專利名稱：土壤電阻率遠(yuǎn)程監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種土壤電阻率監(jiān)測裝置，用以遠(yuǎn)程監(jiān)測土壤電阻率。
技術(shù)背景土壤體系中由于土壤粘粒帶有電荷，并吸附一定數(shù)量的反號離子，所以可把土壤看著 一種多價(jià)電解質(zhì)。事實(shí)上，在一般土壤中，都還有或多或少的其它電解質(zhì)。因此，土壤體 系在外加電場的作用下，也會像電解質(zhì)溶液那樣發(fā)生導(dǎo)電現(xiàn)象，表征土壤電導(dǎo)性能的指標(biāo) 常常用土壤電導(dǎo)率或者土壤電導(dǎo)率的倒數(shù)——土壤電阻率來表示。土壤電阻率是指每立方 米土壤的電阻值。土壤電導(dǎo)性研究在建設(shè)項(xiàng)目雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估、接地工程，地下金屬設(shè)施的防腐工程、土 壤肥力特性研究、農(nóng)業(yè)土壤改良和精細(xì)化農(nóng)業(yè)研究等方面都有十分廣泛的應(yīng)用。土壤電阻率是接地工程技術(shù)的基礎(chǔ)。在現(xiàn)代防雷工程設(shè)計(jì)、施工和驗(yàn)收中，防雷接地 是其中的主要工作，無論是防直擊雷或感應(yīng)雷，最終都是通過接地裝置將雷電流引入大地， 所以，沒有完善的接地裝置是無法實(shí)現(xiàn)保護(hù)對象防雷安全。而接地電阻是直接反映出接地 情況是否符合規(guī)范要求的一個(gè)重要而關(guān)鍵的指標(biāo)。對于防雷系統(tǒng)接地裝置而言，要求其接 地電阻越小越好，因?yàn)榻拥仉娮柙叫。⒘髟娇?；落雷物體高電位保持時(shí)間越短，危險(xiǎn)越 小，以至于跨步電壓、接觸電壓也越??；因此，接地電阻的大小與雷電防護(hù)的效果密切相 關(guān)。而根據(jù)接地原理，影響接地裝置的接地電阻的主要因素有土壤電阻率，接地材料、接 地體的尺寸、形狀及埋入深度，接地線與接地體的連接，地網(wǎng)面積等。 一旦接地裝置建設(shè) 完畢，接地材料、接地體的尺寸、形狀及埋入深度，接地線與接地體的連接，地網(wǎng)面積和 接地裝置建所在地的土壤物理化學(xué)性質(zhì)是固定不變的，而土壤的電導(dǎo)性，即土壤的電阻率 則隨著土壤含水量、土壤溫度、降水以及蒸發(fā)等氣象因素發(fā)生變化。土壤電阻率是一個(gè)重要的土壤腐蝕電化學(xué)特性，是判斷土壤腐蝕性的一個(gè)重要評價(jià)標(biāo) 準(zhǔn)。電阻率的大小不但直接影響到金屬材料的腐蝕速度，而且對地下金屬構(gòu)件接地電阻的 高低、地電流的強(qiáng)弱等均有明顯影響。有關(guān)研究表明，全世界每年因腐蝕而報(bào)廢的金屬材 料和設(shè)備的量約為金屬年產(chǎn)總量的1/4到1/3。金屬的腐蝕， 一般可分為化學(xué)腐蝕、物理 腐蝕和電腐蝕三種。其中，又以電腐蝕現(xiàn)象最為普遍，造成的危險(xiǎn)也最為嚴(yán)重。大量埋設(shè)
在土壤中的油管、氣管、電纜等地下金屬構(gòu)筑物的腐蝕屬于電腐蝕，與土壤性質(zhì)關(guān)系極為 密切。影響土壤電阻率的因素有鹽的含量和組成、含水量、土壤質(zhì)地、松緊度、有機(jī)質(zhì) 含量、粘土礦物組成和土壤濕度等。在鹽漬化土壤中，離子電導(dǎo)起主導(dǎo)作用；在淋溶性土壤中，膠體電導(dǎo)也占相當(dāng)?shù)谋戎?。土壤電阻率的變化范圍很大，從小于lQ'm到高達(dá)幾百 甚至上千Q，tn。同時(shí)土壤的電阻率還直接受土壤顆粒大小及其分布的影響，同時(shí)又受土壤 的含水量及溶解鹽類的影響，粗顆粒的土壤(如砂土)由于孔隙度大，水的滲透能力強(qiáng)，土 壤中不容易保持水分，而小顆粒土壤則相反，土壤子紅的含水量大，可溶性的鹽類就可以 溶解進(jìn)去，成為電解質(zhì)溶液，所以電阻率就小。以土壤電阻率來劃分土壤的腐蝕性是各國 的常用方法，即電阻率小，腐蝕性強(qiáng)。對于大多數(shù)情況都是適用的，但有些場合違反這一 規(guī)律，呈現(xiàn)土壤電阻率大腐蝕性也大。各國根據(jù)土壤電阻率來劃分土壤的腐蝕特性。土壤電導(dǎo)率是反映土壤電化學(xué)性質(zhì)和肥力特性的基礎(chǔ)指標(biāo)。土壤肥力是土壤的基本屬 性和土壤質(zhì)的特征，土壤肥力是土地生產(chǎn)力的基礎(chǔ)。然而由于對土壤肥力這一科學(xué)的概念 缺乏嚴(yán)格的定義，缺少量化的指標(biāo)，使對土壤肥力的認(rèn)識尚停留在感性認(rèn)識階段， 一般在 生產(chǎn)應(yīng)用上，常用N、 P、 K和有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分含量的多少來衡量土壤肥力的高低。近年來， 結(jié)合土壤物理、化學(xué)、生物環(huán)境條件，對土壤綜合肥力評價(jià)也進(jìn)行的研究表明土壤養(yǎng)分 是土壤肥力的核心部分。因此與土壤性質(zhì)密切相關(guān)的土壤電導(dǎo)率就可以用來作為土壤肥力 綜合評價(jià)的一個(gè)定量指標(biāo)，通過土壤電阻率的測量，能夠及時(shí)有效地掌握土壤鹽分、濃度、 水分狀況等多種性質(zhì)，及時(shí)診斷農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題，特別是土壤電導(dǎo)率等值線圖，在指導(dǎo)農(nóng)業(yè) 生產(chǎn)、精細(xì)耕作等方面，具有特別重要的地位和作用。土壤物理學(xué)的研究結(jié)果表明土壤電導(dǎo)率本身包含了反映土壤品質(zhì)與物理性質(zhì)的豐富 信息。目前土壤電導(dǎo)率在"精細(xì)農(nóng)業(yè)"的研究主要集中于鹽堿土的電導(dǎo)以及鹽分、水分、 有機(jī)質(zhì)含量、土壤質(zhì)地、土壤含水量和孔隙率等對其影響方面。此外，近年來電導(dǎo)率也用 于評價(jià)非鹽堿化土壤肥力的一個(gè)綜合指標(biāo)。綜上所述，長期連續(xù)、無人值守、全自動監(jiān)測土壤電阻率、接地電阻對建設(shè)項(xiàng)目雷擊 風(fēng)險(xiǎn)評估、接地工程，地下金屬設(shè)施的防腐工程、土壤肥力特性研究、農(nóng)業(yè)土壤改良和精 細(xì)化農(nóng)業(yè)研究等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論意義。目前傳統(tǒng)的土壤電阻率和接地電阻測量儀器需要測試人員在現(xiàn)場進(jìn)行測試，且不能獲 得長期連續(xù)的數(shù)據(jù)，不能全面反映土壤電導(dǎo)的季節(jié)性動態(tài)變化。至今國內(nèi)外還未見有關(guān)長 期監(jiān)控土壤電阻率、接地電阻等參數(shù)的測試裝置及方法的報(bào)道。 實(shí)用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測土壤電阻 率的裝置，利用該裝置能獲得長期連續(xù)的監(jiān)測相關(guān)數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的土壤電阻率遠(yuǎn)程監(jiān)測裝置，包括探針組、測量表和 計(jì)算機(jī)，所述探針組包括至少一根土壤電阻率探針、至少一根電位探針和至少一根電流探 針，電阻率探針、電位探針、電流探針分別通過引線連接到測量表；所述測量表具有數(shù)據(jù) 處理及控制模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊通過有線或無線方式與計(jì)算機(jī)連接。采用本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1、 測量數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸模塊傳輸?shù)竭h(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，節(jié)省人力，不用測試人員到現(xiàn)場， 即能對土壤電阻率、土壤電導(dǎo)率進(jìn)行遠(yuǎn)程測量。2、 能夠遠(yuǎn)程、長期地對土壤電阻率、土壤電導(dǎo)率進(jìn)行監(jiān)測，獲得長期連續(xù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)。3、 數(shù)據(jù)傳輸方式靈活，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇RS-232/RS-485有線通訊方式、移動 通信GPRS/CDMA方式等傳送給遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)。4、 由于測量數(shù)據(jù)自動傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，因此便于通過軟件控制或人工控制整個(gè)測量 過程。5、 本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單、成本低。

圖1是本實(shí)用新型測試裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是使用本實(shí)用新型測試電極布置圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型土壤電阻率遠(yuǎn)程監(jiān)測裝置，包括探針組、測量表和計(jì)算機(jī)， 其中，探針組包括土壤電阻率探針1、電位探針2和電流探針3，上述探針為金屬棒體， 選用不銹鋼、鍍鋅鋼、銅包鋼、銅等金屬或合金制成，其入地端具有錐型尖端。土壤電阻率探針1優(yōu)選規(guī)格為直徑20mm，根據(jù)不同需要，長度可選15cm、 30cm、 80cm、 160cm或320cm;電位探針2優(yōu)選規(guī)格為直徑8mm，長度20cm;電流探針3優(yōu)選規(guī)格為直 徑8mm，長度20cm。選用所述直徑和長度的棒體是為了提高測量精度和方便測量操作以及 節(jié)約成本，棒體是為了提高測量精度；選用所述直徑是為了方便測量操作，直徑太小測量
時(shí)不易打入土壤中，直徑太大增加了土壤電阻率探針的成本。測量表5中包括測試探針控制模塊、測試信號采集模塊、數(shù)據(jù)處理及控制模塊、數(shù)據(jù) 傳輸模塊及電源模塊以及電阻率接線端口、電位接線端口、電流接線端口；電阻率探針l、 電位探針2和電流探針3分別通過引線4連接到測量表5的電阻率接線端口、電位接線端 口、電流接線端口，引線4選用橫截面積為2.5n^的聚乙烯包皮的銅芯線；電源模塊可根 據(jù)實(shí)際情況選擇220/1 IOV交流、9V直流電池或太陽能電池供電方式；數(shù)據(jù)傳輸模塊可提 供GPRS/CDMA發(fā)射天線或RS-232/RS-485數(shù)據(jù)線接口 ，用以與計(jì)算機(jī)進(jìn)行無線或有線的網(wǎng) 絡(luò)連接。測量表5采用現(xiàn)有成熟的數(shù)字式接地電阻測試儀即可，例如日本共立公司生產(chǎn)的 電池供電方式4105A型數(shù)字式接地電阻測試儀。只是在現(xiàn)有的數(shù)字式接地電阻測試儀產(chǎn)品 中增加了測試探針控制模塊、測試信號采集模塊、數(shù)據(jù)處理及控制模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊及 電源模塊與相應(yīng)的接口連接。增加這些模塊使數(shù)字式接地電阻測試儀具備了長期連續(xù)、無 人值守、全自動遠(yuǎn)程的測試功能和可根據(jù)實(shí)際情況靈活選擇220/110V交流、9V直流電池、 太陽能電池供電方式。計(jì)算機(jī)中安裝有包含數(shù)據(jù)接收控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)質(zhì)量 監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)處理分析模塊、數(shù)據(jù)庫模塊、數(shù)據(jù)處理分析結(jié)果顯示模塊的軟件，用以對 測量表5發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。使用實(shí)用新型的測量方法是1、將土壤電阻率探針、電位探針、電流探針按圖2所示位置進(jìn)行安裝布置，即土壤電 阻率探針與電位探針的間距5 10米，電位探針與電流探針的間距5 10米；根據(jù)測量不同 深度土壤電阻率的需要選擇土壤電阻率探針的長度和探針的根數(shù)，此時(shí)，每相鄰?fù)寥离娮?率探針之間的間距為相應(yīng)兩探針的長度之和。2、測量表的土壤電阻率接線端口與土壤電阻率探針的導(dǎo)線連接，電位接線端口與電位 探針的導(dǎo)線連接，電流接線端口與電流探針的導(dǎo)線連接；3、 將測量表和計(jì)算機(jī)接通電源，在計(jì)算機(jī)上安裝土壤電阻率遠(yuǎn)程自動測試軟件、 ACCESS 2000或ACCESS 2003數(shù)據(jù)庫軟件、設(shè)置測量的時(shí)間間隔，即可對試驗(yàn)地土壤電阻率、 接地電阻進(jìn)行長期連續(xù)、無人值守、全自動遠(yuǎn)程的監(jiān)測。4、 通過計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)接收控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)處 理分析模塊、數(shù)據(jù)庫模塊、數(shù)據(jù)處理分析結(jié)果顯示模塊等軟件可以方便獲得土壤電阻率的 統(tǒng)計(jì)報(bào)表和圖形。
權(quán)利要求1. 土壤電阻率遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，其特征在于包括探針組、測量表(5)和計(jì)算機(jī)(7)，所述探針組包括至少一根土壤電阻率探針(1)、至少一根電位探針(2)和至少一根電流探針(3)；電阻率探針(1)、電位探針(2)、電流探針(3)分別通過引線(4)連接到測量表(5)的電阻率接線端口、電位接線端口和電流接線端口；所述測量表(5)具有數(shù)據(jù)處理及控制模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊(6)，數(shù)據(jù)傳輸模塊(6)通過有線或無線方式與計(jì)算機(jī)(7)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的土壤電阻率遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，其特征在于土壤電阻率探針(l) 是直徑為20mm，長度為15cm、 30cm、 80cm、 160cm或320cm的金屬棒；電位探針(2)是直 徑8mm，長度20cm的金屬棒；電流探針(3)是直徑8mm，長度20cm的金屬棒；上述探針的 入地端具有錐型尖端。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的土壤電阻率測量裝置，其特征在于所述土壤電阻率探針(1)、 電位探針(2)和電流探針(3)采用不銹鋼、鍍鋅鋼、銅包鋼或銅制成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的土壤電阻率遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，其特征在于引線(4)采用聚 乙烯包皮的銅芯線，其橫截面積為2.5ram2。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的土壤電阻率遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)傳輸模塊 (6)通過GPRS或CDMA無線網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的土壤電阻率遠(yuǎn)程監(jiān)控裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)傳輸模塊 (6)通過RS-232或RS-485數(shù)據(jù)傳輸線與計(jì)算機(jī)連接。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種土壤電阻率遠(yuǎn)程監(jiān)測裝置，包括探針組、測量表和計(jì)算機(jī)，所述探針組包括至少一根土壤電阻率探針、至少一根電位探針和至少一根電流探針，電阻率探針、電位探針、電流探針分別通過引線連接到測量表；所述測量表具有數(shù)據(jù)處理及控制模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊通過有線或無線方式與計(jì)算機(jī)連接。采用本實(shí)用新型，數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸模塊傳輸?shù)竭h(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，節(jié)省人力，不用測試人員到現(xiàn)場，即能對土壤電阻率、土壤電導(dǎo)率進(jìn)行遠(yuǎn)程測量；能夠遠(yuǎn)程、長期地對土壤電阻率、土壤電導(dǎo)率進(jìn)行監(jiān)測，獲得長期連續(xù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)。由于測量數(shù)據(jù)自動傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，因此便于通過軟件控制或人工控制整個(gè)測量過程。
文檔編號G01N27/04GK201081764SQ20072018868
公開日2008年7月2日 申請日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
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