專利名稱：一種便攜式土壤熱阻系數測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種便攜式土壤熱阻系數測量裝置，屬于測量技術領域。
背景技術：
土壤的熱阻系數是土壤的基本參數之一，對于直埋電纜線路，其載流能力直接取 決于這兩個參數，同時對于電纜線路的散熱環境改善，也需要精確的確定這兩個參數。目前 在國內尚無適用的現場土壤熱組系數測量儀器，一般通過兩種取樣方式，即1)取樣后，根 據土壤成分構成，再通過手冊來查取相關土壤的熱阻系數，但由于土壤熱阻系數不僅受土 壤成分的影響，還有土壤含水率等因素的影響，即使成成分相同的土壤，含水率不同，熱阻 系數也相差很大。第二種方式是通過取樣，將采集到的樣品在試驗室內部通過儀器進行測 定，這種方法也存在有不能夠完全體現出現場土壤原始條件的缺點，不能正確的反映出現 場的土壤密實程度、含水率等。在實際的電纜線路設計、施工與管理過程中，都需要準確的 測定電纜線路周圍環境土壤的熱阻系數以及參數。因此，只有在現場進行實時測量，才能滿 足電纜線路設計、施工以及管理過程對土壤溫度、導熱系數實時、準確測量的要求。發明專利(公開號CN101320007A，名稱針探針法材料導熱系數測量裝置和材料 導熱系數測量裝置)和發明專利(公開號CN201222042Y，名稱材料導熱系數測量裝置) 公開了一種基于線熱源原理的針探法材料導熱系數測量裝置，該方法采用直徑0. 7mm、長度 為53mm的探針，內部設置有0. 0762mm的電加熱絲，適用于液體、氣體以及固體介質的導熱 系數測量。但該方法中的探針制造困難，且由于探針長度限制，只適合對小尺寸試樣進行測 量，無法應用于大深度范圍土壤熱阻系數的現場測量。發明專利(公開號CN 101105467A，名稱土壤熱阻系數測定裝置及其方法)公 開了一種土壤熱阻系數測定裝置及其方法，可用來測試地源熱泵空調系統向土壤排熱或取 熱兩種模式下的土壤熱阻系數。但該方法主要針對地下深度在40 100米處土壤的熱阻 系數進行測量，且實現過程復雜，需要大量設備和較長測試時間，不適用于對土壤熱阻系數 進行快速測量。發明專利(公開號CN101303320A，名稱一種準穩態法固體導熱系數測量儀器) 公開了一種基于實驗室內的測量裝置，對采集的樣品進行較高精度測量，同樣不適于現場 快速測量。
發明內容本實用新型的目的在于克服背景技術所提出的問題，基于線性熱源法與平板法兩 種原理，提供了一種便攜式土壤熱阻測量裝置，可進行直埋電纜線路處土壤的溫度監測與 導熱系數測量，該裝置不僅可以實現對土壤溫度的長期監測，還可以對土壤導熱系數進行 實地實時的測量。本實用新型的技術方案是一種便攜式土壤熱阻系 數測量裝置，該裝置由測量探 頭、控制與計算模塊、電源模塊、顯示與處理終端組成，其連接方式是測量探頭中的加熱電阻絲通過導線與電源模塊相連，測量探頭中的熱電偶探頭有導線連接到控制與計算模塊， 控制與計算模塊由導線連接到電源模塊，顯示與處理終端通過數據線和控制與計算模塊相 連；其特征在于控制與計算模塊內有一套集成電路微處理控制器，專用于采集、控制和處 理探頭上的數據，顯示與處理終端采用便攜式PDA或便攜式個人計算機，有利于數據的采 集顯示和現場分析。本便攜式土壤熱阻系數測量裝置，能根據所測媒質的熱阻特性的變化， 自動優化加熱功率，從而獲得最佳測量結果。如上所述的一種便攜式土壤熱阻系數測量裝置，其特征在于本裝置的測量探頭 可以采用基于熱線法的探針式探頭，也可以采用基于平板法的平板狀探頭，熱電偶探頭為T 型，探頭內包含有三個熱電偶溫度測量點和一個加熱電阻絲，有利于對不同質土壤的探測，保證測量精度。如上所述的一種便攜式土壤熱阻系數測量裝置，其特征在于可采用干電池替代 電源模塊對熱電偶電加熱供電，有利于長時間持續監測土壤溫度時。本實用新型的有益效果是裝置各結構單元模塊化，攜帶與使用方便，能夠根據 不同的現場情況采用不同的測量方式，測量范圍廣，對土壤熱阻系數測量范圍為0. 3 4. 5K ·πι/Ι。由于本實用新型主要是為現場確定直埋電纜線路周圍環境參數的儀器，對于確 定全國不同地域、不同實際電纜線路周圍的土壤環境參數提供了重要的現場測量儀器，對 直埋電纜線路的設計與管理具有重要的意義。本實用新型的適用范圍本實用新型不適用于存在有對流的場合，如液體與空氣 中。
附圖1為本實用新型實施例便攜式土壤熱阻系數測量裝置各模塊連接圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型做進一步說明。如附圖1所示，一種便攜式土壤熱阻系數測量裝置，主要包括測量探頭、控制與計 算模塊、電源模塊、顯示與處理終端等，測量探頭可以采用針狀，球狀以及平板狀，其作用為 加熱探頭周圍土壤，同時采集探頭表面溫度數據；電源模塊可以采用恒流電源，控制與計算 模塊作用是監測探頭加熱部分兩端的電壓和電流，并將電壓與電流信號反饋至控制與計 算模塊，控制電源模塊輸出；記錄并分析由探頭傳輸過來的溫度信號，根據預測量階段結 果，調整加熱功率，獲得最佳測量結果。電源模塊也可以采用僅電流或者電壓可調且無數字 顯示功能的電源，這是可以通過二位半以上的數字萬用表測量探針兩端的電壓和電流，求 取功率大小，獲取穩定的功率。測溫熱電偶元件可以采用市售各種型號熱電偶線，根據不同 的測量探頭，可以選擇對應的測量模式。其連接方式是測量探頭中的加熱電阻絲通過導線與電源模塊相連，測量探頭中 的熱電偶探頭有導線連接到控制與計算模塊，控制與計算模塊由導線連接到電源模塊，顯 示與處理終端通過數據線和控制與計算模塊相連。其工作原理為基于線性熱源法與平板法兩種原理。在現場使用時，先用直徑略小于探頭的鋼棒在地上打孔，然后將探頭插入孔中，開機讀取溫度，待溫度穩定后，再通過功率源施加恒定功率，施加電流時同時讀取電壓與電流 大小，讀取功率大小，同時在整個測試加熱過程中，通過電壓與電流乘積的控制，使加熱探 針的功率保持恒定。記錄三個熱電偶上的溫度大小和時間，將數據然后進行分析計算，并及 時調整功率大小，然后對測量數據進行分析計算出土壤的熱阻系數。
利用本實用新型裝置在試驗室內對干燥的純細砂樣本的測量結果為2. 67Km/W。
權利要求一種便攜式土壤熱阻系數測量裝置，該裝置由測量探頭、控制與計算模塊、電源模塊、顯示與處理終端組成，其連接方式是測量探頭中的加熱電阻絲通過導線與電源模塊相連，測量探頭中的熱電偶探頭有導線連接到控制與計算模塊，控制與計算模塊由導線連接到電源模塊，顯示與處理終端通過數據線和控制與計算模塊相連；其特征在于控制與計算模塊內有一套集成電路微處理控制器，專用于采集、控制和處理探頭上的數據，顯示與處理終端為便攜式PDA或便攜式個人計算機。
2.如權利要求1所述的一種便攜式土壤熱阻系數測量裝置，其特征在于本裝置的測 量探頭采用基于熱線法的探針式探頭，或采用基于平板法的平板狀探頭，熱電偶探頭為T 型，探頭內包含有三個熱電偶溫度測量點和一個加熱電阻絲。
3.如權利要求1所述的一種便攜式土壤熱阻系數測量裝置，其特征在于采用干電池 替代電源模塊對熱電偶電加熱供電。
專利摘要一種便攜式土壤熱阻測量裝置，該裝置由測量探頭、控制與計算模塊、電源模塊、顯示與處理終端組成，可進行直埋電纜線路處土壤的溫度監測與導熱系數測量，并根據所測媒質的熱阻特性的變化，自動優化加熱功率，從而獲得最佳測量結果，測量探頭可以采用基于熱線法的探針式探頭，也可以采用基于平板法的平板狀探頭，探頭內包含有三個熱電偶溫度測量點和一個加熱電阻絲。該裝置不僅可以實現對土壤溫度的長期監測，還可以對土壤導熱系數進行實地實時的測量。各結構單元模塊化，攜帶與使用方便，能夠根據不同的現場情況采用不同的測量方式，測量范圍廣，對土壤熱阻系數測量范圍為0.3～4.5K·m/W，對直埋電纜線路的設計與管理具有重要的意義。
文檔編號G01N25/20GK201594082SQ201020120708
公開日2010年9月29日 申請日期2010年2月23日 優先權日2010年2月23日
發明者劉松華, 李文杰, 樊友兵, 趙健康 申請人:國網電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司