[發明專利]交流電場下毛細管模型的阻抗頻率特性測量裝置和方法

有效

• 申請號: 202111039723.9
• 申請日: 2021-09-06
• 公開（公告）號: CN113740605B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 曹曉斌;李瑞芳;李濤;高晨霞;何玉峰;楊世松
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01N27/02
• 分類號: G01N27/02
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 鄧永紅

本發明公開了一種交流電場下毛細管模型的阻抗頻率特性測量裝置和方法，利用石英玻璃制成的毛細管代替土壤大孔隙；配置離子溶液代替土壤孔隙水裝滿毛細管，排除空氣對實驗的干擾與影響。無感采樣電阻串聯在整個電路中用于測量電壓波形，計算得到通過毛細管模型的電流波形。采用四電極法測量孔隙模型兩端的電壓波形。測量電壓和電流的探頭的黑色端接在實驗電路的同一節點，以此來保證阻抗角的準確性。采用小振幅的電信號作為擾動源，避免施加的電信號對整個實驗電路有較大的影響。實驗中使用有效值為1?20V的交流變頻電壓源作為此電路的激勵源，在0.02kHz?350kHz范圍內對土壤孔隙模型進行頻率特性實驗，將實驗數據進行處理得到阻抗模值和相位的變化規律。

技術領域

本發明涉及電力系統接地安全技術領域，特別涉及一種交流電場下毛細管模型的阻抗頻率特性測量裝置和方法。

背景技術

接地是電力系統運行、防雷以及保障工作人員安全的關鍵，而土壤阻抗特性是其性能的決定因素。土壤孔隙水中離子的電遷移是其阻抗特性的關鍵要素，孔隙也是控制土壤中水分、特征離子及空氣運移的主要通道。大部分土壤孔隙表面與石英玻璃材料的毛細管解離的硅羥基都是成電負性，則土壤孔隙具有毛細管效應。隨著接地網上通過的電流和電流的頻率成分呈現多樣化趨勢，因此有必要研究多個頻率下土壤孔隙內孔隙水溶液的頻率阻抗特性。現有的測量方法在短時間內很難測得實際土壤其受頻率影響下的電參數變化規律，在高頻時測量其變化規律更加困難。同時現有的測量方法需要有效值較大的交流激勵源，會對土壤孔隙的整個體系產生較大的影響。因測量電路中存在接觸電阻和導線電阻，其數量級有時和被測阻抗參數相同，所以現有測量方法中使用的二極法會對測量數據造成很大影響，有時甚至使測量結果失真。

發明內容

本發明針對現有技術的缺陷，提供了一種交流電場下毛細管模型的阻抗頻率特性測量裝置和方法。

為了實現以上發明目的，本發明采取的技術方案如下：

一種交流電場下毛細管模型的阻抗頻率特性的測量裝置，包括：石英玻璃毛細管1，離子溶液池2、不銹鋼絲網3、不銹鋼板4、限流電阻5、無感采樣電阻6、交流變頻電壓源7和示波器8；

離子溶液池2有兩個，兩個離子溶液池2之間相鄰的側壁通過12根長石英玻璃毛細管1連接，并且石英玻璃毛細管1能夠貫穿側壁接通離子溶液池2內部，這12根長石英玻璃毛細管1并行粘接在一起；

離子溶液池2通過絕緣的亞克力材料制作；

在離子溶液池2之間接觸石英玻璃毛細管1的內壁上設有不銹鋼絲網3，不銹鋼絲網3對面的離子溶液池2內壁上設有不銹鋼板4，不銹鋼板4作為導電電極，不銹鋼絲網3作為測量電極；

限流電阻5的一端與石英玻璃毛細管1左側的離子溶液池2中的導電電極連接，限流電阻5另一端與交流變頻電壓源7連接；

無感采樣電阻6的一端與石英玻璃毛細管1右側的離子溶液池2中的導電電極連接，另一端與交流變頻電壓源7的另一端連接；

交流變頻電壓源7為整個電路提供穩定的不同頻率的電壓激勵；

示波器8有兩個電壓探頭，分別為電壓探頭A9和電壓探頭B10，電壓探頭A9的兩端分別與兩個離子溶液池2中的測量電極連接用于測量毛細管兩端的電壓波形；

電壓探頭B10的兩端與無感采樣電阻6的兩端相連用于無感采樣電阻的電壓波形；電壓探頭A9和電壓探頭B10的黑色端需接在電路的同一節點上，以此來保證阻抗角的準確性。

進一步地，離子溶液池2尺寸為10cm×10cm×10cm。

進一步地，不銹鋼絲網3和不銹鋼板4的面積都為10cm×8cm，其長邊都與溶液池內壁的高平行；不銹鋼絲網緊貼石英玻璃毛細管1，不銹鋼板4置于離子溶液池2中與不銹鋼絲網3平行且兩者間距為8cm。