[发明专利]一种可同时测量土体导热系数及电阻率的装置及方法

权利要求书

1.一种可同时测量土体导热系数及电阻率的装置，包括试模(1)、温度传感器(3)，其特征在于：试模(1)中样本(12)两端布置铝板(2)，铝板(2)通过导线(13)连接智能电阻仪(7)；

多个温度传感器(3)连接温度采集模块(9)，其中一个温度传感器连接温度控制开关(6)，温度控制开关(6)连接加热棒(4)；

所述智能电阻仪(7)、温度采集模块(9)均连接直流稳压电源(8)；

所述智能电阻仪(7)、温度采集模块(9)均连接客户端计算机(10)。

2.根据权利要求1所述一种可同时测量土体导热系数及电阻率的装置，其特征在于：所述试模(1)材质为ABS塑料，且试模底部、上部以及两壁边均铺设泡沫板(5)隔热保温。

3.根据权利要求1所述一种可同时测量土体导热系数及电阻率的装置，其特征在于：所述两块铝板(2)为5052铝板，两块铝板布置于样本(12)两端，铝板(2)与样本(12)采用面接触。

4.根据权利要求1所述一种可同时测量土体导热系数及电阻率的装置，其特征在于：所述温度传感器(3)共计三只，分别布置在铝板(2)接触两端、以及样本(12)另一端。

5.根据权利要求1所述一种可同时测量土体导热系数及电阻率的装置，其特征在于：所述加热棒(4)插入样本(12)外、盛装在试模(1)的沙(11)中，且与铝板(2)保持5cm的距离。

6.根据权利要求1所述一种可同时测量土体导热系数及电阻率的装置，其特征在于：所述温度传感器(3)为DS18B20温度传感器。

7.根据权利要求1所述一种可同时测量土体导热系数及电阻率的装置，其特征在于：所述温度采集模块(9)为DAM DS1808温度采集模块。

8.一种可同时测量土体导热系数及电阻率的方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：将待测土体样本填筑于试模(1)中的两块铝板(2)之间，并将沙(11)填筑于铝板(2)外侧的试模(1)中，将三个温度传感器按传热路径，分别布置在铝板(2)接触两端的土体样本及沙中、以及土体样本的另一端，并将加热棒(4)插入非样本模具的沙(11)中，且与铝板2保持一定的距离；

步骤二：打开稳压直流电源(8)，打开客户端计算机(10)中的温度、电阻采集程序，设置串口号、加热棒加热温度、采集时间间隔，并自动记录保存所采集的温度、电阻数据；

步骤三：加热棒(4)开始加热，待所测数据稳定，根据傅里叶热平衡方程可由所采集的温度数据计算出土体的导热系数。

9.根据权利要求8所述一种可同时测量土体导热系数及电阻率的方法，其特征在于：

步骤二中利用电阻率法，根据公式：

ρ=USIL---(1)]]>

可得出样本土体电阻率，式中ρ为电阻率，U为内侧两电极间的电位差；I为电路中的电流强度；S为铝板面积；L为两块铝板之间的距离。

10.根据权利要求8所述一种可同时测量土体导热系数及电阻率的方法，其特征在于：

步骤三中利用热平衡方程，由于实验过程中热量是平衡的，即：

Q_铝＝Q_土体(2)

热量从铝板(2)传递到土体另一端，铝板(2)的热传导系数可查材料导热系数表得知，并且铝板(2)两侧稳定温差可由温度传感器测得，求出通过土体的单位面积上的热流量，通过温度传感器测得土体两侧的温度梯度，便可求出土体的热传导系数：

式中：Q_铝、Q_土体为穿过铝板和土体的热量，λ_铝为铝板的导热系数，△T_铝为铝板两侧温度差，L_铝为铝板厚度，λ_土体为土体的导热系数，△T_土体为土体两侧的温度差，L_土体为土体试样的长度。