[发明专利]一种不同温度下土壤动态电阻特性试验方法

摘要

一种不同温度下土壤动态电阻特性试验方法，该方法包括搭建测试装置，测试装置包括含左右电极和温度传感器的土壤箱，通过温度分析仪、数字控制器和温控装置控制箱内温度；冲击电流发生模块输出端连接到分压器的高压端，分压器的高压端连接到左铜电极，右铜电极连接到接地模块；试验方法还包括土壤填充以及温度设定、测量土壤样品在当前温度T时的电压与电流以及评估土壤动态电阻特性等步骤。本发明可准确评估土壤动态电阻特性，有利于研究温度与土壤动态电阻之间的关联性。试验方法基于全时域电阻动态波形，可准确表征电阻波形曲线变化规律，进而有效评估出不同温度下土壤试品电阻的动态特性。

主权项

1.一种不同温度下土壤动态电阻特性试验方法，其特征在于，包括以下步骤第一步：搭建计及温度的土壤动态电阻测试装置：装置包括土壤动态电阻测试箱(06)；土壤动态电阻测试箱(06)的内壁设置有温控装置(08)；土壤动态电阻测试箱(06)左侧内壁设置有左铜电极(05)，右侧壁设置有右铜电极(07)；左铜电极(05)和右铜电极(07)均为竖直圆盘；土壤动态电阻测试箱(06)上面板设有螺钉(02)；土壤动态电阻测试箱(06)的左上部、右上部、左下部和右下部分别设置有第一温度传感器(01a)、第二温度传感器(01b)、第三温度传感器(01c)和第四温度传感器(01d)；土壤动态电阻测试箱(06)以外的装置包括冲击电流发生模块(12)、分压器(13)、接地模块(11)、温度分析仪(14)、数字控制器(15)、电流采集模块(16)、上位机(17)、高压电缆(18)、电缆接头(03)以及铜导线(19)；其中：第一温度传感器(01a)、第二温度传感器(01b)、第三温度传感器(01c)和第四温度传感器(01d)均连接到温度分析仪(14)的输入端，温度分析仪(14)的输出端分别连接到数字控制器(15)和上位机(17)；数字控制器(15)连接到温控装置(08)；冲击电流发生模块(12)输出端连接到分压器(13)的高压端，分压器(13)的高压端通过高压电缆(18)和电缆接头(03)连接到左铜电极(05)，左铜电极(05)紧贴土壤动态电阻测试箱(06)左侧内壁；冲击电流发生模块(12)的接地端和分压器(13)的接地端均连接到接地模块(11)；右铜电极(07)紧贴土壤动态电阻测试箱(06)右侧内壁，并通过铜导线(19)连接到接地模块(11)；分压器(13)的通信端连接到上位机(17)；电流采集模块(16)测量端连接到铜导线(19)，电流采集模块(16)通信端连接到上位机(17)；第二步：进行土壤填充以及温度设定：拧开上面板螺钉(02)，打开土壤动态电阻测试箱(06)的上面板，填充土壤样品，之后盖住上面板，拧上螺钉(02)；通过第一温度传感器(01a)、第二温度传感器(01b)、第三温度传感器(01c)和第四温度传感器(01d)监测箱内温度；设定试验温度为T，若测量温度超过误差允许上限值T_max，则数字控制器(15)启用温控装置(08)的降温模式进行降温；若温度低于误差允许下限值T_min，则数字控制器(15)启用温控装置(08)的升温模式进行升温；控制土壤动态电阻测试箱(06)中土壤样品的温度在试验温度T误差允许范围内；第三步：测量土壤样品在温度T时的电压与电流：当土壤样品测量温度稳定在试验设定温度T误差允许范围内时，启动冲击电流发生模块(12)，通过分压器(13)测量左铜电极(05)和右铜电极(07)间的电压并传输给上位机(17)；通过电流采集模块(16)测量流经左铜电极(05)和右铜电极(07)的电流并传输给上位机(17)；第四步：评估土壤动态电阻特性：通过上位机得到的电压和电流，获取土壤动态电阻全时域R(t)波形曲线，并提取出电阻最小值R(t)_min、电阻最大值R(t)_max、有效电离时间Δt₁以及有效恢复时间Δt₂，在上位机上计算土壤在冲击电流下的平均下降速率k：式中，R(t)_min为R(t)波形曲线中电阻最小值，R(t)_max为R(t)波形曲线中电阻最大值，Δt₁表示R(t)从电阻最大值R(t)_max下降到电阻最小值R(t)_min的时间间隔；计算R(t)_min与k的复合评判因子q₁：计算R(t)_min与Δt₁的复合评判因子q₂：计算最小曲率半径γ：其中，式中，t_m∈[t_a+0.1,t_b)，t_a为R(t)_max对应时刻，t_b为R(t)_min对应时刻；上式表示在R(t)波形曲线下降的时间段内，从t_a+0.1时刻开始，每间隔0.1μs，计算各个时刻所对应的曲率半径，由此可计算出最小曲率半径；结合最小曲率半径γ计算考虑温度的修正系数k₁：式中，T为试验温度；计算评判余项q₃：q₃＝0.089log(0.433Δt₁+0.518Δt₂‑42.108)‑0.0281log(R(t)_min+2.37)式中，Δt₂表示R(t)从R(t)_min上升至有效恢复电阻R(t)_eff的时间间隔；其中：R(t)_eff＝R(t)_min+0.8(R(t)_max‑R(t)_min)，R(t)_eff表示R(t)从电阻最小值R(t)_min逐渐恢复，当恢复量为80％最大下降差值(R(t)_max‑R(t)_min)时所对应的电阻值；综合上述计算，对土壤在该冲击电流与温度下的动态电阻特性评判因数为：q＝k₁(q₁+q₂)+q₃根据q的取值范围进行土壤动态电阻特性的表征；第五步：不同温度下土壤动态电阻特性试验：根据试验要求，设置不同温度，并重复第三步和第四步，进行不同温度下的土壤动态电阻特性评估。