一種采用雙探針法的土壤熱物性參數(shù)測量裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種采用雙探針法的土壤熱物性參數(shù)測量裝置。該裝置主要包括兩個探針、可調(diào)恒流直流源、溫度采集裝置、計(jì)算機(jī)，其特征在于所述探針包括不銹鋼管、絕緣導(dǎo)熱物質(zhì)、絕緣導(dǎo)線和T型熱電偶，所述T型熱電偶焊接在探針的內(nèi)壁上，所述絕緣導(dǎo)熱物質(zhì)填充在探針內(nèi)部，所述可調(diào)恒流直流源與絕緣導(dǎo)線連接，所述溫度采集裝置與T型熱電偶連接，所述溫度采集裝置與計(jì)算機(jī)直接采用USB數(shù)據(jù)線連接。該裝置能夠同時測量土壤的溫度、導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)及比熱容，可用于實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場測量。
【專利說明】一種采用雙探針法的土壤熱物性參數(shù)測量裝置
【【技術(shù)領(lǐng)域】】
[0001]本實(shí)用新型涉及土壤熱物性參數(shù)測量領(lǐng)域，涉及一種對與電力電纜線路設(shè)計(jì)相關(guān)的土壤熱物性參數(shù)進(jìn)行測量的裝置。
【【背景技術(shù)】】
[0002]電力電纜線路設(shè)計(jì)過程中，為計(jì)算線路的載流量，需要掌握線路附近區(qū)域深度在
I.5m內(nèi)土壤的熱物性參數(shù)，具體來說是土壤的溫度、導(dǎo)熱系數(shù)及比熱容。對上述參數(shù)，工程上一般按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)驗(yàn)取值。然而，土壤熱物性參數(shù)受到土壤的組成成分、含水率、氣候條件等因素的影響，在不同區(qū)域、不同時間可能與經(jīng)驗(yàn)值存在較大差異。這些差異可能導(dǎo)致線路載流量選取不當(dāng)，對線路的經(jīng)濟(jì)性和安全性造成不利的影響。因此，準(zhǔn)確測量土壤的熱物性參數(shù)對于電力電纜線路的設(shè)計(jì)具有重要的意義。
[0003]目前確定土壤熱物性參數(shù)的方法主要是取樣后在實(shí)驗(yàn)室測定，或在現(xiàn)場測量。實(shí)驗(yàn)室測定可得到較為精密的結(jié)果，但樣品的參數(shù)在取樣和運(yùn)輸過程中可能發(fā)生變化，從而引入誤差?，F(xiàn)場測量的方法主要基于線熱源法和電熱源法，市場上也有少量的產(chǎn)品，但功能較為單一，或者不適用于電纜線路敷設(shè)深度的測量。
[0004]發(fā)明專利《基于點(diǎn)熱源法的土壤熱阻系數(shù)測量探頭》（申請?zhí)枺?01010117484. X)提出了一種基于點(diǎn)熱源法的土壤熱阻系數(shù)測量探頭，實(shí)用新型專利《一種便攜式土壤熱阻系數(shù)測量裝置》（申請?zhí)枺?01020120708. 8)提出了一種便攜式土壤熱阻系數(shù)測量裝置，以上兩種裝置可以對電纜敷設(shè)深度范圍內(nèi)土壤的熱阻系數(shù)和溫度進(jìn)行測量，但不能測量土壤的比熱容。
[0005]發(fā)明專利《一種土壤多參數(shù)傳感器測量系統(tǒng)》（申請?zhí)枺?01210551409. 3)公開了一種土壤多參數(shù)傳感測量系統(tǒng)，可`現(xiàn)場測量計(jì)算土壤的導(dǎo)熱率，但不能測量土壤的比熱容，由于其傳感器的尺寸和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，也不適用于對電纜敷設(shè)深度范圍內(nèi)土壤熱物性參數(shù)的現(xiàn)場測量。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0006]本實(shí)用新型是針對【背景技術(shù)】中所提出的問題和需求，提供一種采用雙探針法的土壤熱物性參數(shù)測量裝置。該裝置能夠同時測量土壤的溫度、導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)及比熱容，可用于實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場測量。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：
[0008]一種采用雙探針法的土壤熱物性參數(shù)測量裝置，主要包括探針、可調(diào)恒流直流源、溫度采集裝置、計(jì)算機(jī)，其特征在于所述探針包括不銹鋼管、絕緣導(dǎo)熱物質(zhì)、絕緣導(dǎo)線和T型熱電偶，所述T型熱電偶焊接在探針的內(nèi)壁上，所述絕緣導(dǎo)熱物質(zhì)填充在探針內(nèi)部，所述可調(diào)恒流直流源與絕緣導(dǎo)線連接，所述溫度采集裝置與T型熱電偶連接，所述溫度采集裝置與計(jì)算機(jī)直接采用USB數(shù)據(jù)線連接。
[0009]所述的探針為兩根規(guī)格相同的探針。[0010]所述的探針長度與直徑之比大于30。
[0011]所述可調(diào)恒流直流源輸出電流可提供雙通道電流輸出。
[0012]所述可調(diào)恒流直流源的輸出電流幅值可調(diào)，優(yōu)選的調(diào)節(jié)范圍為O~5安培。
[0013]所述探針材料為中空的不銹鋼管，所述不銹鋼管前端為實(shí)心的圓錐結(jié)構(gòu)。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果是：可同時測量土壤的溫度、導(dǎo)熱系數(shù)、導(dǎo)溫系數(shù)及比熱容參數(shù)，測量所需時間短，能快速地對電力電纜線路沿線區(qū)域的土壤熱物性參數(shù)進(jìn)行測量，測量結(jié)果用于線路載流量的計(jì)算；可根據(jù)要求選用不同長度的探針，滿足現(xiàn)場測試及取樣后實(shí)驗(yàn)室分析的需求。
【【專利附圖】
【附圖說明】】
[0015]圖I為本實(shí)用新型的裝置示意圖。
[0016]圖中I-不銹鋼管，2-絕緣導(dǎo)熱物質(zhì)，3-絕緣導(dǎo)線，4-T型熱電偶，5-可調(diào)恒流直流源，6-溫度米集裝置，7-計(jì)算機(jī)，8-探針1,9-探針2。
【【具體實(shí)施方式】】
[0017]為了更好地理解本實(shí)用新型，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型的內(nèi)容，但本實(shí)用新型的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實(shí)用新型作各種改動或修改，這些 等價形式同樣在本申請所列權(quán)利要求書限定范圍之內(nèi)。
[0018]對所標(biāo)記的各部分，其具體結(jié)構(gòu)和功能如下：
[0019]I-中空的不銹鋼管，為便于在土壤中插拔，其前端為實(shí)心的圓錐結(jié)構(gòu)；
[0020]2-絕緣導(dǎo)熱物質(zhì)，填充在探針內(nèi)部，保持絕緣導(dǎo)線3與T型熱電偶4的位置固定及電氣絕緣；
[0021]3-絕緣導(dǎo)線，作為探針內(nèi)的熱源；
[0022]4-T型熱電偶，測溫點(diǎn)焊接在探針I(yè)的內(nèi)壁上；
[0023]5-可調(diào)恒流直流源，為探針內(nèi)的絕緣導(dǎo)線3提供幅值可調(diào)的恒流直流電流，具備雙通道輸出能力；
[0024]6-溫度采集裝置，采集探針內(nèi)T型熱電偶4的溫度數(shù)據(jù)，具備多通道采集能力，與計(jì)算機(jī)7之間采用USB數(shù)據(jù)線連接；
[0025]7-計(jì)算機(jī)，存儲溫度數(shù)據(jù)，進(jìn)行計(jì)算以得到土壤熱物性參數(shù)；
[0026]8，9_探針，裝置中采用兩只結(jié)構(gòu)相同的探針，探針包括不銹鋼管、作為填充物的絕緣導(dǎo)熱物質(zhì)、絕緣導(dǎo)線和T型熱電偶，熱電偶焊接在不銹鋼管的管壁上。
[0027]本實(shí)用新型測量土壤熱物性參數(shù)的使用方法，其具體實(shí)施步驟是：
[0028]第一步驟：將裝置中的兩只探針分別標(biāo)記為探針I(yè)和探針2。將探針I(yè)、探針2間隔一定距離r插入待測土壤中，待T型熱電偶溫度讀數(shù)穩(wěn)定后，按照一定的采集頻率記錄溫度讀數(shù)!\、T2。！\、T2即為探針I(yè)、探針2所在位置的土壤溫度。
[0029]第二步驟：對探針I(yè)施加恒定電流I1，從開始施加電流起記錄時間t,繼續(xù)記錄溫度讀數(shù)?\、Τ2。由t與T1的曲線計(jì)算出土壤的導(dǎo)熱系數(shù)入。
[0030]第三步驟：從某一時刻h起,對探針2施加恒定電流I2,繼續(xù)記錄時間t,溫度讀數(shù)?\、Τ2。由λ、及t與Τ2的曲線計(jì)算出土壤導(dǎo)溫系數(shù)α。[0031]第四步驟：由α、λ及土壤密度P計(jì)算出土壤比熱容C。
[0032]本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種采用雙探針法的土壤熱物性參數(shù)測量裝置，包括探針、可調(diào)恒流直流源、溫度采集裝置、計(jì)算機(jī)，其特征在于所述探針包括不銹鋼管、絕緣導(dǎo)熱物質(zhì)、絕緣導(dǎo)線和T型熱電偶，所述T型熱電偶焊接在探針的內(nèi)壁上，所述絕緣導(dǎo)熱物質(zhì)填充在探針內(nèi)部，所述可調(diào)恒流直流源與絕緣導(dǎo)線連接，所述溫度采集裝置與T型熱電偶連接，所述溫度采集裝置與計(jì)算機(jī)直接采用USB數(shù)據(jù)線連接。
2.如權(quán)利要求I所述的一種采用雙探針法的土壤熱物性參數(shù)測量裝置，其特征在于所述的探針為兩根規(guī)格相同的探針。
3.如權(quán)利要求I所述的一種采用雙探針法的土壤熱物性參數(shù)測量裝置，其特征在于所述的探針長度與直徑之比大于30。
4.如權(quán)利要求I所述的一種采用雙探針法的土壤熱物性參數(shù)測量裝置，其特征在于所述可調(diào)恒流直流電源輸出電流可提供雙通道電流輸出。
5.如權(quán)利要求I所述的一種采用雙探針法的土壤熱物性參數(shù)測量裝置，其特征在于所述可調(diào)恒流直流電源的輸出電流幅值可調(diào)。
6.如權(quán)利要求I所述的一種采用雙探針法的土壤熱物性參數(shù)測量裝置，其特征在于所述可調(diào)恒流直流電源的輸出電流幅值調(diào)節(jié)范圍是O?5安培。
7.如權(quán)利要求I所述的一種采用雙探針法的土壤熱物性參數(shù)測量裝置，其特征在于所述探針材料為中空的不銹鋼管，所述不銹鋼管前端為實(shí)心的圓錐結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】G01N25/20GK203587535SQ201320797358
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】趙健康, 劉松華, 樊友兵, 李文杰, 楊丹 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院