一種綜合原位土壤腐蝕性調查測量裝置的製作方法
2023-05-30 11:22:16 1
專利名稱：一種綜合原位土壤腐蝕性調查測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於土壤腐蝕性調查的測量裝置。它可以原位測量某一土壤層的電阻率、碳鋼在土壤中的自然電位、極化電阻和管地電位。
在進行土壤腐蝕性調查和對埋地管線進行防腐設計時，通常要對土壤的幾個理化參數進行測量，並按一定的方法預測土壤腐蝕性的強弱。埋地層土壤的電阻率、碳鋼在土壤中的自然電位和極化電阻是評價土壤腐蝕性的重要參數，管地電位在陰極保護的運行維護中也是非常重要的參數。目前對這些參數的測量還只是單獨進行，要想在野外同時測得這些參數並不是一件容易的事。
目前，測量土壤電阻率的方法主要有土壤箱法和原位測量法。土壤箱法的缺點是取得的土壤樣品一般不能代表管線所處深度的土壤狀況，測得的電阻率總會與原土壤有某些不同。而且這種方法需要在每個測試點取得土樣，操作也比較煩瑣。在土壤的原位測試方法中，最常用的是地面四極法，由於方法所限，這種方法只能反映地表表層較大範圍內土壤的綜合電阻率，不能精確地測得埋地管線處土壤層的電阻率，這是地面四極法的限制。而且這種方法容易受地表環境的影響，在凍土狀態下，這種方法無法測得20cm以上深度凍土層的土壤電阻率。
目前在測量碳鋼在土壤中的自然電位和管地電位時，通常採用硫酸銅作為參比電極。硫酸銅電極精度較低，不易維護。且測量用的電位差計通常使用萬用表的電壓檔，萬用表的輸入阻抗小，土壤的電阻率一般較大，因此在測量時容易引入較大的IR降，影響測量的精度。
碳鋼在土壤中的極化電阻可以反映碳鋼在土壤中腐蝕的動力學性質，與鋼在土壤中的腐蝕率有較好的對應關係。但一般由於其測量裝置較為複雜，目前只限用在某些研究當中。在實際工程中用的並不多。
本實用新型的目的是提供一種能較為方便和準確的測量土壤的原位電阻率、碳鋼在土壤中的自然電位、管地電位以及極化電阻的裝置。由於裝置採用一體化設計，使其能方便地在野外測出以上參數，為準確地評價土壤的腐蝕性及進行防腐設計時提供可靠的數據支持。
本實用新型提供了一種綜合原位土壤腐蝕性調查測量裝置，由綜合測試探頭和測試電路構成，其特徵在於所述綜合測試探頭由碳鋼鑿頭(1)、純鋅參比電極(3)、碳鋼電極A(2)、碳鋼電極B(4)、外電極A(5)、外電極B(8)、內電極A(6)、內電極B(7)構成；碳鋼鑿頭(1)為圓錐狀，其它電極均為同直徑環狀；以碳鋼鑿頭(1)為頭部由絕緣材料同直徑環(11)相隔將電極組裝成杖杆狀探頭。
此外，本實用新型中外電極與內電極間的距離為10～20cm，兩內電極之間距離為25～45cm，碳鋼電極間距離與內電極間距離一致。
本實用新型中外電極最好為惰性電極不鏽鋼件，內電極為紫銅件。
本實用新型中土壤電阻率的測量原理是直流四極法，杖式綜合探頭上裝有兩個惰性電極，如不鏽鋼作為外電極，兩個紫銅電極作為內電極。外電極由恆流源供電，由於兩內電極上沒有電流流過，也就不會產生極化作用。這裡，內電極上的電位差與恆流源電流的比值即為土壤的電阻值。當探頭插入的深度足夠深時，探頭所在的空間可以看作三維無限大，在這個空間中，假設土壤是均勻的，則土壤的電阻率與土壤的電阻值呈線性關係，即ρ=K·R，如果用已知電阻率的介質標定出探頭的常數值K，則土壤的電阻率即可求出。實際上，由於一般土壤的電阻率較大，且恆流源的電流值較小，探頭所反映土壤空間總是有一定範圍的。這個範圍會隨著土壤電阻率的減小而增大，從試驗室中測得的結果可以看出，在相當於自然水電阻率大小時，這個範圍一般約為直徑200mm左右的球型空間。這麼大的空間在工程中是較為有用的。
本實用新型中碳鋼在土壤中自然電位和管地電位的測量是依靠碳鋼鑿頭和純鋅參比電極實現的。純鋅在介質中的電位基本上保持恆定，因此可以作為參比電極使用。當探頭插入測試深的土壤中，探頭的碳鋼鑿頭與鋅參比電極間的電位，即碳鋼在土壤中的自然電位，由高輸入阻抗的電壓表測得。把測試樁的引線接入測量電路，並將探頭插入與測試樁鄰近的土壤中，純鋅參比電極與測試樁引線間的電位即管地電位可以由高輸入阻抗電壓表測得。
本實用新型中探頭上的兩個碳鋼電極作為測量極化電阻的研究電極和輔助電極，恆壓源對兩電極施加20mV左右的電壓擾動，測得的阻抗為兩倍的極化電阻、土壤電阻與測試電路中取樣電阻三者之和，土壤的電阻可以由四極法測得，並假設測試深土壤完全均勻，兩內電極間的電阻與兩個碳鋼電極間的土壤電阻完全相等，因此極化電阻即可求得。
本實用新型將測量土壤電阻率、碳鋼在土壤中的自然電位、極化電阻和管地電位這四種功能結合在一起，且探頭設計為杖式，因此非常利於野外的工程操作。裝置採用的元器件簡單，價格低廉。通過該裝置在野外的測量值足可以滿足工程上判斷土壤的腐蝕性的需要。因此該裝置在工程中非常實用。
以下結合附圖通過實施例詳述本實用新型。
附
圖1原位綜合土壤腐蝕性測量裝置原理圖。
附圖2本實用新型探頭之第二種實現方式。
附圖3本實用新型探頭之第三種實現方式。
附圖4本實用新型探頭之第四種實現方式。
附圖5本實用新型探頭之第五種實現方式。
附圖6第三種探頭形式的結構示意圖。
實施例圖1為裝置的簡單原理圖。恆流源與恆壓源採用集成電路元件，效果優良。電壓表採用高輸入阻抗設計，儀器的輸入電阻達到1010Ω以上。從而大大減小了測量時IR降的影響，也使用電壓表測量兩內電極電壓時，兩個內電極不易產生極化，增加了測量電阻率的精度。兩個取樣電阻選用高精度的精密電阻。探頭直徑為15～25cm，各電極間用絕緣材料保持絕緣，鑿頭和碳鋼電極採用同種材料，且可根據不同的需要，選用不同的材料以擴大探頭使用的範圍。純鋅參比電極應儘量與碳鋼鑿頭靠近，減小測量時的誤差。探頭上兩個外電極採用惰性電極材料，如不鏽鋼等，內電極材料則可選用紫銅，因為紫銅在測量時兩內電極間的不對稱電位很小，而且對電位的響應也較快。外電極與內電極間的距離為10～20cm，兩內電極間距離為25～45cm，兩碳鋼電極間距離與內電極間距離應保持一致，以便提高測量的精確度。探頭上各電極的位置可以有多種排列，連接成不同的形式，圖2～5列出了幾種探頭電極的排列方式，還可以接成其他形式。
附圖6為第三種探頭形式的一種結構示意，碳鋼鑿頭(1)為圓錐狀，純鋅參比電極(3)、外電極A(5)、內電極A(6)、內電極B(7)、外電極B(8)、碳鋼電極A(2)、碳鋼電極B(4)製成同直徑環狀，且在兩端有外螺紋，其由同直徑的且兩端帶內螺紋的絕緣材料環(11)依次相隔螺合成一根杖杆式結構探頭。將上述探頭與同直徑的不鏽鋼杖杆相連，杖杆上安裝有手柄。探頭電極的引線通過杖杆接出。杖身長為80～120cm。
權利要求1．一種綜合原位土壤腐蝕性調查測量裝置，由綜合測試探頭和測試電路構成，其特徵在於所述綜合測試探頭由碳鋼鑿頭(1)、純鋅參比電極(3)、碳鋼電極A(2)、碳鋼電極B(4)、外電極A(5)、外電極B(8)、內電極A(6)、內電極B(7)構成碳鋼鑿頭(1)為圓錐頭，其它電極均為同直徑環狀以碳鋼鑿頭(1)為頭部由絕緣材料同直徑環(11)相隔將電極組裝成棒狀探頭。
2．按照權利要求1所述綜合原位土壤腐蝕性調查測量裝置，其特徵在於外電極與內電極間的距離為10～20cm，兩內電極之間距離為25～45cm，碳鋼電極間距離與內電極間距離一致。
3．按照權利要求1所述綜合原位土壤腐蝕性調查測量裝置，其特徵在於外電極為不鏽鋼件，內電極為紫銅件。
專利摘要一種綜合原位土壤腐蝕性調查測量裝置,由綜合測試探頭和測試電路構成,綜合測試探頭由碳鋼鑿頭、純鋅參比電極、碳鋼電極A、碳鋼電極B、外電極A、外電極B、內電極A、內電極B構成;碳鋼鑿頭為圓錐頭,其它電極均為同直徑環狀;以碳鋼鑿頭為頭部由絕緣材料直徑環相隔將電極組裝成棒狀探頭。本實用新型能方便地在野外側出土壤的原位電阻率、碳鋼在土壤中的自然電位、管地電位以及極化電阻的參數,為準確地評價土壤的腐蝕性及進行防腐設計時提供可靠的數據支持。
文檔編號G01N33/00GK2319812SQ9823661
公開日1999年5月19日 申請日期1998年2月12日 優先權日1998年2月12日
發明者高立群, 李洪錫 申請人:中國科學院金屬腐蝕與防護研究所