专利名称：交流低频土电阻率测试仪的制作方法
专利说明
一、技术领域本实用新型是一种适用于土木工程领域，对土的电阻率特性测试的装置，属于土测试设备的技术领域。
二背景技术：
土的结构是决定土体工程力学性质的主要因素，这种结构性对土的工程性质有强烈影响，因而对土进行微观结构的定量研究，探寻土在变形过程中的结构变化的定量描述已成为当今岩土工程研究的热点目标之一。由于岩土介质微观结构形态的复杂性和技术手段的局限性，现有的常用土结构研究方法还存在一些问题(1)微结构研究制样困难，测试麻烦；(2)变异性大，同一土样不同研究者往往会得出不同结论，即使采用图像分析技术，由于样本选择的不同，也难以得出较一致的结论；(3)不能连续观测；(4)一些测试技术，如土层CT成本高，使用不便；(5)一些技术为有损测试。
土的电阻率是表征土导电性的基本参数，是土的固有物性参数之一。近几年来，不少国外学者对电阻率特性与微观结构参数、宏观力学特性参数相互联系方面进行了不少研究工作，同时努力探索其应用于土的结构定量化研究的可行性和有效性，并取得了不少有益成果。而现有电阻率测试系统一般采用直流电测。这种电测可描述一些非导电的粒子(砂、碎石)等孔隙结构特性；在导电的球形粒子构成的系统中，例如树脂悬浮液，若电解液浓度高的话，也可用直流电测来评估其结构和几何特性；在更复杂的体系中，例如有着不同粒径、形状、定向性和表面特性的粘土体系中，直流电测效果不佳。另外还需要提的是在直流电场作用下会引起动电耦合现象—电渗以及电化学效应，从而引起系统发生不可逆变化。采用交流电则可减到最小。因而测试土在结构变化过程中的结构定量变化，宜采用交流电测。
关于交流频率的选择，研究表明低频率区的电性反应特征可有效反应土颗粒大小，粒径分布、颗粒定向性、孔隙液电解质的种类和浓度、颗粒表面特征和样品的扰动程度等结构特性，频率高或过低均不宜[2]。频率高，抗干扰性差，数据不稳定，难以有效揭示土的结构特性；频率过低，电信号不明显，灵敏度不高。而已有的交流电测仪一般为高频交流电桥以及频率仅为5hz的DZ-1型低频电阻率仪器。
三
发明内容
1、技术问题为了解决现有的土木工程领域土的电阻率测试问题，本实用新型的发明目的是提供一种适用于土木工程领域的交流低频土电阻率测试仪，从根本上改变传统土结构研究和应用中的困难，大大提高土结构指标的可操作性和一致性，并将为现场原位结构指标的确定奠定基础。
二、技术方案本实用新型的交流低频土电阻率测试仪，由信号采集电路、信号处理电路所组成，其特征在于信号采集电路包括桥臂选择电路、信号处理电路包括频率选择电路、信号指示电路、检零电路、电阻选择电路，被测电阻分别与电阻选择电路、检零电路、信号指示电路、桥臂选择电路相接；桥臂选择电路的一端接电阻选择电路，另一端接检零电路，频率选择电路与信号指示电路相接。
桥臂选择电路由两排电阻所组成，其一端接被测电阻和信号指示电路中的电压表A、检零电路中的电压表B，另一端接电阻选择电路中的串联电阻的一端，由被测电阻、电阻选择电路、桥臂选择电路中的两排电阻组成完整的电桥。桥臂选择电路中的每排电阻中电阻的阻值分别为20Ω、40Ω、60Ω、80Ω、100Ω、150Ω、200Ω、400Ω、600Ω、800Ω、1000Ω。电阻选择电路中，由4只可调电阻串联组成，第一个电阻的阻值范围为0.1Ω～1Ω，第二个电阻的阻值范围为1Ω～10Ω，第三个电阻的阻值范围为10Ω～100Ω，第四个电阻的阻值范围为100Ω～1000Ω。
依据土的电学模型，通过调节低频率交流电桥的平衡，测出土的电阻Rx，进而获得土的电阻率特性指标和结构特性指标-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为土的竖向、水平向电阻；ρv、ρH为土的竖向、水平向电阻率；ρw为孔隙水电阻率；RV、RH为可调电阻；R1、R2为标准电阻；F为土的平均内结构因子；FV、FH为土的竖向、水平向结构因子；n为孔隙率；f为平均形状因子；A为各向异性指数；SV、SH为测土的竖向、水平向电阻的电极片面积；LV、LH为测土的竖向、水平向电阻的电极片之间的距离。
低频交流电桥测电阻的工作过程(1)接好被测电阻，选择与被测电阻相近的“桥臂电阻”；根据被测电阻的高低选择适宜的“信号强度”。
(2)打开电源开关，调节“电阻选择”各档旋钮，使“检零指示”的值指向最小为止，此时“电阻选择”各档之和即为被测电阻的值。
六、有益效果本实用新型可以交直流两用，便于室内、现场测试；频率从20～100hz连续分档，可调；电压幅度连续可调，并可衰减；检流计、电压均数字显示。解决了现有的土木工程领域土的电阻率测试问题，适用于土木工程领域的交流低频土电阻率测试，从根本上改变传统土结构研究和应用中的困难，大大提高土结构指标的可操作性和一致性，并将为现场原位结构指标的确定奠定基础。
四

图1是本实用新型的电路原理框图。其中有桥臂选择电路1、频率选择电路2、信号指示电路3、检零电路4、电阻选择电路5，被测电阻Rx。
图2是本实用新型的电路原理图。
图3为3 1/2数显交流电压表电原理图。
五具体实施方式
本实用新型的交流低频土电阻率测试仪，由信号采集电路、信号处理电路所组成，信号采集电路包括桥臂选择电路1、信号处理电路包括频率选择电路2、信号指示电路3、检零电路4、电阻选择电路5，被测电阻Rx分别与电阻选择电路5、检零电路4、信号指示电路3、桥臂选择电路1相接；桥臂选择电路1的一端接电阻选择电路5，另一端接检零电路4，频率选择电路2与信号指示电路3相接。桥臂选择电路1由两排电阻所组成，其一端接被测电阻Rx和信号指示电路3中的电压表A、检零电路4中的电压表B，另一端接电阻选择电路5中的串联电阻的一端，由被测电阻Rx、电阻选择电路5、桥臂选择电路1中的两排电阻组成完整的电桥。桥臂选择电路1中的每排电阻中电阻的阻值分别为20Ω、40Ω、60Ω、80Ω、100Ω、150Ω、200Ω、400Ω、600Ω、800Ω、1000Ω。电阻选择电路5中，由4只可调电阻串联组成，第一个电阻的阻值范围为0.1Ω～1Ω，第二个电阻的阻值范围为1Ω～10Ω，第三个电阻的阻值范围为10Ω～100Ω，第四个电阻的阻值范围为100Ω～1000Ω。频率选择电路2中的电阻分别为20Ω、30Ω、40Ω、50Ω、60Ω、70Ω、80Ω、90Ω、100Ω。
将土样与定制的电极片接触，放入定制的绝缘器皿后，进行常规的土工压缩、膨胀、三轴试验时，按照低频交流电桥测电阻的工作过程同步测其电阻，即可获得土在这些过程中的变化规律。
权利要求1.一种交流低频土电阻率测试仪，由信号采集电路、信号处理电路所组成，其特征在于信号采集电路包括桥臂选择电路(1)、信号处理电路包括频率选择电路(2)、信号指示电路(3)、检零电路(4)、电阻选择电路(5)，被测电阻(Rx)分别与电阻选择电路(5)、检零电路(4)、信号指示电路(3)、桥臂选择电路(1)相接；桥臂选择电路(1)的一端接电阻选择电路(5)，另一端接检零电路(4)，频率选择电路(2)与信号指示电路(3)相接。
2.根据权利要求1所述的交流低频土电阻率测试仪，其特征在于桥臂选择电路(1)由两排电阻所组成，其一端接被测电阻(Rx)和信号指示电路(3)中的电压表A、检零电路(4)中的电压表B，另一端接电阻选择电路(5)中的串联电阻的一端，由被测电阻(Rx)、电阻选择电路(5)、桥臂选择电路(1)中的两排电阻组成完整的电桥。
3.根据权利要求1或2所述的交流低频土电阻率测试仪，其特征在于桥臂选择电路(1)中的每排电阻中电阻的阻值分别为20Ω、40Ω、60Ω、80Ω、100Ω、150Ω、200Ω、400Ω、600Ω、800Ω、1000Ω。
4.根据权利要求1或2所述的交流低频土电阻率测试仪，其特征在于电阻选择电路(5)中，由4只可调电阻串联组成，第一个电阻的阻值范围为0.1Ω～1Ω，第二个电阻的阻值范围为1Ω～10Ω，第三个电阻的阻值范围为10Ω～100Ω，第四个电阻的阻值范围为100Ω～1000Ω。
5.根据权利要求1或2所述的交流低频土电阻率测试仪，其特征在于频率选择电路(2)中的电阻分别为20Ω、30Ω、40Ω、50Ω、60Ω、70Ω、80Ω、90Ω、100Ω。
专利摘要交流低频土电阻率测试仪是一种适用于土木工程领域，对土的电阻率特性测试的装置，交流低频土电阻率测试仪由信号采集电路、信号处理电路所组成，信号采集电路包括桥臂选择电路1、信号处理电路包括频率选择电路2、信号指示电路3、检零电路4、电阻选择电路5，被测电阻Rx分别与电阻选择电路、检零电路、信号指示电路、桥臂选择电路相接；桥臂选择电路的一端接电阻选择电路，另一端接检零电路，频率选择电路与信号指示电路相接。桥臂选择电路由两排电阻所组成，其一端接被测电阻和信号指示电路中的电压表A、检零电路中的电压表B，另一端接电阻选择电路中的串联电阻的一端，由被测电阻、电阻选择电路、桥臂选择电路中的两排电阻组成完整的电桥。
文档编号G01N27/04GK2622713SQ0322240
公开日2004年6月30日 申请日期2003年6月2日 优先权日2003年6月2日
发明者刘松玉, 于小军 申请人:东南大学