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计及不同温度的水平分层土壤动态电阻特性试验方法



专利号 CN201810912694.4

专利名称 计及不同温度的水平分层土壤动态电阻特性试验方法

专利类型 发明 

年份 2019 

公开号 CN109187653A

公开日 2019.01.11

主分类号 G01N27/04

分类号 G01N27/04 

申请日 2018.08.13

申请人 西南交通大学 

国家省市 四川  51 

联系地址 611756 四川省成都市高新区西部园区西南交通大学科学技术发展研究院

发明人 周利军  刘彬  王路伽  古维富  梅诚 

代理人 崔建中

代理机构 成都盈信专利代理事务所(普通合伙) 51245

内容摘要 计及不同温度的水平分层土壤动态电阻特性试验方法,依据试验方法,进行水平分层土壤动态电阻特性试验平台的搭建;依据试验要求,通过试验平台对土壤样品温度进行稳定控制;在稳定的试验温度下,进行土壤冲击实验,测量土壤样品的电压与电流信号;上位机通过采集的电压与电流信号,获取全时域土壤电阻曲线,并结合设定温度值,对土壤动态电阻特性进行评价;通过平台控制土壤样品为不同温度,并进行不同温度下水平分层土壤动态电阻特性试验。本发明能有效模拟接地系统周围土壤水平分层工况,实现了对温度的精确控制,提高了试验的准确性,实现了对水平分层土壤动态电阻特性的准确评价,有利于分析温度与土壤动态电阻之间的关联性。

主权利要求 1.计及不同温度的水平分层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:搭建计及温度的水平分层土壤动态电阻特性试验平台:该平台包括:土壤试验箱(06),土壤试验箱(06)的内壁设置有温控装置(08),土壤试验箱(06)左侧壁设置有左铜电极(05),土壤试验箱(06)右侧壁还设置有右铜电极(07),左铜电极(05)和右铜电极(07)均为竖直圆盘且分别紧贴土壤试验箱(06)左侧与右侧内壁;土壤试验箱(06)的左上部、右上部、左下部和右下部还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);还包括接地装置(11)、冲击电流发生器(12)和分压器(13),温度分析仪(14),数字控制器(15),铜导线(16),电流采集模块(17)、上位机(18)、高压电缆(19)、电缆接头(03)、一个以上绝缘隔板(09)、以及一字螺钉(02);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)分别连接到温度分析仪(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(18),数字控制器(15)连接到温控装置(08);冲击电流发生器(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(19)和电缆接头(03)连接到左铜电极(05),右铜电极(07)通过铜导线(16)连接到冲击电流发生器(12)的接地端,接地端连接到接地装置(11),分压器(13)的接地端连接到接地装置(11),分压器(13)的通信端连接到上位机(18);电流采集模块(17)通信端连接到上位机(18),电流采集模块(17)测试端连接到铜导线(16),还包括一个以上绝缘隔板(09),绝缘隔板(09)可竖直插入或抽出土壤试验箱(06);当绝缘隔板(09)插入土壤试验箱(06)时,将土壤试验箱(06)从左至右分割为两个以上的空间;第二步:进行土壤填充以及温度设定:打开土壤试验箱(06)的上面板,依据待测试土壤的厚度比,使用绝缘隔板(09)将土壤试验箱(06)分层,分层后依次填充满对应的土壤样品,撤去绝缘隔板(09),并使土壤样品贴合在一起,盖住上面板,拧紧一字螺钉(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)监测土壤试验箱(06)内土壤温度;在温度分析仪(14)上设定试验温度为T,若测量温度超过误差允许上限Tmax,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Tmin,则数字控制器(15)启用温控装置(08)的升温模式进行升温,从而控制土壤试验箱(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:测量土壤样品在当前温度T时的电压与电流:当土壤样品测量温度稳定在试验温度T误差允许范围内时,开启冲击电流发生器(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(18),通过电流采集模块(17)测量流经铜导线(16)的电流并传输给上位机(18);第四步:评估土壤动态电阻特性:上位机(18)通过得到的电压和电流信号,获取土壤动态电阻全时域R(t)波形曲线,提取出电阻最小值R(t)min、电阻最大值R(t)max、下降时间Δt1以及有效恢复时间Δt2,上位机(18)依据R(t)波形曲线的特征参数与当前试验温度进行土壤动态电阻特性的评估;计算土壤在冲击电流下的平均下降速率k: 式中,电阻最小值R(t)min为R(t)波形曲线上最小值,电阻最大值R(t)max为R(t)波形曲线上最大值,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,tm∈[ta+0.1,tb),ta为R(t)max对应时刻,tb为R(t)min对应时刻,上式表示计算R(t)波形曲线在下降的时间段内,从ta+0.1时刻,每次间隔0.1μs,计算各个时刻的曲率半径,由此可计算出其中最小的曲率半径;结合最小曲率半径计算考虑温度与最小曲率半径的修正系数k1: 式中,T为当前试验温度;计算评判余项q3:q3=0.01651log(0.397Δt1+0.427Δt2-42.95)-0.0324log(R(t)min+1.22)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,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当q∈(0,0.25]时,表征土壤动态电阻特性较弱;当q∈(0.25,0.65]时,表征土壤动态电阻特性一般;当q∈(0.65,0.9]时,表征土壤动态电阻特性较强;当q∈(0.9,1]时,表征土壤动态电阻特性极强;第五步:进行不同温度下的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,进行不同温度下水平分层土壤动态电阻特性试验。

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