测装置可以实现两种功能：
功能一：测试污染土在不同温度下的电导率，研究土体温度对电导率变化的影响；
(1)首先将EKG土工布电极围绕在有机玻璃圆筒3的内壁上作为阳极5，金属管固定在有机玻璃圆筒3中间作为阴极4，将TDR100测试仪6的TDR探针8按照设计经过有机玻璃圆筒3侧壁上的螺栓孔固定在相应的位置，将土体分层装入有机玻璃圆筒3内部，盖好有机玻璃盖板；
(2)将阳极5和阴极4分别与程控电源箱9的正负极连接，并将电流检测模块11与程控电源箱9串联用于检测电渗回路的电流，将电压检测模块10与程控电源箱9并联用于检测电渗回路的电压；
(3)将温度传感器8通过有机玻璃盖板的小孔分别插入阴极土体、阳极土体和阴极阳极中间的土体中，监测在电导率测试过程中土体中不同位置实时温度；
(4)将有机玻璃圆筒3放入环境箱中控制土体中的温度为恒温，试验设计环境箱控制的温度为10℃、13℃、16℃，按此规律增长一直到60℃。以温度恒定为20℃为例，分析温度传感器8监测数据稳定在20℃以后，使用TDR100测试仪6测试土体中此时的电导率数值。
功能二：对电渗过程中土体电导率和孔隙水电导率、温度以及其他基本电学参数的变化进行实时监测，研究污染土的电渗机理。
(1)首先将EKG土工布电极围绕在有机玻璃圆筒3的内壁上作为阳极5，金属管固定在有机玻璃圆筒3中间作为阴极4，将TDR探针7按照设计经过有机玻璃圆筒3侧壁上的螺栓孔固定在相应的位置，将土体分层装入有机玻璃圆筒3内部，盖好有机玻璃盖板；
(2)将阳极5和阴极4分别与程控电源箱9的正负极连接，并将电流检测模块11与程控电源箱9串联用于检测电渗回路的电流，将电压检测模块10与程控电源箱9并联用于检测电渗回路的电压；
(3)将温度传感器8通过有机玻璃盖板的小孔分别插入阴极土体、阳极土体和阴极阳极中间的土体中，监测电渗过程中土体温度的变化；
(4)将过滤收集瓶13和电子称14放置在阴极4右下方相应位置，将LAQUA电导率测试仪16放置在电子称一侧，然后将玻璃管电极18插入过滤收集瓶13中部，测试电渗排出水的电导率。
(5)将温度传感器8、电流检测模块11、电压检测模块10和LAQUA电导率测试仪16分别与数据采集系统2有线相连；
(6)接通程控电源箱9进行电渗，数据采集系统2按照设定的时间间隔，逐级升高程控电源箱9的电压；
(7)温度传感器8、电流检测模块11、电压检测模块10和LAQUA电导率测试仪16将检测数据传回至数据采集系统2；数据采集系统2通过无线通信模块17与计算机1进行无线通信；
(8)试验过程中利用TDR100测试仪6每半小时采集一次电导率数据，并通过同轴电缆19传输储存在计算机1中，通过TDR100测试仪6对电渗过程中反射波形进行采集，并保存相应数据。
为了验证本装置的可靠性，利用本装置在室内进行了重金属铜污染图电渗加固试验，试验条件如表1所示，并且获得了土体电导率和孔隙水电导率的拟合关系，如图3所示，在电渗过程中，随着重金属铜离子的逐渐排出，孔隙水的电导率逐渐上升，而土体中因为水分的排出，接触电阻也逐渐增大，土体电导率逐渐减小。拟合结果发现，EKG电极电渗试验两者具有一定的线性关系，拟合中EKG的R2为0.98545，拟合结果可以对黏土的孔隙水电导率和土体电导率的关系研究提供参考价值。利用原子分光光度计测量不同时间段电渗排出水中铜的含量，变化规律与电导率变化规律相吻合，最终含量为0.3mg/L。
表1：试验基本条件
前文所述仅仅是本实用新型的一个实施例，但并不限制其本身，任何本领域的研究和研究人员，在不违背本实用新型精神的情况下，所做的变化和更动，都在本实用新型的保护范围内。
Claims (5)
1.一种污染土电导率测量及电渗过程电学参数变化实时监测装置，其特征在于，包括：计算机(1)、数据采集系统(2)、有机玻璃圆筒(3)、程控电源箱(9)、TDR100测试仪(6)、温度检测模块、电压检测模块(10)、电流检测模块(11)、LAQUA电导率测试仪(16)、电子称(14)和过滤收集瓶(13)；所述有机玻璃圆筒(3)的中轴线上设置金属管作为阴极(4)，内壁缠绕EKG土工布作为阳极(5)，阳极(5)和阴极(4)分别与程控电源箱(9)的正负极连接；所述金属管侧壁开有小孔，外层包裹土工布；所述有机玻璃圆筒(3)底部中间开有排水孔；电渗排水通过土工布进入金属管然后通过排水孔经排水导管(15)进入过滤收集瓶(13)；所述过滤收集瓶(13)和LAQUA电导率测试仪(16)均置于电子称(14)上；LAQUA电导率测试仪(16)的玻璃管电极(18)插入过滤收集瓶(13)中；所述有机玻璃圆筒(3)的顶部盖有有机玻璃盖板；所述温度检测模块由三个温度传感器(7)组成，将三个温度传感器(7)穿过有机玻璃盖板的小孔分别插入阴极土体、阳极土体和阴极阳极之间的土体中；所述有机玻璃圆筒(3)侧壁从上到下打三个螺栓孔，将TDR100测试仪(6)的三个TDR探针(8)穿过螺栓孔与有机玻璃圆筒(3)固定连接；所述TDR100测试仪(6)通过同轴电缆(19)连接计算机(1)；所述电压检测模块(10)与程控电源箱(9)并联，所述电流检测模块(11)与程控电源箱(9)串联；电压检测模块(10)、电流检测模块(11)、温度检测模块和LAQUA电导率测试仪(16)均与数据采集系统(2)连接；所述数据采集系统(2)与计算机(1)连接。
2.根据权利要求1所述的一种污染土电导率测量及电渗过程电学参数变化实时监测装置，其特征在于，所述数据采集系统(2)和程控电源箱(9)进行有线通信；所述数据采集系统(2)通过无线通信模块(17)与计算机(1)相连，无线通信模块为GSM/GPRS通信模块。
3.根据权利要求1所述的一种污染土电导率测量及电渗过程电学参数变化实时监测装置，其特征在于，所述阳极(5)顶部固定一圈金属条。
4.根据权利要求1所述的一种污染土电导率测量及电渗过程电学参数变化实时监测装置，其特征在于，所述金属管为铁管。
5.根据权利要求1所述的一种污染土电导率测量及电渗过程电学参数变化实时监测装置，其特征在于，所述温度传感器(7)采用ELECALL开口探头式热电偶温度传感器，热响应时间小于5秒，允差范围为±1.5℃。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN111220526A (zh) * | 2020-01-21 | 2020-06-02 | 安徽省（水利部淮河水利委员会）水利科学研究院（安徽省水利工程质量检测中心站） | 土壤不均匀渗漏的监测装置 |
| CN114878784A (zh) * | 2022-05-18 | 2022-08-09 | 江苏科技大学 | 一种软土固化试验装置及方法 |
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2017
- 2017-01-25 CN CN201720097343.3U patent/CN206411054U/zh active Active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111220526A (zh) * | 2020-01-21 | 2020-06-02 | 安徽省（水利部淮河水利委员会）水利科学研究院（安徽省水利工程质量检测中心站） | 土壤不均匀渗漏的监测装置 |
| CN114878784A (zh) * | 2022-05-18 | 2022-08-09 | 江苏科技大学 | 一种软土固化试验装置及方法 |
| CN114878784B (zh) * | 2022-05-18 | 2023-09-22 | 江苏科技大学 | 一种软土固化试验装置及方法 |
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