专利名称：一种便携式土壤热阻系数测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种便携式土壤热阻系数测量装置，属于测量技术领域。
背景技术：
土壤的热阻系数是土壤的基本参数之一，对于直埋电缆线路，其载流能力直接取 决于这两个参数，同时对于电缆线路的散热环境改善，也需要精确的确定这两个参数。目前 在国内尚无适用的现场土壤热组系数测量仪器，一般通过两种取样方式，即1)取样后，根 据土壤成分构成，再通过手册来查取相关土壤的热阻系数，但由于土壤热阻系数不仅受土 壤成分的影响，还有土壤含水率等因素的影响，即使成成分相同的土壤，含水率不同，热阻 系数也相差很大。第二种方式是通过取样，将采集到的样品在试验室内部通过仪器进行测 定，这种方法也存在有不能够完全体现出现场土壤原始条件的缺点，不能正确的反映出现 场的土壤密实程度、含水率等。在实际的电缆线路设计、施工与管理过程中，都需要准确的 测定电缆线路周围环境土壤的热阻系数以及参数。因此，只有在现场进行实时测量，才能满 足电缆线路设计、施工以及管理过程对土壤温度、导热系数实时、准确测量的要求。发明专利(公开号CN101320007A，名称针探针法材料导热系数测量装置和材料 导热系数测量装置)和发明专利(公开号CN201222042Y，名称材料导热系数测量装置) 公开了一种基于线热源原理的针探法材料导热系数测量装置，该方法采用直径0. 7mm、长度 为53mm的探针，内部设置有0. 0762mm的电加热丝，适用于液体、气体以及固体介质的导热 系数测量。但该方法中的探针制造困难，且由于探针长度限制，只适合对小尺寸试样进行测 量，无法应用于大深度范围土壤热阻系数的现场测量。发明专利(公开号CN 101105467A，名称土壤热阻系数测定装置及其方法)公 开了一种土壤热阻系数测定装置及其方法，可用来测试地源热泵空调系统向土壤排热或取 热两种模式下的土壤热阻系数。但该方法主要针对地下深度在40 100米处土壤的热阻 系数进行测量，且实现过程复杂，需要大量设备和较长测试时间，不适用于对土壤热阻系数 进行快速测量。发明专利(公开号CN101303320A，名称一种准稳态法固体导热系数测量仪器) 公开了一种基于实验室内的测量装置，对采集的样品进行较高精度测量，同样不适于现场 快速测量。
发明内容本实用新型的目的在于克服背景技术所提出的问题，基于线性热源法与平板法两 种原理，提供了一种便携式土壤热阻测量装置，可进行直埋电缆线路处土壤的温度监测与 导热系数测量，该装置不仅可以实现对土壤温度的长期监测，还可以对土壤导热系数进行 实地实时的测量。本实用新型的技术方案是一种便携式土壤热阻系 数测量装置，该装置由测量探 头、控制与计算模块、电源模块、显示与处理终端组成，其连接方式是测量探头中的加热电阻丝通过导线与电源模块相连，测量探头中的热电偶探头有导线连接到控制与计算模块， 控制与计算模块由导线连接到电源模块，显示与处理终端通过数据线和控制与计算模块相 连；其特征在于控制与计算模块内有一套集成电路微处理控制器，专用于采集、控制和处 理探头上的数据，显示与处理终端采用便携式PDA或便携式个人计算机，有利于数据的采 集显示和现场分析。本便携式土壤热阻系数测量装置，能根据所测媒质的热阻特性的变化， 自动优化加热功率，从而获得最佳测量结果。如上所述的一种便携式土壤热阻系数测量装置，其特征在于本装置的测量探头 可以采用基于热线法的探针式探头，也可以采用基于平板法的平板状探头，热电偶探头为T 型，探头内包含有三个热电偶温度测量点和一个加热电阻丝，有利于对不同质土壤的探测，保证测量精度。如上所述的一种便携式土壤热阻系数测量装置，其特征在于可采用干电池替代 电源模块对热电偶电加热供电，有利于长时间持续监测土壤温度时。本实用新型的有益效果是装置各结构单元模块化，携带与使用方便，能够根据 不同的现场情况采用不同的测量方式，测量范围广，对土壤热阻系数测量范围为0. 3 4. 5K ·πι/Ι。由于本实用新型主要是为现场确定直埋电缆线路周围环境参数的仪器，对于确 定全国不同地域、不同实际电缆线路周围的土壤环境参数提供了重要的现场测量仪器，对 直埋电缆线路的设计与管理具有重要的意义。本实用新型的适用范围本实用新型不适用于存在有对流的场合，如液体与空气 中。

附图1为本实用新型实施例便携式土壤热阻系数测量装置各模块连接图。
具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。如附图1所示，一种便携式土壤热阻系数测量装置，主要包括测量探头、控制与计 算模块、电源模块、显示与处理终端等，测量探头可以采用针状，球状以及平板状，其作用为 加热探头周围土壤，同时采集探头表面温度数据；电源模块可以采用恒流电源，控制与计算 模块作用是监测探头加热部分两端的电压和电流，并将电压与电流信号反馈至控制与计 算模块，控制电源模块输出；记录并分析由探头传输过来的温度信号，根据预测量阶段结 果，调整加热功率，获得最佳测量结果。电源模块也可以采用仅电流或者电压可调且无数字 显示功能的电源，这是可以通过二位半以上的数字万用表测量探针两端的电压和电流，求 取功率大小，获取稳定的功率。测温热电偶元件可以采用市售各种型号热电偶线，根据不同 的测量探头，可以选择对应的测量模式。其连接方式是测量探头中的加热电阻丝通过导线与电源模块相连，测量探头中 的热电偶探头有导线连接到控制与计算模块，控制与计算模块由导线连接到电源模块，显 示与处理终端通过数据线和控制与计算模块相连。其工作原理为基于线性热源法与平板法两种原理。在现场使用时，先用直径略小于探头的钢棒在地上打孔，然后将探头插入孔中，开机读取温度，待温度稳定后，再通过功率源施加恒定功率，施加电流时同时读取电压与电流 大小，读取功率大小，同时在整个测试加热过程中，通过电压与电流乘积的控制，使加热探 针的功率保持恒定。记录三个热电偶上的温度大小和时间，将数据然后进行分析计算，并及 时调整功率大小，然后对测量数据进行分析计算出土壤的热阻系数。
利用本实用新型装置在试验室内对干燥的纯细砂样本的测量结果为2. 67Km/W。
权利要求一种便携式土壤热阻系数测量装置，该装置由测量探头、控制与计算模块、电源模块、显示与处理终端组成，其连接方式是测量探头中的加热电阻丝通过导线与电源模块相连，测量探头中的热电偶探头有导线连接到控制与计算模块，控制与计算模块由导线连接到电源模块，显示与处理终端通过数据线和控制与计算模块相连；其特征在于控制与计算模块内有一套集成电路微处理控制器，专用于采集、控制和处理探头上的数据，显示与处理终端为便携式PDA或便携式个人计算机。
2.如权利要求1所述的一种便携式土壤热阻系数测量装置，其特征在于本装置的测 量探头采用基于热线法的探针式探头，或采用基于平板法的平板状探头，热电偶探头为T 型，探头内包含有三个热电偶温度测量点和一个加热电阻丝。
3.如权利要求1所述的一种便携式土壤热阻系数测量装置，其特征在于采用干电池 替代电源模块对热电偶电加热供电。
专利摘要一种便携式土壤热阻测量装置，该装置由测量探头、控制与计算模块、电源模块、显示与处理终端组成，可进行直埋电缆线路处土壤的温度监测与导热系数测量，并根据所测媒质的热阻特性的变化，自动优化加热功率，从而获得最佳测量结果，测量探头可以采用基于热线法的探针式探头，也可以采用基于平板法的平板状探头，探头内包含有三个热电偶温度测量点和一个加热电阻丝。该装置不仅可以实现对土壤温度的长期监测，还可以对土壤导热系数进行实地实时的测量。各结构单元模块化，携带与使用方便，能够根据不同的现场情况采用不同的测量方式，测量范围广，对土壤热阻系数测量范围为0.3～4.5K·m/W，对直埋电缆线路的设计与管理具有重要的意义。
文档编号G01N25/20GK201594082SQ201020120708
公开日2010年9月29日 申请日期2010年2月23日 优先权日2010年2月23日
发明者刘松华, 李文杰, 樊友兵, 赵健康 申请人:国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司