专利名称：基于点热源法的土壤热阻系数测量探头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于点热源法的土壤热阻系数测量探头装置，属于测量技术 领域。
背景技术：
土壤的热阻系数是土壤的基本参数之一，确定土壤热阻系数的方法有两大类，一 是取样法，即对土壤取样后在实验室内通过仪器进行测定。但实验室内样品不能准确反映 现场土壤的参数，会引入误差；另一种方法是现场测量土壤的热阻系数，这种方法能够保留 真实的土壤状况，只有在现场进行实时测量，才能满足各种设计、施工以及管理过程对土壤 温度、导热系数实时、准确测量的要求。但目前国内还缺乏现成的测量装置和测试方法。发明专利(公开号CN101320007A，名称针探法材料导热系数测量装置和材料导 热系数测量装置)和发明专利(公开号CN201222042Y，名称材料导热系数测量装置)公 开了一种基于线热源原理的针探法材料导热系数测量装置，该方法采用直径0. 7mm、长度为 53mm的探针，内部设置有0. 0762mm的电加热丝，适用于液体、气体以及固体介质的导热系 数测量。但该方法中的测量探头为探针式结构，探针制造困难，且由于探针长度限制，只适 合对小尺寸试样进行测量，无法应用于大深度范围土壤热阻系数的现场测量。实用新型专利(公开号CN2310994Y，名称一种用于测量土壤温度、湿度的探头) 公开了一种可测量土壤温湿度的探头，包括带有通气孔的内保护套和湿敏元件、转换电路， 该探头为长园柱状结构，主要作用为可有效地防止泥土的保护套内的通汽孔的堵塞，结构 较复杂，现场检测能力差。发明专利(公开号CN 101105467A，名称土壤热阻系数测定装置及其方法)公 开了一种土壤热阻系数测定装置及其方法，可用来测试地源热泵空调系统向土壤排热或取 热两种模式下的土壤热阻系数，主要针对地下深度在40 100米处土壤的热阻系数进行测 量，但该方法并未涉及探头的形状结构具体内容。
发明内容本实用新型的目的在于提出了一种使用方便、测量结果精确可靠的土壤热阻系数 测量探头，既可用于实验室取样测量，又可以在不破坏土壤结构的条件下，现场直接测量土 壤热阻系数，尤其适用于各种电力电缆、热力管道等设施埋设深度范围内土壤热阻系数的测量。本实用新型的技术方案是基于点热源法的土壤热阻系数测量探头，其特征在于 测量探头为球状结构，由一个中空的金属球壳、绝缘导热填充物、电加热装置和测温热电偶 组成，球壳上开有一个圆孔、一个长条形凹槽缝隙，电加热装置位于球内中心位置，热电偶 测温探头安装在金属球外表面的凹槽缝隙内，电加热装置电源馈线通过圆孔引出球壳外， 热电偶温度信号传输线通过圆孔引入球壳内，沿球壳内壁再连接长条形凹槽缝隙内的测 温探头，金属球壳内部有绝缘导热填充物充实填满，电加热装置及其馈线、热电偶温度信号传输线通过绝缘导热填充物密封并定位，金属球壳与电加热装置及其馈线绝缘。如上所述的基于点热源法的土壤热阻系数测量探头，其特征在于电加热装置与 功率可调的直流电源相连，作为测量点的加热源。如上所述的基于点热源法的土壤热阻系数测量探头，其特征在于热电偶测温探 头和金属球壳间用绝缘的导热硅胶隔开。本实用新型的有益效果是可以通过取样来测量土壤导热系数，也可以在不破坏 土壤结构的情况下，现场直接对土壤温度和导热系数进行测量，测量精度高，应用范围广， 操作灵活方便。本实用新型的工作原理由于金属球壳内置有加热装置，在球体表面安装有热电 偶测温探头，测量时由电源提供恒定功率使加热装置发热，当金属球直径足够小时，可将金 属球视为点热源。测量开始时，设时间t = 0，点热源在无限大均勻介质中瞬时发出一定热量后，在 任一时刻t距离点热源r处的温升函数为
权利要求1.基于点热源法的土壤热阻系数测量探头，其特征在于测量探头为球状结构，由一 个中空的金属球壳、绝缘导热填充物、电加热装置和测温热电偶组成，球壳上开有一个圆 孔、一个长条形凹槽缝隙，电加热装置位于球内中心位置，热电偶测温探头安装在金属球外 表面的凹槽缝隙内，电加热装置电源馈线通过圆孔引出球壳外，热电偶温度信号传输线通 过圆孔引入球壳内，沿球壳内壁再连接长条形凹槽缝隙内的测温探头，金属球壳内部有绝 缘导热填充物充实填满，电加热装置及其馈线、热电偶温度信号传输线通过绝缘导热填充 物密封并定位，金属球壳与电加热装置及其馈线绝缘。
2.如权利要求1所述的基于点热源法的土壤热阻系数测量探头，其特征在于电加热 装置与功率可调的直流电源相连，作为测量点的加热源。
3.如权利要求1所述的基于点热源法的土壤热阻系数测量探头，其特征在于热电偶 测温探头和金属球壳间用绝缘的导热硅胶隔开。
专利摘要本实用新型公开了一种基于点热源法的土壤热阻系数测量探头，探头为球状结构，由一个中空的金属球壳、绝缘导热填充物、电加热装置和测温热电偶组成，球壳上开有一个圆孔、一个长条形凹槽缝隙，电加热装置位于球内中心，热电偶测温探头安装在金属球外表面的凹槽缝隙内，球壳内部有绝缘导热填充物填满，电加热装置通过绝缘导热填充物密封并定位，热电偶测温探头和金属球壳间用绝缘的导热硅胶隔开，本探头使用方便、测量结果精确可靠，既可用于实验室取样测量，又可以在不破坏土壤结构的条件下，现场直接测量土壤热阻系数，尤其适用于各种电力电缆、热力管道等设施埋设深度范围内土壤热阻系数的测量，测量精度高，应用范围广，操作灵活方便。
文档编号G01N25/20GK201788161SQ20102012495
公开日2011年4月6日 申请日期2010年2月2日 优先权日2010年2月2日
发明者刘松华, 刘红武, 李文杰, 樊友兵 申请人:国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司