[发明专利]一种非接触式原状污染土交流阻抗谱测试装置及方法

说明书

本发明为了弥补现有测试方法和装置在测试污染土交流阻抗谱方面的不足，提供了一种非接触式原状污染土交流阻抗谱测试装置及方法。运用电磁互感原理，对污染土样进行交流阻抗谱测试，因为该装置为非接触式，且对土样无损伤，弥补了现有污染土交流阻抗谱测试装置与方法的不足。所测试的交流阻抗谱特性和等效电路参数会随着污染土理化性质变化而变化，通过比较相同测试条件下不同污染土样的Nyquist图中曲线与阻抗实部的交点和曲线的容抗弧半径，交点越小即Rsubgt;L/subgt;越小、容抗弧的半径越小即Rsubgt;t/subgt;越小，低频直线段斜率越陡即Rsubgt;w/subgt;越小，则表明污染土的腐蚀性越强；反之交点越大、容抗弧的半径越大，低频直线段斜率越缓，则表明污染土的腐蚀性越弱。

技术领域

本发明涉及环境岩土领域，具体为一种非接触式原状污染土的交流阻抗谱测试装置及方法。

背景技术

污染土的研究涉及到岩土工程、环境工程、土壤科学、化学与化工工程、生态学、卫生与防护以及测试技术等多学科领域，是介于这些学科边缘的交叉学科。近代工业生产产生的废弃物，由于无组织的排放或排放系统失效，使其渗入土体，导致土的物理、力学、化学性质发生变化，污染介质与土体之间的物理化学作用影响土体性质，在宏观上所体现出土体工程性质变化，直接影响工程活动或有害于人类健康、动物繁衍、植物生长。

交流阻抗谱是常用的一种电化学测试技术，该方法具有频率范围广、对体系扰动小的特点，是研究电极过程动力学、电极表面现象以及测定固体电解质电导率的重要工具。它是基于测量时对体系施加小幅度微扰时的电化学响应，在每个测量的频率点的原始数据中，都包含了施加信号电压(或电流)对测得的信号电流(或电压)的相位移及阻抗的幅模值，从这些数据可以计算出电化学响应的实部与虚部。阻抗谱中涉及的参数有阻抗幅模(|Z|)、阻抗实部(Z')、阻抗虚部(Z″)、相位移(θ)、频率(ω)、相位角(φ)等变量，同时还可以计算出导纳(Y)和电容(C)的实部与虚部，因而阻抗谱可以通过多种方式表示，每一种方式都有其典型的特征，根据实验的需要和具体体系，可以选择不同的图谱形式进行数据解析。

污染土本身可以看成是一种EIS的电化学体系，通过测试污染土的电化学阻抗谱变化，将得出的电化学阻抗谱特性和等效电路参数与土的性质联系起来，为衡量土的特性提供了一种有效的测试方法。

目前，已有的室内土壤交流阻抗谱测试装置由于电极与土样之间的接触问题没有彻底解决，使得每次的接触面积因为土体孔隙的存在而导致差异的出现，影响测试结果的准确性。鉴于现有污染土交流阻抗谱测定装置的缺陷，有必要开发适宜的污染土交流阻抗谱法测定装置和方法。

发明内容

为了弥补现有测试方法和装置在测试污染土交流阻抗谱方面的不足，本发明目的是提供一种非接触式原状污染土交流阻抗谱测试装置及方法。运用电磁互感原理，对污染土样进行交流阻抗谱测试，因为该装置为非接触式，且对土样无损伤，弥补了现有污染土交流阻抗谱测试装置与方法方面的不足。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种非接触式原状污染土交流阻抗谱测试装置，包括用于发射正弦波交流电信号的信号源、环形铁芯、初级线圈、试样环刀、次级线圈、泄漏电流传感器、电压测定仪、泄漏电流测定仪、电化学工作站、法拉第电磁箱。

所述矩形铁芯的原边缠绕有初级线圈，所述初级线圈与信号源连接，所述矩形铁芯的副边环绕有试样环刀，所述试样环刀包括内环刀和外环刀，所述内环刀和外环刀之间通过螺栓连接；所述外环刀内通过预留孔安装有次级线圈，即次级线圈环绕外环刀后两个引出端与电压测定仪连接；所述试样环刀某截面环绕有泄漏电流传感器，所述泄漏电流传感器与泄漏电流测定仪连接；所述电压测定仪和泄漏电流测定仪与电化学工作站输入端连接；所述电化学工作站控制端与信号源控制端连接，所述电化学工作站输出端与外部计算机连接。