[实用新型]一种土层电性和热物性参数联合测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种土层联合测量装置，特别涉及一种土层电性和热物性参数联合测量装置。

背景技术

目前，在农业方面，土壤的温度和水分是决定农作物好坏的重要因素。土壤水影响着农作物的生长和溶质运移等过程，通过电阻率值，就可以大致得到深部土壤水分的分布情况和土壤水分变化情况。不同的温度影响的效果不一样，由于土壤的含水率不同，导热系数也不一样，因此在对农作物进行灌溉时，不同的水量会导致外界温度对农作物根部的影响不同。所以在满足农作物对水量的需求的情况下，根据气候温度选择合适的土壤导热系数时的水量进行灌溉，能够起到促进农作物积极生长的作用。环境方面上，利用土壤电阻率值来定量讨论土壤水环境中的迁移机理和分布特征、定量评价其污染情况和时时监控土体是否污染问题上都创造了条件。如今在农业和环境监测领域，研究测量土壤的导热系数和电阻率值非常有意义。但在原状土测量中，测量的数据太少，造成数据的说服力不够；且更深层的土层的导热系数值可能由于装置的问题而测量不到数据，使测量的数据不完整。

土壤的导热系数和电阻率是土壤的基本参数之一，在实验室内要分别取得导热系数值和电阻率值，不仅工作量大，也会造成土体的二次扰动，测量的数据和实际值相差大；且测得电阻率值数据单一，缺少横向和纵向的数据比较，使数据显得单一不可靠。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决现有装置只能测量浅表土层的导热系数，而不能测量更深层土的导热系数的问题，也同时解决在没有二次扰动土层的前提下，不能一次性测量各土层横向和纵向电阻率的问题。

本实用新型为了达到上述目的、解决上述问题而提供的一种土层电性和热物性参数联合测量装置。

本实用新型提供的土层电性和热物性参数联合测量装置包括有锥形头、导热绝缘筒、电热丝、电极和温度传感器，其中锥形头装配在导热绝缘筒的下端，电热丝插设在导热绝缘筒的内腔中，电热丝的外端连接有电源，导热绝缘筒的周圈等距两两对称开设有四个安装孔，其中电极分别安装在对称的两个安装孔中，温度传感器分别安装在另两个对称的安装孔中，导热绝缘筒的纵向等距开设有数排安装孔，导热绝缘筒纵向安装孔内装配的每列数个电极均由一根电缆相串联，该电缆的外端连接有电阻率采集器用以测量电阻率，导热绝缘筒纵向安装孔内装配的每列数个温度传感器也由一根电缆相串联，该电缆的外端连接数据采集器用以测量土体温度。

电热丝为恒功率电热丝，电热丝的周圈填充有导热绝缘材料。

电极为紫铜柱电极，电极上裹设有导热绝缘材料。

温度传感器为Pt100的温度传感器，温度传感器上裹设有导热绝缘材料。

本实用新型的工作原理：

1、导热系数的测量：固定在导热绝缘筒内的电热丝，以恒定功率加热，筒内的充填物，有很好的导热效果，能使热量都用来加热土体，安置在孔内的温度传感器得到的数据在输出端接收，就能同时得到一个地层左右两侧土体多个导热系数的数据。利用热线源的理论基础，只要测得某一位置点不同时刻的温度，建立温升和时间对数之间的关系，通过斜率的大小，便可以计算出介质的导热系数，如下式所示：

其在一个地层数据进行求平均值，就可得到更准确的导热系数，也可以把一侧数据求平均值，得到一侧土体的导热系数值，两侧导热系数值可以进行比较。由于探头的长度可变化，就可以一次性测到不同深度土层的导热系数，也能看出导热系数随纵向方向的变化情况。同时，也可以换用不同功率进行加热，也可以得到不同功率条件下的导热系数。

2、电阻率测量：在测量电阻率时，可以采用对称四极装置类型(温纳装置)，即AM＝MN＝NB＝a，相邻间距相等，记录点在MN的中间其优点是信噪比最高，抗干扰能力最强。以接近金属锥形头的第一个电极，为A电极，第二电极为M电极，第三电极为N电极，第四电极为B电极，完成第一个点测量；在以靠近锥形头的第二电极为A电极，第三电极为M电极，第四电极为N电极，第五电极为B电极，完成第二个点的测量。通过电阻率测量仪控制电极的通断电，采用以上方式完成由底到上的走极方式，以距离5cm完成一次测量；再以距离为10cm,完成一次走极测量，以相同的方法，电阻率测量仪控制电极距，完成测量，就能得到一个电阻率剖面图。每个点的电阻率值按下方程得出：