專利名稱：交流低頻土電阻率測試儀的制作方法
專利說明
一、技術領域本實用新型是一種適用于土木工程領域，對土的電阻率特性測試的裝置，屬于土測試設備的技術領域。
二背景技術：
土的結構是決定土體工程力學性質的主要因素，這種結構性對土的工程性質有強烈影響，因而對土進行微觀結構的定量研究，探尋土在變形過程中的結構變化的定量描述已成為當今巖土工程研究的熱點目標之一。由于巖土介質微觀結構形態的復雜性和技術手段的局限性，現有的常用土結構研究方法還存在一些問題(1)微結構研究制樣困難，測試麻煩；(2)變異性大，同一土樣不同研究者往往會得出不同結論，即使采用圖像分析技術，由于樣本選擇的不同，也難以得出較一致的結論；(3)不能連續觀測；(4)一些測試技術，如土層CT成本高，使用不便；(5)一些技術為有損測試。
土的電阻率是表征土導電性的基本參數，是土的固有物性參數之一。近幾年來，不少國外學者對電阻率特性與微觀結構參數、宏觀力學特性參數相互聯系方面進行了不少研究工作，同時努力探索其應用于土的結構定量化研究的可行性和有效性，并取得了不少有益成果。而現有電阻率測試系統一般采用直流電測。這種電測可描述一些非導電的粒子(砂、碎石)等孔隙結構特性；在導電的球形粒子構成的系統中，例如樹脂懸浮液，若電解液濃度高的話，也可用直流電測來評估其結構和幾何特性；在更復雜的體系中，例如有著不同粒徑、形狀、定向性和表面特性的粘土體系中，直流電測效果不佳。另外還需要提的是在直流電場作用下會引起動電耦合現象—電滲以及電化學效應，從而引起系統發生不可逆變化。采用交流電則可減到最小。因而測試土在結構變化過程中的結構定量變化，宜采用交流電測。
關于交流頻率的選擇，研究表明低頻率區的電性反應特征可有效反應土顆粒大小，粒徑分布、顆粒定向性、孔隙液電解質的種類和濃度、顆粒表面特征和樣品的擾動程度等結構特性，頻率高或過低均不宜[2]。頻率高，抗干擾性差，數據不穩定，難以有效揭示土的結構特性；頻率過低，電信號不明顯，靈敏度不高。而已有的交流電測儀一般為高頻交流電橋以及頻率僅為5hz的DZ-1型低頻電阻率儀器。
三
發明內容
1、技術問題為了解決現有的土木工程領域土的電阻率測試問題，本實用新型的發明目的是提供一種適用于土木工程領域的交流低頻土電阻率測試儀，從根本上改變傳統土結構研究和應用中的困難，大大提高土結構指標的可操作性和一致性，并將為現場原位結構指標的確定奠定基礎。
二、技術方案本實用新型的交流低頻土電阻率測試儀，由信號采集電路、信號處理電路所組成，其特征在于信號采集電路包括橋臂選擇電路、信號處理電路包括頻率選擇電路、信號指示電路、檢零電路、電阻選擇電路，被測電阻分別與電阻選擇電路、檢零電路、信號指示電路、橋臂選擇電路相接；橋臂選擇電路的一端接電阻選擇電路，另一端接檢零電路，頻率選擇電路與信號指示電路相接。
橋臂選擇電路由兩排電阻所組成，其一端接被測電阻和信號指示電路中的電壓表A、檢零電路中的電壓表B，另一端接電阻選擇電路中的串聯電阻的一端，由被測電阻、電阻選擇電路、橋臂選擇電路中的兩排電阻組成完整的電橋。橋臂選擇電路中的每排電阻中電阻的阻值分別為20Ω、40Ω、60Ω、80Ω、100Ω、150Ω、200Ω、400Ω、600Ω、800Ω、1000Ω。電阻選擇電路中，由4只可調電阻串聯組成，第一個電阻的阻值范圍為0.1Ω～1Ω，第二個電阻的阻值范圍為1Ω～10Ω，第三個電阻的阻值范圍為10Ω～100Ω，第四個電阻的阻值范圍為100Ω～1000Ω。
依據土的電學模型，通過調節低頻率交流電橋的平衡，測出土的電阻Rx，進而獲得土的電阻率特性指標和結構特性指標-F、f、A。
RxV=RvR1R2;]]>RxH=RHR1R2]]>ρv=RvSvLv;]]>ρH=RHSHLH]]>Fv＝ρv/ρw；FH＝ρH/ρwF‾=Fv+2FH3;]]>A=FVFH;]]>由F＝n-f得到f。
式中RxV、RxH為土的豎向、水平向電阻；ρv、ρH為土的豎向、水平向電阻率；ρw為孔隙水電阻率；RV、RH為可調電阻；R1、R2為標準電阻；F為土的平均內結構因子；FV、FH為土的豎向、水平向結構因子；n為孔隙率；f為平均形狀因子；A為各向異性指數；SV、SH為測土的豎向、水平向電阻的電極片面積；LV、LH為測土的豎向、水平向電阻的電極片之間的距離。
低頻交流電橋測電阻的工作過程(1)接好被測電阻，選擇與被測電阻相近的“橋臂電阻”；根據被測電阻的高低選擇適宜的“信號強度”。
(2)打開電源開關，調節“電阻選擇”各檔旋鈕，使“檢零指示”的值指向最小為止，此時“電阻選擇”各檔之和即為被測電阻的值。
六、有益效果本實用新型可以交直流兩用，便于室內、現場測試；頻率從20～100hz連續分檔，可調；電壓幅度連續可調，并可衰減；檢流計、電壓均數字顯示。解決了現有的土木工程領域土的電阻率測試問題，適用于土木工程領域的交流低頻土電阻率測試，從根本上改變傳統土結構研究和應用中的困難，大大提高土結構指標的可操作性和一致性，并將為現場原位結構指標的確定奠定基礎。
四
圖1是本實用新型的電路原理框圖。其中有橋臂選擇電路1、頻率選擇電路2、信號指示電路3、檢零電路4、電阻選擇電路5，被測電阻Rx。
圖2是本實用新型的電路原理圖。
圖3為3 1/2數顯交流電壓表電原理圖。
五具體實施方式
本實用新型的交流低頻土電阻率測試儀，由信號采集電路、信號處理電路所組成，信號采集電路包括橋臂選擇電路1、信號處理電路包括頻率選擇電路2、信號指示電路3、檢零電路4、電阻選擇電路5，被測電阻Rx分別與電阻選擇電路5、檢零電路4、信號指示電路3、橋臂選擇電路1相接；橋臂選擇電路1的一端接電阻選擇電路5，另一端接檢零電路4，頻率選擇電路2與信號指示電路3相接。橋臂選擇電路1由兩排電阻所組成，其一端接被測電阻Rx和信號指示電路3中的電壓表A、檢零電路4中的電壓表B，另一端接電阻選擇電路5中的串聯電阻的一端，由被測電阻Rx、電阻選擇電路5、橋臂選擇電路1中的兩排電阻組成完整的電橋。橋臂選擇電路1中的每排電阻中電阻的阻值分別為20Ω、40Ω、60Ω、80Ω、100Ω、150Ω、200Ω、400Ω、600Ω、800Ω、1000Ω。電阻選擇電路5中，由4只可調電阻串聯組成，第一個電阻的阻值范圍為0.1Ω～1Ω，第二個電阻的阻值范圍為1Ω～10Ω，第三個電阻的阻值范圍為10Ω～100Ω，第四個電阻的阻值范圍為100Ω～1000Ω。頻率選擇電路2中的電阻分別為20Ω、30Ω、40Ω、50Ω、60Ω、70Ω、80Ω、90Ω、100Ω。
將土樣與定制的電極片接觸，放入定制的絕緣器皿后，進行常規的土工壓縮、膨脹、三軸試驗時，按照低頻交流電橋測電阻的工作過程同步測其電阻，即可獲得土在這些過程中的變化規律。
權利要求1.一種交流低頻土電阻率測試儀，由信號采集電路、信號處理電路所組成，其特征在于信號采集電路包括橋臂選擇電路(1)、信號處理電路包括頻率選擇電路(2)、信號指示電路(3)、檢零電路(4)、電阻選擇電路(5)，被測電阻(Rx)分別與電阻選擇電路(5)、檢零電路(4)、信號指示電路(3)、橋臂選擇電路(1)相接；橋臂選擇電路(1)的一端接電阻選擇電路(5)，另一端接檢零電路(4)，頻率選擇電路(2)與信號指示電路(3)相接。
2.根據權利要求1所述的交流低頻土電阻率測試儀，其特征在于橋臂選擇電路(1)由兩排電阻所組成，其一端接被測電阻(Rx)和信號指示電路(3)中的電壓表A、檢零電路(4)中的電壓表B，另一端接電阻選擇電路(5)中的串聯電阻的一端，由被測電阻(Rx)、電阻選擇電路(5)、橋臂選擇電路(1)中的兩排電阻組成完整的電橋。
3.根據權利要求1或2所述的交流低頻土電阻率測試儀，其特征在于橋臂選擇電路(1)中的每排電阻中電阻的阻值分別為20Ω、40Ω、60Ω、80Ω、100Ω、150Ω、200Ω、400Ω、600Ω、800Ω、1000Ω。
4.根據權利要求1或2所述的交流低頻土電阻率測試儀，其特征在于電阻選擇電路(5)中，由4只可調電阻串聯組成，第一個電阻的阻值范圍為0.1Ω～1Ω，第二個電阻的阻值范圍為1Ω～10Ω，第三個電阻的阻值范圍為10Ω～100Ω，第四個電阻的阻值范圍為100Ω～1000Ω。
5.根據權利要求1或2所述的交流低頻土電阻率測試儀，其特征在于頻率選擇電路(2)中的電阻分別為20Ω、30Ω、40Ω、50Ω、60Ω、70Ω、80Ω、90Ω、100Ω。
專利摘要交流低頻土電阻率測試儀是一種適用于土木工程領域，對土的電阻率特性測試的裝置，交流低頻土電阻率測試儀由信號采集電路、信號處理電路所組成，信號采集電路包括橋臂選擇電路1、信號處理電路包括頻率選擇電路2、信號指示電路3、檢零電路4、電阻選擇電路5，被測電阻Rx分別與電阻選擇電路、檢零電路、信號指示電路、橋臂選擇電路相接；橋臂選擇電路的一端接電阻選擇電路，另一端接檢零電路，頻率選擇電路與信號指示電路相接。橋臂選擇電路由兩排電阻所組成，其一端接被測電阻和信號指示電路中的電壓表A、檢零電路中的電壓表B，另一端接電阻選擇電路中的串聯電阻的一端，由被測電阻、電阻選擇電路、橋臂選擇電路中的兩排電阻組成完整的電橋。
文檔編號G01N27/04GK2622713SQ0322240
公開日2004年6月30日 申請日期2003年6月2日 優先權日2003年6月2日
發明者劉松玉, 于小軍 申請人:東南大學