[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

说明书

技术领域

本发明涉及土体导热系数和电阻率试验领域，特别是一种可同时测量土体导热系数及电阻率的装置及方法。

背景技术

土体的导热系数表征其导热能力的大小，是土木工程热工计算的重要参数，也是预测和评价地下工程冻结的重要指标；土体的电阻率则反映其导电能力的大小，利用土体的电阻率结构指标可以有效反映土体结构特征。作为土体固有的基本物理性质，土体导热系数和电阻率的大小取决于土体的成分、孔隙率、吸水性、含水量等诸多因素。准确快速地测定土体的导热系数和电阻率，不仅在地热、冻土工程研究方面有很大作用，在土体工程力学评价、岩土工程原位测试技术及其他领域也有着极其重要的价值。

目前，国内外学者进行了许多对土体导热系数测试方法的研究。主要分为稳态法和非稳态法。稳态法即试件内的温度分布是不随时间而变化的稳态温度场，当试样达到热平衡后，借助测量试样单位面积的热流速率和温度梯度，就可以直接测定试件的导热系数。稳态法的原理简单，成本低廉，操作简便，但一般需要较长的测试时间，且对试样的尺寸要求偏大。非稳态法指通过测量确定试验加热过程中试样温度随时间的变化，然后根据测量数据计算测试过程中试样的温度变化率确定试样的热扩散率，从而计算出试样的导热系数。非稳态法的测量时间较短，但是对测量环境要求较为苛刻，仪器价格高昂且操作复杂，适合小样本测试。

现有的土体电阻率测试方法主要是二相电极法和四相电极法。二电极法是在试样两端预埋或外贴两平行电极，根据欧姆定律利用已测的试样两端的电压值和电流值计算出电阻值。该方法测试简单，实用性强，其缺点是：电极与土体的接触面积会直接影响测量结果。四相电极法是在试样内部预埋四个相等间距的平行电极，两个外侧电极通过恒定直流，两个内侧电极通恒定电压，再利用欧姆定律计算出接电压的两电极间的电阻。四相电极法不受接触电阻的影响，但电极的制作比较繁琐，费时费力，不容易控制，并且它不能消除直流电引起的极化作用的影响。

以上方法仅能对土体的导热系数和电阻率其中一项进行测量。基于此，本发明提供一种可同时测量土体导热系数和电阻率的系统装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可同时测量土体导热系数及电阻率的装置及方法，能够实现对土体导热系数及电阻率的同时测量；且操作简单、准确性高、能够实时监测。

本发明采取的技术方案为：

一种可同时测量土体导热系数及电阻率的装置，包括试模、温度传感器，试模中样本两端布置铝板，铝板通过导线连接智能电阻仪。多个温度传感器连接温度采集模块，其中一个温度传感器连接温度控制开关，温度控制开关连接加热棒。所述智能电阻仪、温度采集模块均连接直流稳压电源。所述智能电阻仪、温度采集模块均连接客户端计算机。

所述试模材质为ABS塑料，且试模底部、上部以及两壁边均铺设泡沫板隔热保温。

所述两块铝板为5052铝板，两块铝板布置于样本两端，铝板与样本采用面接触。

所述温度传感器共计三只，分别布置在铝板接触两端、以及样本另一端。

所述加热棒插入样本外、盛装在试模的沙中，且与铝板保持5cm的距离。

所述温度传感器为DS18B20温度传感器。

所述温度采集模块为DAM DS1808温度采集模块。

本发明一种可同时测量土体导热系数及电阻率的装置及方法，通过采用上述结构，可以测量在不同温度下各种工程用土的导热系数及电阻率。该装置结构简单，操作方便，自带的数据采集系统，解决了人工计数误差较大的问题，并能够进行实时监测。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图。

图中：试模1，铝板2，温度传感器3，加热棒4，泡沫板5，温度控制开关6，智能电阻仪7，直流稳压电源8，温度采集模块9，客户端计算机10，沙子11，土体样本12，导线 13。

具体实施方式

如图1所示，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。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。

所述试模1尺寸为：400mm×100mm×100mm(长×宽×高)，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。

所述样本12有效尺寸为：100mm×100mm×100mm(长×宽×高)。