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一种便携式土壤腐蚀速度测量仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种便携式土壤腐蚀速度测量仪，包括氧化还原电位测量单元、土壤电阻率测量单元、土壤腐蚀速度测量单元以及测温单元，其中氧化还原电位测量单元、土壤电阻率测量单元、土壤腐蚀速度测量单元输出的模拟信号经A/D转换器后的数字信号接至中央处理单元，测温单元的信号线接至中央处理单元；氧化还原电位测量单元接有氧化还原测量探头；土壤电阻率测量单元、土壤腐蚀速度测量单元以及测温单元接有多功能组合探针。本实用新型有效地降低了测量腐蚀电流密度时土壤介质IR降的影响，准确测定土壤电阻率，避免高压测量带来的读数困难和土壤电解造成理化性能破坏。
【专利说明】一种便携式土壤腐蚀速度测量仪
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种测量土壤腐蚀速度的仪器，具体的说是一种便携式土壤腐蚀速度测量仪。
【背景技术】
[0002]土壤腐蚀性是土壤腐蚀研究中的一个重要课题，而土壤腐蚀性的检测是其中的关键。传统的获得土壤腐蚀数据的方法主要是在典型土壤中的埋片法和土壤的电阻率、含水量、含盐量、酸碱度、氧化还原电位、钢铁材料对地电位等理化参数测评法。由于埋片法需要很长的时间才能获得数据；而土壤理化参数与环境变化、测量时间等因素密切相关，加之参数间交互作用的影响，使得其测评结果可靠性较低；因而这些方法都难以满足实际应用的需要。
实用新型内容
[0003]针对现有技术中土壤腐蚀速度的测评结果可靠性较低，难以满足实际应用的需要等不足，本实用新型要解决的技术问题是提供一种可靠性高、操作方便的便携式土壤腐蚀速度测量仪。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:
[0005]本实用新型一种便携式土壤腐蚀速度测量仪，包括氧化还原电位测量单元、土壤电阻率测量单元、土壤腐蚀速度测量单元以及测温单元，其中氧化还原电位测量单元、土壤电阻率测量单元、土壤腐蚀速度测量单元输出的模拟信号经A/D转换器后的数字信号接至中央处理单元，测温单元的信号线接至中央处理单元；氧化还原电位测量单元接有氧化还原测量探头；土壤电阻率测量单元、土壤腐蚀速度测量单元以及测温单元接有多功能组合探针。
[0006]所述氧化还原电位测量单元包括:第一仪表运算放大器和第一继电器，其中第一仪表运算放大器的正负输入端通过第一继电器接点经接口端接有氧化还原测量探头，仪表运算放大器的输出端接至A/D转换器。
[0007]所述土壤电阻率测量单元包括:第一双运算放大器、继电器、第二仪表运算放大器以及第三仪表运算放大器，其中第一双运算放大器的正负输入端分别接有参比电压和D/A转换器的输出信号，第一双运算放大器的输出端通过继电器的接点与多功能组合探针中的土壤电阻率探头的第一环连接，土壤电阻率探头的第二、三环分别通过继电器的接点接至第二仪表运算放大器的正、负输入端，土壤电阻率探头的第四环通过继电器的接点接至第三仪表运算放大器的正输入端，且接至第一双运算放大器的反馈信号输入端；第三仪表运算放大器的负输入端接地；第二仪表运算放大器以及第三仪表运算放大器的输出端与A/D转换器相连。
[0008]所述土壤腐蚀速度测量单元包括D/A转换器、电压基准源、第二、第三双运算放大器、继电器，其中D/A转换器输入端接有中央处理单元的控制信号，D/A转换器的输出端分别接至第一双运算放大器和第三双运算放大器的正输入端，第三双运算放大器负输入端接电源基准，第三双运算放大器的输出端通过继电器接点接至多功能组合探针中的腐蚀速率探头的第一环和第五环，第二双运算放大器的正输入端接地，负输入端通过继电器接腐蚀速率探头的第二环和第四环，输出端接至A/D转换器，第二双运算放大器的正输入端通过继电器接腐蚀速率探头的第三环，输出端接至A/D转换器，同时反馈到第三双运算放大器B放大器的负输入端。
[0009]本实用新型还具有土壤温度测量单元，由中央处理单元直接读取温度传感器的数值。
[0010]所述多功能组合探针为棒状，具有一空心螺杆，螺杆外部为绝缘棒，绝缘棒上分布具有多电极的土壤电阻率探头、具有多个检测环的腐蚀速率探头以及温度传感器，各探头及传感器信号线由空心螺杆中穿过。
[0011]所述土壤电阻率探头为四个电极，腐蚀速率探头为五个检测环。
[0012]所述多功能组合探针的前端为锥形。
[0013]所述氧化还原测量探头为标准钼电极、硫酸铜电极。
[0014]各继电器为双线圈磁保持继电器。
[0015]本实用新型具有以下有益效果及优点:
[0016]1.本实用新型采用五个相同材质电极环组合联结成组合式电化学探头，有效地降低了测量腐蚀电流密度时土壤介质IR降的影响。
[0017]2.本实用新型运用四电极探针，采用相对较低的测量电压，准确测定土壤电阻率，避免高压测量带来的读数困难和土壤电解造成理化性能破坏。
【专利附图】

【附图说明】
[0018]图1为本实用新型结构示意图；
[0019]图2为本实用新型中氧化还原电位单元电气原理图；
[0020]图3为本实用新型中土壤电阻率测量单元电气原理图；
[0021]图4为本实用新型中土壤腐蚀速度测量单元电气原理图；
[0022]图5为本实用新型中多功能组合探针结构示意图。
[0023]其中，UlO为第一仪表运算放大器，U7为第二仪表运算放大器，U2为第三仪表运算放大器，U4A-U4B为第一双运算放大器，U25A-U25B为第二双运算放大器，U5A-U5B为第三双运算放大器，DQlA为第一继电器，JDQ2A-JDQ2B为第二继电器，JDQ3-JDQ4A-DQ4B为第三继电器。
【具体实施方式】
[0024]下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。
[0025]金属材料的土壤腐蚀是一个电化学过程，通过测定金属在土壤中的腐蚀电流密度和极化电阻等参数可以快速地评定土壤的腐蚀性。本实用新型采用线性极化、弱极化原理测量土壤腐蚀电流密度来评价土壤腐蚀性的基础上，设计出了多功能土壤腐蚀速度测量仪，改变以往根据土壤的理化因素测量值进行土壤腐蚀评价的传统思想，建立根据现场电化学测量值直接评价土壤腐蚀性的新技术。[0026]如图1所示，本实用新型一种便携式土壤腐蚀速度测量仪，包括氧化还原电位测量单元、土壤电阻率测量单元、土壤腐蚀速度测量单元以及测温单元，其中氧化还原电位测量单元、土壤电阻率测量单元、土壤腐蚀速度测量单元输出的模拟信号经A/D转换器后的数字信号接至中央处理单元，测温单元的信号线接至中央处理单元；氧化还原电位测量单元接有氧化还原测量探头；土壤电阻率测量单元、土壤腐蚀速度测量单元以及测温单元接有多功能组合探头。
[0027]如图2所示，所述氧化还原电位测量单元包括:第一仪表运算放大器UlO和继电器JDQ1A，其中仪表运算放大器UlO的正负输入端通过第一继电器DQlA的接点经接口 J2端接有多功能组合探针中的氧化还原测量探头，仪表运算放大器UlO的输出端接至A/D转换器。第一继电器JDQlA为双线圈磁保持继电器，由两个驱动模块U12及U16控制双线圈是否带电，进一步控制触点的分合动作；触点为双刀双掷形式。本实施例中氧化还原测量探头采用标准钼电极、硫酸铜电极。土壤氧化还原电位测量范围:±3000mV，误差:≤1%。
[0028]如图3所示，所述土壤电阻率测量单元包括:第一双运算放大器U4A-U4B、第二继电器、第二仪表运算放大器U7以及第三仪表运算放大器U2，其中第一双运算放大器U4A-U4B的正负输入端分别接有参比电压和D/A转换器的输出信号，第一双运算放大器U4A-U4B的输出端通过第二继电器JDQ2A-JDQ2B的接点与多功能组合探针中的土壤电阻率探头的第一环连接，土壤电阻率探头的第二、三环分别通过第二继电器JDQ2A-JDQ2B的接点接至第二仪表运算放大器U7的正、负输入端，土壤电阻率探头的第四环通过第二继电器JDQ2A-JDQ2B的接点接至第三仪表运算放大器U2的正输入端，且接至第一双运算放大器U4A-U4B的反馈信号输入端；第三仪表运算放大器U2的负输入端接地；第二仪表运算放大器U7以及第三仪表运算放大器U2的输出端与A/D转换器相连。
[0029]由于土壤电阻率探头有四个检测电极，因此第二继电器JDQ2A-JDQ2B为两个继电器JDQ2A、JDQ2B的组合，可以提供四个触点连接不同的检测电极。
[0030]如图4所示，所述土壤腐蚀速度测量单元包括D/A转换器、电压基准源、第二、第三双运算放大器U25A-U25B、U5A-U5B、第三继电器JDQ3-JDQ4A-DQ4B，其中D/A转换器输入端接有中央处理单元的控制信号，D/A转换器的输出端分别接至第一双运算放大器U4A-U4B和第三双运算放大器U5A-U5B的正输入端，第三双运算放大器U5A-U5B负输入端接电源基准，第三双运算放大器U5A-U5B的输出端通过第三继电器JDQ4A-JDQ4B接点接至多功能组合探针中的腐蚀速率探头的第一环和第五环，第二双运算放大器U25A-U25B的正输入端接地，负输入端通过第三继电器JDQ4A-JDQ4B接腐蚀速率探头的第二环和第四环，输出端接至A/D转换器，第二双运算放大器U25A-U25B的正输入端通过第三继电器JDQ4A-JDQ4B接腐蚀速率探头的第三环，输出端接至A/D转换器，同时反馈到第三双运算放大器U5A-U5B的B放大器U5B的负输入端。
[0031]由于腐蚀速率探头有五个检测环，因此第三继电器JDQ3-JDQ4A-DQ4B为三个继电器JDQ3、JDQ4A、DQ4B的组合，可以提供五个触点连接不同的检测环。
[0032]该土壤腐蚀速度测量单元，通过第三双运算放大器U5A-U5B极化电极，通过第二双运算放大器U25A-U25B的A放大器U25A读取腐蚀电位，通过二双运算放大器U25A-U25B的B放大器U25B读取腐蚀电流。经A/D转换由中央处理单元计算腐蚀速度。
[0033]土壤温度测量单元，由中央处理单元直接读取温度传感器DS18B20数值；时钟单元及数据存储单元，直接由中央处理单元存储和读取。
[0034]如图5所示，本实用新型中多功能组合探针为棒状，具有一空心螺杆，螺杆外部为绝缘棒，绝缘棒上分布具有多电极的土壤电阻率探头、具有多个检测环的腐蚀速率探头以及温度传感器T，各探头及传感器信号线由空心螺杆中穿过。
[0035]腐蚀速率探头采用五个相同材质电极环组合联结成组合式电化学探头，有效地降低了测量腐蚀电流密度时土壤介质IR降的影响；其中辅助电极CE研究电极WE和参比电极RE的连接方式以CE-WE-RE表示，组合式电化学探头连接方式为1_5，2_4，3。研究电极WE和参比电极RE的面积为5cm2 ；
[0036]本实用新型中的土壤电阻率探头为四电极探针El?E4，采用相对较低的测量电压，准确测定土壤电阻率，避免高压测量带来的读数困难和土壤电解造成理化性能破坏；氧化还原测量探头采用标准钼电极、硫酸铜电极用于测量土壤氧化还原电位；在多功能组合探针外部的聚四氟绝缘棒上固定高精度测温元件测量土壤温度；运用预孔器方法，测量时对土壤原有结构的破坏很小且不用开挖；前端采用锥形设计以保证探头和土壤间有良好的接触。
【权利要求】
1.一种便携式土壤腐蚀速度测量仪，其特征在于:包括氧化还原电位测量单元、土壤电阻率测量单元、土壤腐蚀速度测量单元以及测温单元，其中氧化还原电位测量单元、土壤电阻率测量单元、土壤腐蚀速度测量单元输出的模拟信号经A/D转换器后的数字信号接至中央处理单元，测温单元的信号线接至中央处理单元；氧化还原电位测量单元接有氧化还原测量探头；土壤电阻率测量单元、土壤腐蚀速度测量单元以及测温单元接有多功能组合探针。
2.按权利要求1所述的便携式土壤腐蚀速度测量仪，其特征在于:所述氧化还原电位测量单兀包括:第一仪表运算放大器(UlO)和第一继电器(JDQ1A),其中第一仪表运算放大器(UlO)的正负输入端通过第一继电器(DQlA)接点经接口(J2)端接有氧化还原测量探头，仪表运算放大器(UlO)的输出端接至A/D转换器。
3.权利要求1所述的便携式土壤腐蚀速度测量仪，其特征在于:所述土壤电阻率测量单元包括:第一双运算放大器(U4A-U4B)、继电器、第二仪表运算放大器(U7)以及第三仪表运算放大器(U2)，其中第一双运算放大器(U4A-U4B)的正负输入端分别接有参比电压和D/A转换器的输出信号,第一双运算放大器(U4A-U4B)的输出端通过继电器的接点与多功能组合探针中的土壤电阻率探头的第一环连接，土壤电阻率探头的第二、三环分别通过继电器的接点接至第二仪表运算放大器(U7)的正、负输入端，土壤电阻率探头的第四环通过继电器的接点接至第三仪表运算放大器(U2)的正输入端，且接至第一双运算放大器(U4A-U4B)的反馈信号输入端；第三仪表运算放大器(U2)的负输入端接地；第二仪表运算放大器(U7)以及第三仪表运算放大器(U2)的输出端与A/D转换器相连。
4.按权利要求1所述的便携式土壤腐蚀速度测量仪，其特征在于:所述土壤腐蚀速度测量单元包括D/A转换器、电压基准源、第二、第三双运算放大器(U25A-U25B、U5A-U5B)、继电器，其中D/A转换器输入端接有中央处理单元的控制信号，D/A转换器的输出端分别接至第一双运算放大器(U4A-U4B)和第三双运算放大器(U5A-U5B)的正输入端，第三双运算放大器(U5A-U5B)负输入端接电源基准，第三双运算放大器(U5A-U5B)的输出端通过继电器接点接至多功能组·合探针中的腐蚀速率探头的第一环和第五环，第二双运算放大器(U25A-U25B)的正输入端接地，负输入端通过继电器接腐蚀速率探头的第二环和第四环，输出端接至A/D转换器，第二双运算放大器(U25A-U25B)的正输入端通过继电器接腐蚀速率探头的第三环，输出端接至A/D转换器，同时反馈到第三双运算放大器(U5A-U5B)的B放大器(U5B)的负输入端。
5.按权利要求1所述的便携式土壤腐蚀速度测量仪，其特征在于:还具有土壤温度测量单元，由中央处理单元直接读取温度传感器的数值。
6.按权利要求1所述的便携式土壤腐蚀速度测量仪，其特征在于:多功能组合探针为棒状，具有一空心螺杆，螺杆外部为绝缘棒，绝缘棒上分布具有多电极的土壤电阻率探头、具有多个检测环的腐蚀速率探头以及温度传感器，各探头及传感器信号线由空心螺杆中穿过。
7.按权利要求6所述的便携式土壤腐蚀速度测量仪，其特征在于:所述土壤电阻率探头为四个电极，腐蚀速率探头为五个检测环。
8.按权利要求6所述的便携式土壤腐蚀速度测量仪，其特征在于:所述多功能组合探针的前端为锥形。
9.按权利要求1所述的便携式土壤腐蚀速度测量仪，其特征在于:所述氧化还原测量探头为标准钼电极、硫酸铜电极。
10.按权利要求2、 3或4所述的便携式土壤腐蚀速度测量仪，其特征在于:各继电器为双线圈磁保持继电器。
【文档编号】G01N27/04GK203561608SQ201320780409
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年11月28日 优先权日:2013年11月28日
【发明者】吴涛, 台闯 申请人:中国科学院金属研究所