[實用新型]一種導熱系數與電阻率聯合測量探頭

有效

• 申請號: 201520910216.1
• 申請日: 2015-11-16
• 公開（公告）號: CN205139062U
• 公開（公告）日: 2016-04-06
• 發明（設計）人: 杜立志;張曉培;呂守航;張博;李志偉;魯鋆;張少坤;張汝凱
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01R27/08
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙) 22103
• 代理人: 鞠傳龍

技術領域

本實用新型涉及一種聯合測量探頭，特別涉及一種導熱系數與電阻率聯合 測量探頭。

背景技術

目前，隨著我們經濟建設的發展，城市空間日益減少，因此對地質工程研 究有較大的需求，在許多地下工程的開發過程中，測試和應用土壤熱，水和溶 質運移模型的實驗室和野外現場實驗中都需要高質量的土壤物理數據。因此， 獲得這些數據對工程建設及地下能源的開發利用具有重大意義，其中土體導熱 系數、含水率、土體電導率等對工程有較大的影響，目前的設施及方法滿足不 了現階段的需求，存在較大的缺陷與不足。

隨著電子，數據記錄，計算和數值方法方面的進步，測量土壤性質的儀器 也正在得到逐步的改進。此類創新有TDR技術，電容探針，熱耗散傳感器，線 電源探針及其他創新。后來小型探針類設備得到了人們的廣泛認可，在1991年 發現了運用探針測量土體導熱系數和含水率的方法，最近已經發展出兩用探針 類設備，雖然這些新的革新在測量土壤含水率方面就實用性和可靠性而言已經 較為成熟。但是，為了避免二次測量對土體產生的影響，采用同一裝置同時測 量導熱系數與電阻率兩個物理參數，發明了該多功能探頭，以便于進行土體熱 物性與電性參數測量的科學研究與生產實踐。

發明內容

本實用新型的目的是為了避免二次測量對土體產生的影響而提供的一種導 熱系數與電阻率聯合測量探頭。

本實用新型提供的導熱系數與電阻率聯合測量探頭包括有第一探針、第二 探針、第三探針、第四探針、第五探針和第六探針，其中第一探針、第二探針、 第三探針和第四探針等距成直線排列，第五探針和第六探針對稱設置在第二探 針的兩側。

第一探針、第三探針、第五探針和第六探針內置溫度傳感器。

第一探針外殼連接供電極A/C1，第二探針內置加熱裝置，第二探針外殼連 接測量電極M/P1，第三探針外殼連接測量電極N/P2，第四探針連接供電極B/C2。

第四探針采用內部為空心的碳纖維桿，在碳纖維桿外部設置有第一金屬箍、 第二金屬箍、第三金屬箍和第四金屬箍；第一金屬箍、第二金屬箍、第三金屬 箍和第四金屬箍作為四個電極測量介質縱向的電阻率，其中第一金屬箍為供電 電極A，第二金屬箍為測量電極M，第三金屬箍為測量電極N，第四金屬箍為供 電電極B。

本實用新型的使用原理：

1、測量導熱系數時通過第二探針內置的加熱裝置以固定時間供電，同時利 用專業的數據記錄儀記錄第一探針、第三探針、第五探針和第六探針內的溫度 傳感器記錄的溫度數據，進一步計算土體的導熱系數。測量土體橫向電阻率時 利用專用設備通過第一探針和第四探針上的電極供電，測量第二探針和第三探 針上電極間的電位差以及供電電流，從而實現土體橫向電阻率測試。測量土體 縱向電阻率時利用設備通過第四探針上的第一金屬箍和第四金屬箍供電，測量 第二金屬箍和第三金屬箍間的電位差以及供電電流，從而實現土體縱向電阻率 的測試。第一探針、第二探針、第三探針、第五探針和第六探針直徑0.1厘米， 長為2.8厘米。相鄰探針間距為0.5厘米。第四探針直徑0.1厘米，長為4.9 厘米。第一金屬箍、第二金屬箍、第三金屬箍和第四金屬箍的寬度為0.1厘米， 間距0.5厘米。

2、導熱系數測量：第二探針包括由合金電阻做成的線電源加熱器，第一探 針、第三探針、第五探針和第六探針內置熱敏電阻傳感器；第二探針收到指令 后，利用線電源加熱器發出8s的熱脈沖對土體進行加熱，第一探針、第四探針、 第五探針和第六探針測量土體介質的溫度，處理得出最大平均溫差ΔT_m，根據加 熱到最大溫差所需時間和最大溫差得出土體單位比熱容及導熱系數；

3、電阻率測量：在測量土體橫向電阻率時，通過第一探針和第三探針外殼 向土體內供電，測量供電電流，同時第二探針和第三探針測量穩定直流電場的 電位差，利用對稱四極裝置形式計算電阻率值。在測量土體縱向電阻率時，第 四探針上的第一金屬箍和第四金屬箍作為供電電極向土體供電，測量供電電流， 同時第二金屬箍和第三金屬箍測量直流電場的電位差，計算電阻率值。

本實用新型的有益效果：

本實用新型提供的導熱系數與電阻率聯合測量探頭結構簡單、操作方便， 通過四個溫度傳感器測量的數據進行導熱系數測試數據更可靠，精度更高，并 且能夠同時測量土體的橫向和縱向電阻率參數，有效避免了二次測量引入的誤 差，適于廣泛推廣。