[发明专利]一种原位土壤电导率的测量装置和测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及土壤电导率的测量，特别是一种原位土壤电导率的测量装置和测量方法。 

背景技术

传统土壤电导率测量方法需要将土壤晾干，再与水以一定的比例混合，用电导率仪测量，费时费力而且无法表征不同含水率土壤的电导率。 

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种原位土壤电导率的测量装置和测量方法，该测量装置结构简单、操作方便、易于实施，测量方法能够实现各种土壤的原始状态电导率的测量，方法简单有效。 

本发明的技术方案： 

一种原位土壤电导率的测量装置，由有机玻璃箱体、碳纤维布阳极和复合型聚四氟乙烯（PTFE）空气阴极组件构成，有机玻璃箱体为上、下开放并底部带有法兰框的长方体，箱体底部设有底板并通过四个支腿支撑，底板与空气阴极相接的部分均布有圆孔；碳纤维布阳极和聚四氟乙烯（PTFE）空气阴极位于箱体的内部，其中空气阴极组件位于箱体的底部，空气阴极组件由复合型聚四氟乙烯（PTFE）空气阴极和其上、下部分别设有的塑胶垫组合构成并通过四周边的螺栓固定，上、下塑胶垫中心的方孔大小与有机玻璃箱体的内腔横截面相同；待测土样分四层填装在空气阴极的上部，每两层待测土样之间分别设置一片碳纤维布阳极，其中下部三层待测土样自下而上分别标记为1层、2层、3层土样，顶层待测土样作为表层土壤，空气阴极和碳纤维布阳极分别通过钛片导线与电化学工作站连接，其中工作电极连接碳纤维布阳极，对电极和参比电极连接空气阴极。 

所述底板与空气阴极相接部分的圆孔直径为0.5cm，孔间距为1cm。 

所述碳纤维布阳极的制备方法是将碳纤维布置于丙酮中浸泡8-10小时，取出后用蒸馏水洗3-5遍备用。 

所述复合型聚四氟乙烯（PTFE）空气阴极制作方法：称取导电碳黑4g加入200mL烧杯中，加入80mL无水乙醇，搅拌且超声5min，加入6.2mL密度为1.5g/mL的PTFE乳液，搅拌且超声5min，然后于80℃水浴搅拌约40min，取出胶团轻柔，在辊压机上与60目不锈钢网辊压成厚度为0.35mm电极片；然后于340℃下加热25min待用；称取电容碳粉6g加入200mL烧杯中，加入45mL 无水乙醇，搅拌且超声5min，加入0.667mLPTFE乳液，再搅拌且超声5min，然后于80℃水浴搅拌约3h，取出胶团轻柔，辊压成薄膜后压在电极片的另一侧，最终电极厚度为0.4mm。 

所述1层、2层、3层土样的厚度为1-5cm，表层土壤的厚度为1cm。 

一种用所述测量装置进行原位土壤电导率的测量方法，步骤如下： 

1）交流阻抗（EIS）的测试 

采用型号为Autolab302N的电化学工作站进行测试，使用丙酮洗过的碳纤维布作为阳极，复合型聚四氟乙烯（PTFE）空气阴极作为阴极，EIS扫描参数为高频100KHz、低频10mHz、振幅60mV； 

2）等效电路拟合 

采用ZsimpWin软件，通过等效电路(Q₁R₁)R₂(Q₃R₃)拟合出土壤电阻，其中Q₁为阴极电容、R₁为阴极电阻、R₂为土壤电阻、Q₃为阳极电容、R₃为阳极电阻； 

3）线性拟合计算原位土壤电导率 

以阴极和阳极的间距为x、土壤电阻为y、线性拟合出直线斜率k，由电阻定义公式R=ρ·L/S可知，k=ρ/S，K=1/ρ=S/k，得出电导率的计算公式为R=ρ·L/S、K=1/ρ，式中：R为电阻、Ω，ρ为电阻率、Ω·m，L为两极间距、cm，S为电极面积、36cm²，K为电导率、mS/cm。 

本发明的优点是：传统土壤电导率测量方法需要将土壤晾干，再与水以一定的比例混合，用电导率仪测量，费时费力而且无法表征不同含水率土壤的电导率。该测量装置结构简单、操作方便、易于实施，测量方法能够实现各种土壤的原始状态电导率的测量，方法简单有效。 

附图说明

图1为该测量装置立体结构示意图。 

图2为该测量装置剖视结构示意图。 

图3为EIS及等效电路(QR)R(QR)拟合结果。 

图4为两极距离与电阻关系曲线。 

具体实施方式

实施例：