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一種便攜式土壤腐蝕速度測量儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種便攜式土壤腐蝕速度測量儀，包括氧化還原電位測量單元、土壤電阻率測量單元、土壤腐蝕速度測量單元以及測溫單元，其中氧化還原電位測量單元、土壤電阻率測量單元、土壤腐蝕速度測量單元輸出的模擬信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后的數(shù)字信號接至中央處理單元，測溫單元的信號線接至中央處理單元；氧化還原電位測量單元接有氧化還原測量探頭；土壤電阻率測量單元、土壤腐蝕速度測量單元以及測溫單元接有多功能組合探針。本實用新型有效地降低了測量腐蝕電流密度時土壤介質(zhì)IR降的影響，準(zhǔn)確測定土壤電阻率，避免高壓測量帶來的讀數(shù)困難和土壤電解造成理化性能破壞。
【專利說明】一種便攜式土壤腐蝕速度測量儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種測量土壤腐蝕速度的儀器，具體的說是一種便攜式土壤腐蝕速度測量儀。
【背景技術(shù)】
[0002]土壤腐蝕性是土壤腐蝕研究中的一個重要課題，而土壤腐蝕性的檢測是其中的關(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、鋼鐵材料對地電位等理化參數(shù)測評法。由于埋片法需要很長的時間才能獲得數(shù)據(jù)；而土壤理化參數(shù)與環(huán)境變化、測量時間等因素密切相關(guān)，加之參數(shù)間交互作用的影響，使得其測評結(jié)果可靠性較低；因而這些方法都難以滿足實際應(yīng)用的需要。
實用新型內(nèi)容
[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)中土壤腐蝕速度的測評結(jié)果可靠性較低，難以滿足實際應(yīng)用的需要等不足，本實用新型要解決的技術(shù)問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量儀。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是:
[0005]本實用新型一種便攜式土壤腐蝕速度測量儀，包括氧化還原電位測量單元、土壤電阻率測量單元、土壤腐蝕速度測量單元以及測溫單元，其中氧化還原電位測量單元、土壤電阻率測量單元、土壤腐蝕速度測量單元輸出的模擬信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后的數(shù)字信號接至中央處理單元，測溫單元的信號線接至中央處理單元；氧化還原電位測量單元接有氧化還原測量探頭；土壤電阻率測量單元、土壤腐蝕速度測量單元以及測溫單元接有多功能組合探針。
[0006]所述氧化還原電位測量單元包括:第一儀表運算放大器和第一繼電器，其中第一儀表運算放大器的正負輸入端通過第一繼電器接點經(jīng)接口端接有氧化還原測量探頭，儀表運算放大器的輸出端接至A/D轉(zhuǎn)換器。
[0007]所述土壤電阻率測量單元包括:第一雙運算放大器、繼電器、第二儀表運算放大器以及第三儀表運算放大器，其中第一雙運算放大器的正負輸入端分別接有參比電壓和D/A轉(zhuǎn)換器的輸出信號，第一雙運算放大器的輸出端通過繼電器的接點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)分別通過繼電器的接點接至第二儀表運算放大器的正、負輸入端，土壤電阻率探頭的第四環(huán)通過繼電器的接點接至第三儀表運算放大器的正輸入端，且接至第一雙運算放大器的反饋信號輸入端；第三儀表運算放大器的負輸入端接地；第二儀表運算放大器以及第三儀表運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量單元包括D/A轉(zhuǎn)換器、電壓基準(zhǔn)源、第二、第三雙運算放大器、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，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端分別接至第一雙運算放大器和第三雙運算放大器的正輸入端，第三雙運算放大器負輸入端接電源基準(zhǔn)，第三雙運算放大器的輸出端通過繼電器接點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)，第二雙運算放大器的正輸入端接地，負輸入端通過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，第二雙運算放大器的正輸入端通過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，同時反饋到第三雙運算放大器B放大器的負輸入端。
[0009]本實用新型還具有土壤溫度測量單元，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、具有多個檢測環(huán)的腐蝕速率探頭以及溫度傳感器，各探頭及傳感器信號線由空心螺桿中穿過。
[0011]所述土壤電阻率探頭為四個電極，腐蝕速率探頭為五個檢測環(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]本實用新型具有以下有益效果及優(yōu)點:
[0016]1.本實用新型采用五個相同材質(zhì)電極環(huán)組合聯(lián)結(jié)成組合式電化學(xué)探頭，有效地降低了測量腐蝕電流密度時土壤介質(zhì)IR降的影響。
[0017]2.本實用新型運用四電極探針，采用相對較低的測量電壓，準(zhǔn)確測定土壤電阻率，避免高壓測量帶來的讀數(shù)困難和土壤電解造成理化性能破壞。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為本實用新型中氧化還原電位單元電氣原理圖；
[0020]圖3為本實用新型中土壤電阻率測量單元電氣原理圖；
[0021]圖4為本實用新型中土壤腐蝕速度測量單元電氣原理圖；
[0022]圖5為本實用新型中多功能組合探針結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]其中，UlO為第一儀表運算放大器，U7為第二儀表運算放大器，U2為第三儀表運算放大器，U4A-U4B為第一雙運算放大器，U25A-U25B為第二雙運算放大器，U5A-U5B為第三雙運算放大器，DQlA為第一繼電器，JDQ2A-JDQ2B為第二繼電器，JDQ3-JDQ4A-DQ4B為第三繼電器。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明作進一步闡述。
[0025]金屬材料的土壤腐蝕是一個電化學(xué)過程，通過測定金屬在土壤中的腐蝕電流密度和極化電阻等參數(shù)可以快速地評定土壤的腐蝕性。本實用新型采用線性極化、弱極化原理測量土壤腐蝕電流密度來評價土壤腐蝕性的基礎(chǔ)上，設(shè)計出了多功能土壤腐蝕速度測量儀，改變以往根據(jù)土壤的理化因素測量值進行土壤腐蝕評價的傳統(tǒng)思想，建立根據(jù)現(xiàn)場電化學(xué)測量值直接評價土壤腐蝕性的新技術(shù)。[0026]如圖1所示，本實用新型一種便攜式土壤腐蝕速度測量儀，包括氧化還原電位測量單元、土壤電阻率測量單元、土壤腐蝕速度測量單元以及測溫單元，其中氧化還原電位測量單元、土壤電阻率測量單元、土壤腐蝕速度測量單元輸出的模擬信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后的數(shù)字信號接至中央處理單元，測溫單元的信號線接至中央處理單元；氧化還原電位測量單元接有氧化還原測量探頭；土壤電阻率測量單元、土壤腐蝕速度測量單元以及測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量單元包括:第一儀表運算放大器UlO和繼電器JDQ1A，其中儀表運算放大器UlO的正負輸入端通過第一繼電器DQlA的接點經(jīng)接口 J2端接有多功能組合探針中的氧化還原測量探頭，儀表運算放大器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，由兩個驅(qū)動模塊U12及U16控制雙線圈是否帶電，進一步控制觸點的分合動作；觸點為雙刀雙擲形式。本實施例中氧化還原測量探頭采用標(biāo)準(zhǔn)鉬電極、硫酸銅電極。土壤氧化還原電位測量范圍:±3000mV，誤差:≤1%。
[0028]如圖3所示，所述土壤電阻率測量單元包括:第一雙運算放大器U4A-U4B、第二繼電器、第二儀表運算放大器U7以及第三儀表運算放大器U2，其中第一雙運算放大器U4A-U4B的正負輸入端分別接有參比電壓和D/A轉(zhuǎn)換器的輸出信號，第一雙運算放大器U4A-U4B的輸出端通過第二繼電器JDQ2A-JDQ2B的接點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)分別通過第二繼電器JDQ2A-JDQ2B的接點接至第二儀表運算放大器U7的正、負輸入端，土壤電阻率探頭的第四環(huán)通過第二繼電器JDQ2A-JDQ2B的接點接至第三儀表運算放大器U2的正輸入端，且接至第一雙運算放大器U4A-U4B的反饋信號輸入端；第三儀表運算放大器U2的負輸入端接地；第二儀表運算放大器U7以及第三儀表運算放大器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檢測電極，因此第二繼電器JDQ2A-JDQ2B為兩個繼電器JDQ2A、JDQ2B的組合，可以提供四個觸點連接不同的檢測電極。
[0030]如圖4所示，所述土壤腐蝕速度測量單元包括D/A轉(zhuǎn)換器、電壓基準(zhǔn)源、第二、第三雙運算放大器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，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端分別接至第一雙運算放大器U4A-U4B和第三雙運算放大器U5A-U5B的正輸入端，第三雙運算放大器U5A-U5B負輸入端接電源基準(zhǔn)，第三雙運算放大器U5A-U5B的輸出端通過第三繼電器JDQ4A-JDQ4B接點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)，第二雙運算放大器U25A-U25B的正輸入端接地，負輸入端通過第三繼電器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，第二雙運算放大器U25A-U25B的正輸入端通過第三繼電器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，同時反饋到第三雙運算放大器U5A-U5B的B放大器U5B的負輸入端。
[0031]由于腐蝕速率探頭有五個檢測環(huán)，因此第三繼電器JDQ3-JDQ4A-DQ4B為三個繼電器JDQ3、JDQ4A、DQ4B的組合，可以提供五個觸點連接不同的檢測環(huán)。
[0032]該土壤腐蝕速度測量單元，通過第三雙運算放大器U5A-U5B極化電極，通過第二雙運算放大器U25A-U25B的A放大器U25A讀取腐蝕電位，通過二雙運算放大器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算腐蝕速度。
[0033]土壤溫度測量單元，由中央處理單元直接讀取溫度傳感器DS18B20數(shù)值；時鐘單元及數(shù)據(jù)存儲單元，直接由中央處理單元存儲和讀取。
[0034]如圖5所示，本實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、具有多個檢測環(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線由空心螺桿中穿過。
[0035]腐蝕速率探頭采用五個相同材質(zhì)電極環(huán)組合聯(lián)結(jié)成組合式電化學(xué)探頭，有效地降低了測量腐蝕電流密度時土壤介質(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]本實用新型中的土壤電阻率探頭為四電極探針El?E4，采用相對較低的測量電壓，準(zhǔn)確測定土壤電阻率，避免高壓測量帶來的讀數(shù)困難和土壤電解造成理化性能破壞；氧化還原測量探頭采用標(biāo)準(zhǔn)鉬電極、硫酸銅電極用于測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溫元件測量土壤溫度；運用預(yù)孔器方法，測量時對土壤原有結(jié)構(gòu)的破壞很小且不用開挖；前端采用錐形設(shè)計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量儀，其特征在于:包括氧化還原電位測量單元、土壤電阻率測量單元、土壤腐蝕速度測量單元以及測溫單元，其中氧化還原電位測量單元、土壤電阻率測量單元、土壤腐蝕速度測量單元輸出的模擬信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器后的數(shù)字信號接至中央處理單元，測溫單元的信號線接至中央處理單元；氧化還原電位測量單元接有氧化還原測量探頭；土壤電阻率測量單元、土壤腐蝕速度測量單元以及測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量儀，其特征在于:所述氧化還原電位測量單兀包括:第一儀表運算放大器(UlO)和第一繼電器(JDQ1A),其中第一儀表運算放大器(UlO)的正負輸入端通過第一繼電器(DQlA)接點經(jīng)接口(J2)端接有氧化還原測量探頭，儀表運算放大器(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量儀，其特征在于:所述土壤電阻率測量單元包括:第一雙運算放大器(U4A-U4B)、繼電器、第二儀表運算放大器(U7)以及第三儀表運算放大器(U2)，其中第一雙運算放大器(U4A-U4B)的正負輸入端分別接有參比電壓和D/A轉(zhuǎn)換器的輸出信號,第一雙運算放大器(U4A-U4B)的輸出端通過繼電器的接點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)分別通過繼電器的接點接至第二儀表運算放大器(U7)的正、負輸入端，土壤電阻率探頭的第四環(huán)通過繼電器的接點接至第三儀表運算放大器(U2)的正輸入端，且接至第一雙運算放大器(U4A-U4B)的反饋信號輸入端；第三儀表運算放大器(U2)的負輸入端接地；第二儀表運算放大器(U7)以及第三儀表運算放大器(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量儀，其特征在于:所述土壤腐蝕速度測量單元包括D/A轉(zhuǎn)換器、電壓基準(zhǔn)源、第二、第三雙運算放大器(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，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端分別接至第一雙運算放大器(U4A-U4B)和第三雙運算放大器(U5A-U5B)的正輸入端，第三雙運算放大器(U5A-U5B)負輸入端接電源基準(zhǔn)，第三雙運算放大器(U5A-U5B)的輸出端通過繼電器接點接至多功能組·合探針中的腐蝕速率探頭的第一環(huán)和第五環(huán)，第二雙運算放大器(U25A-U25B)的正輸入端接地，負輸入端通過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，第二雙運算放大器(U25A-U25B)的正輸入端通過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，同時反饋到第三雙運算放大器(U5A-U5B)的B放大器(U5B)的負輸入端。
5.按權(quán)利要求1所述的便攜式土壤腐蝕速度測量儀，其特征在于:還具有土壤溫度測量單元，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量儀，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、具有多個檢測環(huán)的腐蝕速率探頭以及溫度傳感器，各探頭及傳感器信號線由空心螺桿中穿過。
7.按權(quán)利要求6所述的便攜式土壤腐蝕速度測量儀，其特征在于:所述土壤電阻率探頭為四個電極，腐蝕速率探頭為五個檢測環(huán)。
8.按權(quán)利要求6所述的便攜式土壤腐蝕速度測量儀，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量儀，其特征在于:所述氧化還原測量探頭為標(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量儀，其特征在于:各繼電器為雙線圈磁保持繼電器。
【文檔編號】G01N27/04GK203561608SQ201320780409
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】吳濤, 臺闖 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所