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一種便攜式土壤腐蝕速度測(cè)量?jī)x的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種便攜式土壤腐蝕速度測(cè)量?jī)x，包括氧化還原電位測(cè)量單元、土壤電阻率測(cè)量單元、土壤腐蝕速度測(cè)量單元以及測(cè)溫單元，其中氧化還原電位測(cè)量單元、土壤電阻率測(cè)量單元、土壤腐蝕速度測(cè)量單元輸出的模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后的數(shù)字信號(hào)接至中央處理單元，測(cè)溫單元的信號(hào)線接至中央處理單元；氧化還原電位測(cè)量單元接有氧化還原測(cè)量探頭；土壤電阻率測(cè)量單元、土壤腐蝕速度測(cè)量單元以及測(cè)溫單元接有多功能組合探針。本實(shí)用新型有效地降低了測(cè)量腐蝕電流密度時(shí)土壤介質(zhì)IR降的影響，準(zhǔn)確測(cè)定土壤電阻率，避免高壓測(cè)量帶來(lái)的讀數(shù)困難和土壤電解造成理化性能破壞。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種便攜式土壤腐蝕速度測(cè)量?jī)x
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種測(cè)量土壤腐蝕速度的儀器，具體的說(shuō)是一種便攜式土壤腐蝕速度測(cè)量?jī)x。
【背景技術(shù)】
[0002]土壤腐蝕性是土壤腐蝕研究中的一個(gè)重要課題，而土壤腐蝕性的檢測(cè)是其中的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的獲得土壤腐蝕數(shù)據(jù)的方法主要是在典型土壤中的埋片法和土壤的電阻率、含水量、含鹽量、酸堿度、氧化還原電位、鋼鐵材料對(duì)地電位等理化參數(shù)測(cè)評(píng)法。由于埋片法需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能獲得數(shù)據(jù)；而土壤理化參數(shù)與環(huán)境變化、測(cè)量時(shí)間等因素密切相關(guān)，加之參數(shù)間交互作用的影響，使得其測(cè)評(píng)結(jié)果可靠性較低；因而這些方法都難以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中土壤腐蝕速度的測(cè)評(píng)結(jié)果可靠性較低，難以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要等不足，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種可靠性高、操作方便的便攜式土壤腐蝕速度測(cè)量?jī)x。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:
[0005]本實(shí)用新型一種便攜式土壤腐蝕速度測(cè)量?jī)x，包括氧化還原電位測(cè)量單元、土壤電阻率測(cè)量單元、土壤腐蝕速度測(cè)量單元以及測(cè)溫單元，其中氧化還原電位測(cè)量單元、土壤電阻率測(cè)量單元、土壤腐蝕速度測(cè)量單元輸出的模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后的數(shù)字信號(hào)接至中央處理單元，測(cè)溫單元的信號(hào)線接至中央處理單元；氧化還原電位測(cè)量單元接有氧化還原測(cè)量探頭；土壤電阻率測(cè)量單元、土壤腐蝕速度測(cè)量單元以及測(cè)溫單元接有多功能組合探針。
[0006]所述氧化還原電位測(cè)量單元包括:第一儀表運(yùn)算放大器和第一繼電器，其中第一儀表運(yùn)算放大器的正負(fù)輸入端通過(guò)第一繼電器接點(diǎn)經(jīng)接口端接有氧化還原測(cè)量探頭，儀表運(yùn)算放大器的輸出端接至A/D轉(zhuǎn)換器。
[0007]所述土壤電阻率測(cè)量單元包括:第一雙運(yùn)算放大器、繼電器、第二儀表運(yùn)算放大器以及第三儀表運(yùn)算放大器，其中第一雙運(yùn)算放大器的正負(fù)輸入端分別接有參比電壓和D/A轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)，第一雙運(yùn)算放大器的輸出端通過(guò)繼電器的接點(diǎn)與多功能組合探針中的土壤電阻率探頭的第一環(huán)連接，土壤電阻率探頭的第二、三環(huán)分別通過(guò)繼電器的接點(diǎn)接至第二儀表運(yùn)算放大器的正、負(fù)輸入端，土壤電阻率探頭的第四環(huán)通過(guò)繼電器的接點(diǎn)接至第三儀表運(yùn)算放大器的正輸入端，且接至第一雙運(yùn)算放大器的反饋信號(hào)輸入端；第三儀表運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端接地；第二儀表運(yùn)算放大器以及第三儀表運(yùn)算放大器的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器相連。
[0008]所述土壤腐蝕速度測(cè)量單元包括D/A轉(zhuǎn)換器、電壓基準(zhǔn)源、第二、第三雙運(yùn)算放大器、繼電器，其中D/A轉(zhuǎn)換器輸入端接有中央處理單元的控制信號(hào)，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端分別接至第一雙運(yùn)算放大器和第三雙運(yùn)算放大器的正輸入端，第三雙運(yùn)算放大器負(fù)輸入端接電源基準(zhǔn)，第三雙運(yùn)算放大器的輸出端通過(guò)繼電器接點(diǎn)接至多功能組合探針中的腐蝕速率探頭的第一環(huán)和第五環(huán)，第二雙運(yùn)算放大器的正輸入端接地，負(fù)輸入端通過(guò)繼電器接腐蝕速率探頭的第二環(huán)和第四環(huán)，輸出端接至A/D轉(zhuǎn)換器，第二雙運(yùn)算放大器的正輸入端通過(guò)繼電器接腐蝕速率探頭的第三環(huán)，輸出端接至A/D轉(zhuǎn)換器，同時(shí)反饋到第三雙運(yùn)算放大器B放大器的負(fù)輸入端。
[0009]本實(shí)用新型還具有土壤溫度測(cè)量單元，由中央處理單元直接讀取溫度傳感器的數(shù)值。
[0010]所述多功能組合探針為棒狀，具有一空心螺桿，螺桿外部為絕緣棒，絕緣棒上分布具有多電極的土壤電阻率探頭、具有多個(gè)檢測(cè)環(huán)的腐蝕速率探頭以及溫度傳感器，各探頭及傳感器信號(hào)線由空心螺桿中穿過(guò)。
[0011]所述土壤電阻率探頭為四個(gè)電極，腐蝕速率探頭為五個(gè)檢測(cè)環(huán)。
[0012]所述多功能組合探針的前端為錐形。
[0013]所述氧化還原測(cè)量探頭為標(biāo)準(zhǔn)鉬電極、硫酸銅電極。
[0014]各繼電器為雙線圈磁保持繼電器。
[0015]本實(shí)用新型具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn):
[0016]1.本實(shí)用新型采用五個(gè)相同材質(zhì)電極環(huán)組合聯(lián)結(jié)成組合式電化學(xué)探頭，有效地降低了測(cè)量腐蝕電流密度時(shí)土壤介質(zhì)IR降的影響。
[0017]2.本實(shí)用新型運(yùn)用四電極探針，采用相對(duì)較低的測(cè)量電壓，準(zhǔn)確測(cè)定土壤電阻率，避免高壓測(cè)量帶來(lái)的讀數(shù)困難和土壤電解造成理化性能破壞。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本實(shí)用新型中氧化還原電位單元電氣原理圖；
[0020]圖3為本實(shí)用新型中土壤電阻率測(cè)量單元電氣原理圖；
[0021]圖4為本實(shí)用新型中土壤腐蝕速度測(cè)量單元電氣原理圖；
[0022]圖5為本實(shí)用新型中多功能組合探針結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]其中，UlO為第一儀表運(yùn)算放大器，U7為第二儀表運(yùn)算放大器，U2為第三儀表運(yùn)算放大器，U4A-U4B為第一雙運(yùn)算放大器，U25A-U25B為第二雙運(yùn)算放大器，U5A-U5B為第三雙運(yùn)算放大器，DQlA為第一繼電器，JDQ2A-JDQ2B為第二繼電器，JDQ3-JDQ4A-DQ4B為第三繼電器。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
[0025]金屬材料的土壤腐蝕是一個(gè)電化學(xué)過(guò)程，通過(guò)測(cè)定金屬在土壤中的腐蝕電流密度和極化電阻等參數(shù)可以快速地評(píng)定土壤的腐蝕性。本實(shí)用新型采用線性極化、弱極化原理測(cè)量土壤腐蝕電流密度來(lái)評(píng)價(jià)土壤腐蝕性的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出了多功能土壤腐蝕速度測(cè)量?jī)x，改變以往根據(jù)土壤的理化因素測(cè)量值進(jìn)行土壤腐蝕評(píng)價(jià)的傳統(tǒng)思想，建立根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)電化學(xué)測(cè)量值直接評(píng)價(jià)土壤腐蝕性的新技術(shù)。[0026]如圖1所示，本實(shí)用新型一種便攜式土壤腐蝕速度測(cè)量?jī)x，包括氧化還原電位測(cè)量單元、土壤電阻率測(cè)量單元、土壤腐蝕速度測(cè)量單元以及測(cè)溫單元，其中氧化還原電位測(cè)量單元、土壤電阻率測(cè)量單元、土壤腐蝕速度測(cè)量單元輸出的模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后的數(shù)字信號(hào)接至中央處理單元，測(cè)溫單元的信號(hào)線接至中央處理單元；氧化還原電位測(cè)量單元接有氧化還原測(cè)量探頭；土壤電阻率測(cè)量單元、土壤腐蝕速度測(cè)量單元以及測(cè)溫單元接有多功能組合探頭。
[0027]如圖2所示，所述氧化還原電位測(cè)量單元包括:第一儀表運(yùn)算放大器UlO和繼電器JDQ1A，其中儀表運(yùn)算放大器UlO的正負(fù)輸入端通過(guò)第一繼電器DQlA的接點(diǎn)經(jīng)接口 J2端接有多功能組合探針中的氧化還原測(cè)量探頭，儀表運(yùn)算放大器UlO的輸出端接至A/D轉(zhuǎn)換器。第一繼電器JDQlA為雙線圈磁保持繼電器，由兩個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊U12及U16控制雙線圈是否帶電，進(jìn)一步控制觸點(diǎn)的分合動(dòng)作；觸點(diǎn)為雙刀雙擲形式。本實(shí)施例中氧化還原測(cè)量探頭采用標(biāo)準(zhǔn)鉬電極、硫酸銅電極。土壤氧化還原電位測(cè)量范圍:±3000mV，誤差:≤1%。
[0028]如圖3所示，所述土壤電阻率測(cè)量單元包括:第一雙運(yùn)算放大器U4A-U4B、第二繼電器、第二儀表運(yùn)算放大器U7以及第三儀表運(yùn)算放大器U2，其中第一雙運(yùn)算放大器U4A-U4B的正負(fù)輸入端分別接有參比電壓和D/A轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)，第一雙運(yùn)算放大器U4A-U4B的輸出端通過(guò)第二繼電器JDQ2A-JDQ2B的接點(diǎn)與多功能組合探針中的土壤電阻率探頭的第一環(huán)連接，土壤電阻率探頭的第二、三環(huán)分別通過(guò)第二繼電器JDQ2A-JDQ2B的接點(diǎn)接至第二儀表運(yùn)算放大器U7的正、負(fù)輸入端，土壤電阻率探頭的第四環(huán)通過(guò)第二繼電器JDQ2A-JDQ2B的接點(diǎn)接至第三儀表運(yùn)算放大器U2的正輸入端，且接至第一雙運(yùn)算放大器U4A-U4B的反饋信號(hào)輸入端；第三儀表運(yùn)算放大器U2的負(fù)輸入端接地；第二儀表運(yùn)算放大器U7以及第三儀表運(yùn)算放大器U2的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器相連。
[0029]由于土壤電阻率探頭有四個(gè)檢測(cè)電極，因此第二繼電器JDQ2A-JDQ2B為兩個(gè)繼電器JDQ2A、JDQ2B的組合，可以提供四個(gè)觸點(diǎn)連接不同的檢測(cè)電極。
[0030]如圖4所示，所述土壤腐蝕速度測(cè)量單元包括D/A轉(zhuǎn)換器、電壓基準(zhǔn)源、第二、第三雙運(yùn)算放大器U25A-U25B、U5A-U5B、第三繼電器JDQ3-JDQ4A-DQ4B，其中D/A轉(zhuǎn)換器輸入端接有中央處理單元的控制信號(hào)，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端分別接至第一雙運(yùn)算放大器U4A-U4B和第三雙運(yùn)算放大器U5A-U5B的正輸入端，第三雙運(yùn)算放大器U5A-U5B負(fù)輸入端接電源基準(zhǔn)，第三雙運(yùn)算放大器U5A-U5B的輸出端通過(guò)第三繼電器JDQ4A-JDQ4B接點(diǎn)接至多功能組合探針中的腐蝕速率探頭的第一環(huán)和第五環(huán)，第二雙運(yùn)算放大器U25A-U25B的正輸入端接地，負(fù)輸入端通過(guò)第三繼電器JDQ4A-JDQ4B接腐蝕速率探頭的第二環(huán)和第四環(huán)，輸出端接至A/D轉(zhuǎn)換器，第二雙運(yùn)算放大器U25A-U25B的正輸入端通過(guò)第三繼電器JDQ4A-JDQ4B接腐蝕速率探頭的第三環(huán)，輸出端接至A/D轉(zhuǎn)換器，同時(shí)反饋到第三雙運(yùn)算放大器U5A-U5B的B放大器U5B的負(fù)輸入端。
[0031]由于腐蝕速率探頭有五個(gè)檢測(cè)環(huán)，因此第三繼電器JDQ3-JDQ4A-DQ4B為三個(gè)繼電器JDQ3、JDQ4A、DQ4B的組合，可以提供五個(gè)觸點(diǎn)連接不同的檢測(cè)環(huán)。
[0032]該土壤腐蝕速度測(cè)量單元，通過(guò)第三雙運(yùn)算放大器U5A-U5B極化電極，通過(guò)第二雙運(yùn)算放大器U25A-U25B的A放大器U25A讀取腐蝕電位，通過(guò)二雙運(yùn)算放大器U25A-U25B的B放大器U25B讀取腐蝕電流。經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換由中央處理單元計(jì)算腐蝕速度。
[0033]土壤溫度測(cè)量單元，由中央處理單元直接讀取溫度傳感器DS18B20數(shù)值；時(shí)鐘單元及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，直接由中央處理單元存儲(chǔ)和讀取。
[0034]如圖5所示，本實(shí)用新型中多功能組合探針為棒狀，具有一空心螺桿，螺桿外部為絕緣棒，絕緣棒上分布具有多電極的土壤電阻率探頭、具有多個(gè)檢測(cè)環(huán)的腐蝕速率探頭以及溫度傳感器T，各探頭及傳感器信號(hào)線由空心螺桿中穿過(guò)。
[0035]腐蝕速率探頭采用五個(gè)相同材質(zhì)電極環(huán)組合聯(lián)結(jié)成組合式電化學(xué)探頭，有效地降低了測(cè)量腐蝕電流密度時(shí)土壤介質(zhì)IR降的影響；其中輔助電極CE研究電極WE和參比電極RE的連接方式以CE-WE-RE表示，組合式電化學(xué)探頭連接方式為1_5，2_4，3。研究電極WE和參比電極RE的面積為5cm2 ；
[0036]本實(shí)用新型中的土壤電阻率探頭為四電極探針El?E4，采用相對(duì)較低的測(cè)量電壓，準(zhǔn)確測(cè)定土壤電阻率，避免高壓測(cè)量帶來(lái)的讀數(shù)困難和土壤電解造成理化性能破壞；氧化還原測(cè)量探頭采用標(biāo)準(zhǔn)鉬電極、硫酸銅電極用于測(cè)量土壤氧化還原電位；在多功能組合探針外部的聚四氟絕緣棒上固定高精度測(cè)溫元件測(cè)量土壤溫度；運(yùn)用預(yù)孔器方法，測(cè)量時(shí)對(duì)土壤原有結(jié)構(gòu)的破壞很小且不用開(kāi)挖；前端采用錐形設(shè)計(jì)以保證探頭和土壤間有良好的接觸。
【權(quán)利要求】
1.一種便攜式土壤腐蝕速度測(cè)量?jī)x，其特征在于:包括氧化還原電位測(cè)量單元、土壤電阻率測(cè)量單元、土壤腐蝕速度測(cè)量單元以及測(cè)溫單元，其中氧化還原電位測(cè)量單元、土壤電阻率測(cè)量單元、土壤腐蝕速度測(cè)量單元輸出的模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后的數(shù)字信號(hào)接至中央處理單元，測(cè)溫單元的信號(hào)線接至中央處理單元；氧化還原電位測(cè)量單元接有氧化還原測(cè)量探頭；土壤電阻率測(cè)量單元、土壤腐蝕速度測(cè)量單元以及測(cè)溫單元接有多功能組合探針。
2.按權(quán)利要求1所述的便攜式土壤腐蝕速度測(cè)量?jī)x，其特征在于:所述氧化還原電位測(cè)量單兀包括:第一儀表運(yùn)算放大器(UlO)和第一繼電器(JDQ1A),其中第一儀表運(yùn)算放大器(UlO)的正負(fù)輸入端通過(guò)第一繼電器(DQlA)接點(diǎn)經(jīng)接口(J2)端接有氧化還原測(cè)量探頭，儀表運(yùn)算放大器(UlO)的輸出端接至A/D轉(zhuǎn)換器。
3.權(quán)利要求1所述的便攜式土壤腐蝕速度測(cè)量?jī)x，其特征在于:所述土壤電阻率測(cè)量單元包括:第一雙運(yùn)算放大器(U4A-U4B)、繼電器、第二儀表運(yùn)算放大器(U7)以及第三儀表運(yùn)算放大器(U2)，其中第一雙運(yùn)算放大器(U4A-U4B)的正負(fù)輸入端分別接有參比電壓和D/A轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào),第一雙運(yùn)算放大器(U4A-U4B)的輸出端通過(guò)繼電器的接點(diǎn)與多功能組合探針中的土壤電阻率探頭的第一環(huán)連接，土壤電阻率探頭的第二、三環(huán)分別通過(guò)繼電器的接點(diǎn)接至第二儀表運(yùn)算放大器(U7)的正、負(fù)輸入端，土壤電阻率探頭的第四環(huán)通過(guò)繼電器的接點(diǎn)接至第三儀表運(yùn)算放大器(U2)的正輸入端，且接至第一雙運(yùn)算放大器(U4A-U4B)的反饋信號(hào)輸入端；第三儀表運(yùn)算放大器(U2)的負(fù)輸入端接地；第二儀表運(yùn)算放大器(U7)以及第三儀表運(yùn)算放大器(U2)的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器相連。
4.按權(quán)利要求1所述的便攜式土壤腐蝕速度測(cè)量?jī)x，其特征在于:所述土壤腐蝕速度測(cè)量單元包括D/A轉(zhuǎn)換器、電壓基準(zhǔn)源、第二、第三雙運(yùn)算放大器(U25A-U25B、U5A-U5B)、繼電器，其中D/A轉(zhuǎn)換器輸入端接有中央處理單元的控制信號(hào)，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端分別接至第一雙運(yùn)算放大器(U4A-U4B)和第三雙運(yùn)算放大器(U5A-U5B)的正輸入端，第三雙運(yùn)算放大器(U5A-U5B)負(fù)輸入端接電源基準(zhǔn)，第三雙運(yùn)算放大器(U5A-U5B)的輸出端通過(guò)繼電器接點(diǎn)接至多功能組·合探針中的腐蝕速率探頭的第一環(huán)和第五環(huán)，第二雙運(yùn)算放大器(U25A-U25B)的正輸入端接地，負(fù)輸入端通過(guò)繼電器接腐蝕速率探頭的第二環(huán)和第四環(huán)，輸出端接至A/D轉(zhuǎn)換器，第二雙運(yùn)算放大器(U25A-U25B)的正輸入端通過(guò)繼電器接腐蝕速率探頭的第三環(huán)，輸出端接至A/D轉(zhuǎn)換器，同時(shí)反饋到第三雙運(yùn)算放大器(U5A-U5B)的B放大器(U5B)的負(fù)輸入端。
5.按權(quán)利要求1所述的便攜式土壤腐蝕速度測(cè)量?jī)x，其特征在于:還具有土壤溫度測(cè)量單元，由中央處理單元直接讀取溫度傳感器的數(shù)值。
6.按權(quán)利要求1所述的便攜式土壤腐蝕速度測(cè)量?jī)x，其特征在于:多功能組合探針為棒狀，具有一空心螺桿，螺桿外部為絕緣棒，絕緣棒上分布具有多電極的土壤電阻率探頭、具有多個(gè)檢測(cè)環(huán)的腐蝕速率探頭以及溫度傳感器，各探頭及傳感器信號(hào)線由空心螺桿中穿過(guò)。
7.按權(quán)利要求6所述的便攜式土壤腐蝕速度測(cè)量?jī)x，其特征在于:所述土壤電阻率探頭為四個(gè)電極，腐蝕速率探頭為五個(gè)檢測(cè)環(huán)。
8.按權(quán)利要求6所述的便攜式土壤腐蝕速度測(cè)量?jī)x，其特征在于:所述多功能組合探針的前端為錐形。
9.按權(quán)利要求1所述的便攜式土壤腐蝕速度測(cè)量?jī)x，其特征在于:所述氧化還原測(cè)量探頭為標(biāo)準(zhǔn)鉬電極、硫酸銅電極。
10.按權(quán)利要求2、 3或4所述的便攜式土壤腐蝕速度測(cè)量?jī)x，其特征在于:各繼電器為雙線圈磁保持繼電器。
【文檔編號(hào)】G01N27/04GK203561608SQ201320780409
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】吳濤, 臺(tái)闖 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院金屬研究所