[發明專利]一種原位土壤電導率的測量裝置和測量方法

有效

• 申請號: 201310402937.7
• 申請日: 2013-09-05
• 公開（公告）號: CN103513109A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 王鑫;李曉晶;張月勇;周啟星;李楠
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: G01R27/02
• 分類號: G01R27/02
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明涉及土壤電導率的測量，特別是一種原位土壤電導率的測量裝置和測量方法。?

背景技術

傳統土壤電導率測量方法需要將土壤晾干，再與水以一定的比例混合，用電導率儀測量，費時費力而且無法表征不同含水率土壤的電導率。?

發明內容

本發明的目的是針對上述存在問題，提供一種原位土壤電導率的測量裝置和測量方法，該測量裝置結構簡單、操作方便、易于實施，測量方法能夠實現各種土壤的原始狀態電導率的測量，方法簡單有效。?

本發明的技術方案：?

一種原位土壤電導率的測量裝置，由有機玻璃箱體、碳纖維布陽極和復合型聚四氟乙烯（PTFE）空氣陰極組件構成，有機玻璃箱體為上、下開放并底部帶有法蘭框的長方體，箱體底部設有底板并通過四個支腿支撐，底板與空氣陰極相接的部分均布有圓孔；碳纖維布陽極和聚四氟乙烯（PTFE）空氣陰極位于箱體的內部，其中空氣陰極組件位于箱體的底部，空氣陰極組件由復合型聚四氟乙烯（PTFE）空氣陰極和其上、下部分別設有的塑膠墊組合構成并通過四周邊的螺栓固定，上、下塑膠墊中心的方孔大小與有機玻璃箱體的內腔橫截面相同；待測土樣分四層填裝在空氣陰極的上部，每兩層待測土樣之間分別設置一片碳纖維布陽極，其中下部三層待測土樣自下而上分別標記為1層、2層、3層土樣，頂層待測土樣作為表層土壤，空氣陰極和碳纖維布陽極分別通過鈦片導線與電化學工作站連接，其中工作電極連接碳纖維布陽極，對電極和參比電極連接空氣陰極。?

所述底板與空氣陰極相接部分的圓孔直徑為0.5cm，孔間距為1cm。?

所述碳纖維布陽極的制備方法是將碳纖維布置于丙酮中浸泡8-10小時，取出后用蒸餾水洗3-5遍備用。?

所述復合型聚四氟乙烯（PTFE）空氣陰極制作方法：稱取導電碳黑4g加入200mL燒杯中，加入80mL無水乙醇，攪拌且超聲5min，加入6.2mL密度為1.5g/mL的PTFE乳液，攪拌且超聲5min，然后于80℃水浴攪拌約40min，取出膠團輕柔，在輥壓機上與60目不銹鋼網輥壓成厚度為0.35mm電極片；然后于340℃下加熱25min待用；稱取電容碳粉6g加入200mL燒杯中，加入45mL?無水乙醇，攪拌且超聲5min，加入0.667mLPTFE乳液，再攪拌且超聲5min，然后于80℃水浴攪拌約3h，取出膠團輕柔，輥壓成薄膜后壓在電極片的另一側，最終電極厚度為0.4mm。?

所述1層、2層、3層土樣的厚度為1-5cm，表層土壤的厚度為1cm。?

一種用所述測量裝置進行原位土壤電導率的測量方法，步驟如下：?

1）交流阻抗（EIS）的測試?

采用型號為Autolab302N的電化學工作站進行測試，使用丙酮洗過的碳纖維布作為陽極，復合型聚四氟乙烯（PTFE）空氣陰極作為陰極，EIS掃描參數為高頻100KHz、低頻10mHz、振幅60mV；?

2）等效電路擬合?

采用ZsimpWin軟件，通過等效電路(Q₁R₁)R₂(Q₃R₃)擬合出土壤電阻，其中Q₁為陰極電容、R₁為陰極電阻、R₂為土壤電阻、Q₃為陽極電容、R₃為陽極電阻；?

3）線性擬合計算原位土壤電導率?

以陰極和陽極的間距為x、土壤電阻為y、線性擬合出直線斜率k，由電阻定義公式R=ρ·L/S可知，k=ρ/S，K=1/ρ=S/k，得出電導率的計算公式為R=ρ·L/S、K=1/ρ，式中：R為電阻、Ω，ρ為電阻率、Ω·m，L為兩極間距、cm，S為電極面積、36cm²，K為電導率、mS/cm。?

本發明的優點是：傳統土壤電導率測量方法需要將土壤晾干，再與水以一定的比例混合，用電導率儀測量，費時費力而且無法表征不同含水率土壤的電導率。該測量裝置結構簡單、操作方便、易于實施，測量方法能夠實現各種土壤的原始狀態電導率的測量，方法簡單有效。?

附圖說明

圖1為該測量裝置立體結構示意圖。?

圖2為該測量裝置剖視結構示意圖。?

圖3為EIS及等效電路(QR)R(QR)擬合結果。?

圖4為兩極距離與電阻關系曲線。?

具體實施方式

實施例：?