[发明专利]结冰温度传感器及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及结冰温度传感器及其测量方法，尤其适用于不同土质、不同 含水量在不同压力条件下对不同土体结冰温度进行定点测量。

背景技术

深厚表土层中的矿井井筒主要采用人工冻结法施工，作为建设井筒期间 临时支护的冻结壁，其厚度是冻结法设计与保障工程安全的主要指标。目前 仍以0℃面作为冻结壁界面的判据。工程实测发现，冻结壁界面的结冰温度 低于0℃，这导致冻结壁实际厚度减小。为了保障冻结法施工安全，正确的 设计与准确的判定冻结壁厚度，获得不同条件下土体的实际结冰温度十分必 要。同时，结冰温度也是不同土质、不同含水量的土体在不同压力条件下的 室内外冻胀特性研究的前提和基础。

测量土体结冰温度的技术关键是如何判定待测点结冰并测出其温度。目 前，国内外对土体结冰温度进行定点测量的传感器装置很少。国内外土体结 冰温度测量技术主要有两类，一类是应用土体结冰时电阻率突变的原理判定 待测点结冰，用铜-康铜热电偶测温度。该方法的优点是操作简单、迅速， 缺点是土体结冰后的电阻率达到几百万欧姆，这个数量级的电阻率测量误差 很大，另一方面铜-康铜热电偶的测温精度也达不到测量结冰温度的要求； 另一类方法是应用过冷原理来判定结冰温度。该方法的优点是数据可靠，缺 点是操作复杂，过冷现象只有在适宜的设备结构尺寸和参数下才能产生。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种操作简单，数据可靠的结冰温度传 感器测量装置及方法。

技术方案：本发明的结冰温度传感器包括由绝缘端子、两个铜片和热敏 电阻构成的结冰温度传感器探头，其中：两个铜片对称固定在绝缘端子上， 热敏电阻设在两个铜片之间，热敏电阻上设有与数据采集器相连的热敏电阻 引出线，两个铜片上分别设有与数据采集器相连的铜导线，并分别设有将两 个铜片串联在一起的铜导线，铜导线上分别串联有参比电阻和直流电压源。

所述的参比电阻为10MΩ；直流电压源为10V。

本发明结冰温度传感器的测量方法：

a、将结冰温度传感器探头置于土体内待测位置；

b、将铜导线、热敏电阻引出线分别连接到数据采集器；

c、打开10V直流电压源，使经铜导线串联的结冰温度传感器探头、10MΩ 参比电阻和10V直流电压源形成闭合回路；

d、打开数据采集器，通过铜导线和热敏电阻引出线实时测量土体内待 测点的分压值和温度；

e、随着土体内待测点温度的降低，土体内待测点的分压值不断增大， 待测点结冰时，其分压值产生突变，该突变点对应的温度即为土体内待测点 的结冰温度。

有益效果：

1.根据土体冻结前后呈现的不同导电特性，通过串联10V直流电压源 和10MΩ参比电阻，可以测量待测点的分压值，比直接测量电阻率更加精确， 更可靠。

2.操作简单，相对于过冷原理测量结冰温度对实验设备结构尺寸和参数 的严格要求，该传感器结构简单，成本低，数据稳定可靠。

3.采用热敏电阻测量温度，精度可以达到±0.1％，相对于热电偶测温的 方法，其测量结果更加精确。

附图说明

图1是本发明的整体结构俯视图；

图2是本发明土体内待测点的分压值随温度变化曲线示意图。

图中：绝缘端子-1，铜片-2，铜导线-3，铜导线-4，热敏电阻-5，热敏电 阻引出线-6，10MΩ参比电阻-7，10V直流电压源-8，结冰温度传感器探头-9。

具体实施方式

下面结合附图中的实施例对本发明作进一步的描述：

图1所示，结冰温度传感器主要由绝缘端子1，固定在绝缘端子1上的 铜片2，焊接在铜片2上的铜导线3、4固定在绝缘端子1之上，铜片2之间 的热敏电阻5，热敏电阻引出线6，10MΩ参比电阻7，10V直流电压源8组 成；绝缘端子1、铜片2、热敏电阻5共同构成结冰温度传感器探头9，结冰 温度传感器探头9中的两个铜片2对称焊接在绝缘端子1上，热敏电阻5固 定在两个铜片2之间，热敏电阻5上焊接与数据采集器相连的热敏电阻引出 线6，两个铜片2上分别焊接与数据采集器相连的铜导线4，并分别焊接将 两个铜片2串联在一起的铜导线3，铜导线3上分别串联10MΩ的参比电阻 7和10V的直流电压源8。