[發明專利]一種多方位土壤熱導率測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201710554826.6
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107271481B
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 王衛華;丁砥;李建波;龍小軍;程貝;謝軍;張志鵬;賈維兵;袁鴻猷
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N25/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種多方位土壤熱導率測量裝置及方法，屬于土壤物理學技術領域。本發明包括溫度傳感器探針，探針座，熱脈沖探針，內螺紋口，工型凸臺，工型滑槽，熱電偶，熱脈沖發生器，手持控制器、底板；根據所測土壤深度選擇不同長度的溫度傳感器探針和熱脈沖探針，分別通過探針螺紋固定桿、探針外螺紋桿和探針座中心的內螺紋(口)旋轉組合在一起，且通過導線與手持控制器相連接；改測量裝置的測量方法包括如下步驟：設備組合→讀取配置→參數設置→數據采集→熱導率計算。本發明能在現場直接讀取土壤的熱導率，減少被測土壤擾動，從而避免了因采樣環境改變對測量結果所帶來的不利影響，顯著提高了被測土壤熱導率的測量精度。

技術領域

本發明涉及一種多方位土壤熱導率測量裝置及方法，屬于土壤物理學技術領域。

背景技術

熱導率又稱“導熱系數”，反映材料導熱能力的大小，是熱特性的一個重要物理指標。土壤吸收一定熱量后，一部分用于自身升溫，一部分傳導給其臨近土層。土壤具有將所吸收熱量傳導到鄰近土層的性能，稱為導熱性，其大小用導熱率λ表示，代表1cm厚度的土層，溫度差1℃時，每秒鐘經斷面1cm²通過的熱量的焦耳數，單位：J/CM·S·℃；

目前土壤熱導率測定方法分為穩態法和非穩態法。穩態法加熱時間長，在對含有水分的材料進行測量時會造成水分遷移和再分布，從而造成較大誤差，影響實驗測量結果。非穩態熱導率測試儀有常功率瞬態平面熱源法、熱線法、熱探針法、熱帶法、激光閃射法等。瞬態加熱使用熱脈沖形式對研究材料脈沖加熱，對水分遷移和再分布影響較小。

目前研究人員在探究散狀材料熱導率時多采用瞬態熱脈沖法，單探針熱導率儀、三探針熱導率儀使用廣泛。但這些儀器中，探針長度、間距固定，當面對情況復雜的隨機材料時會對研究造成局限性。為此，我們設計了一種組合型多探針熱導率儀，可以面對復雜的測量環境選擇合適的探針進行組合，選擇不同長度探針從而在不同方位，不同深度獲得更精準的熱導率參數。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：本發明提供一種多方位土壤熱導率測量裝置及方法，用于解決現有探針熱導率探針長度、間距固定面對情況復雜的隨機材料時對研究造成的局限性的問題，以及對測量不同方位、不同深度的熱導率時準確率低、誤差大的問題，以及不便于進行多指標的檢測問題；

該裝置既能在室內進行擾動土熱導率檢測，又能在室外進行原狀土熱導率檢測。該裝置既安裝溫度探針和熱脈沖探針進行熱導率測量，又能安裝其他土壤物理特性測量探針進行其他參數測量，從而實現多指標檢測。本裝置可以實現多尺度、多方位、多深度熱導率測量，并能減小測量誤差。

本發明技術方案是：一種多方位土壤熱導率測量裝置，包括溫度傳感器探針1，探針座3，熱脈沖探針4，內螺紋口5，工型凸臺6，工型滑槽7，熱電偶8，熱脈沖發生器11，手持控制器33、底板34；

所述探針座3，側面為工型凸臺6，相鄰另一側為工型滑槽7，探針座3是中心部分為內螺紋口5；

所述底板34由多個探針座3組合而成，一個探針座3一側工型滑槽7插入另一個探針座3一側的工型凸臺6組合而成，每個探針座大小相同；根據所測土壤深度選擇不同長度的溫度傳感器探針1和熱脈沖探針4；分別通過探針螺紋固定桿2、探針外螺紋桿10和探針座3中心的內螺紋口5旋轉組合在一起；

所述溫度傳感器探針1為空心結構，在內部放置熱電偶8和熱電偶導線9，且熱電偶8和熱電偶導線9相連，且熱電偶導線9在探針內部拉直不彎曲；溫度傳感器探針1熱電偶8和熱電偶導線9組合構成溫度傳感器21；熱電偶導線9的外部延長線與手持控制器33內部的數據采集模塊14相連；

所述熱脈沖探針4為空心結構，在內部底部固定放置熱脈沖發生器11，且通過熱脈沖導線12與手持控制器33內部的熱脈沖控制模塊16相連。