文摘

在测量的过程中电阻率二电极钙质砂的方法,钙质砂和电极之间的接触电阻是一个不可避免的问题。本文粒子大小的影响,相对密度、电流的频率,和饱和度对钙质砂的接触电阻样品与不同电极间距进行了研究。结果表明,粒子大小和相对密度越大,接触电阻越大。接触电阻随越来越电流频率,减少振幅随越来越饱和。越来越饱和的接触电阻减小。之间的关系建立了接触电阻和电流频率和饱和度。当二电极方法用于研究钙质砂的电阻率,应该考虑接触电阻的影响,尤其是对样品饱和度较低。

1。介绍

钙质砂主要分布在浅水区域在北纬30度。由于石英砂的过度发展,钙质砂可能成为主要材料在未来取代石英砂。然而,由于其众多的毛孔和不规则的形状,其机械性能和电阻明显不同于石英砂。因此,研究钙质砂的相关属性具有重要意义[1,2]。

土壤电阻率是一个重要的参数,它是重要的描述土壤的电导率(3]。由于不同结构、矿物组成、含水量、不同土壤的电阻率和温度也不同(4]。

它吸引了越来越多的关注,因为它是无损和经济,快速反应5]。使用人工应用电流和电压之间的关系由介质特性,电阻率可以确定。

一般来说,主要有两种方法可以用来测量土壤的电阻:二电极的方法(6,7)和四电极方法(8- - - - - -11]。两者都是通过voltametric手段检测到。四电极方法可以避免电极极化效应对阻力的影响,和测试结果相对准确。然而,在四电极的方法,需要对电极插入到土壤样品,这将导致大扰动土样(12]。电极插入的深度与土壤接触程度也会影响测量结果的准确性(13]。二电极方法操作简单,但电极之间的接触条件和土壤样本将大大影响测试结果的准确性;即土之间的接触电阻和电极接触电阻(以下简称)会影响测试结果。

二电极的方法,电极极化电极和干扰引起的电压降低;因此,这些优势已经引起了一些学者的关注14,15]。关于二电极的方法,土壤样品和电极之间的接触电阻是由收缩引起的电阻和电极之间的土壤样本和电极表面上的氧化膜电阻(16,17]。Lopez-Sanchez等人认为,在二电极的方法,是不可能单独接触电阻的电阻(18]。

白等人考虑接触电阻的影响过程中样品的电导率研究压实红粘土与二电极的电导率法(4]。学习时的电阻率特征沙子,Bing-hui et al。19]研究了接触电阻的沙子样本内容用不同密度和水通过使用二电极方法和考虑接触电阻和饱和度是幂函数。结果表明,孔隙率几乎没有影响饱和砂的接触电阻。Mi et al。20.)研究了不同土壤的电阻率特性采用四电极和二电极方法。他们相信有接触电阻和电极之间的土壤中二电极的方法。研究表明,土壤电阻率测量的二电极方法包括接触电阻,导致测量结果太大。萧蔷et al。21)考虑接触电阻的影响在学习的过程中水泥土壤电阻率的变化在氢氧化钠污染和纠正水泥土壤电阻率。上述学者只考虑接触电阻的影响在研究过程中,没有系统地研究接触电阻的影响因素。

土壤的阻力可以通过测量直流电(DC)还是交流电(AC) [22]。当使用交流测试土壤电阻,交流信号的频率影响了测试结果。不同的学者选择不同的频率。Abu-Hassanein et al。23选定一个60赫兹的频率,这是美国电网的频率和认为这个频率可以避免激发的电特性的影响土壤。Arulanandan [24)指出,土壤的介电常数在高频率只有孔隙度的函数,方向,和颗粒形状;因此,高50 MHz的频率可以用来分析饱和土壤的土壤电阻率和孔隙度。

Fukue等人选择了1000赫兹的频率测量土的电阻率,研究其微观结构(5]。然而,大多数学者在中国采用电网频率为50 Hz (8,19,21,25]。有不同的土壤样品的电阻测量结果与不同的测试频率。目前,有相对较少的研究关于测试频率对土壤电阻和接触电阻的影响。

探索颗粒大小的影响,饱和,相对密度和电流频率的钙质砂的电阻和接触电阻钙质砂样品,进行一系列电阻测试钙质砂样本从一个岛屿和珊瑚礁在南中国海。粒子大小的影响,相对密度、饱和,电阻和接触电阻和电流频率的钙质砂样品进行了阐述,以及当前的频率之间的关系曲线,建立了饱和,接触电阻。

2。测试过程

2.1。钙质砂为测试

这个测试中使用的钙质砂来自南中国海的岛屿和礁石。钙质砂样品干,并使用一个振动器振动筛筛干钙质砂。后续测试使用获得的粒子大小的1 - 1.5毫米,1.5 - 2毫米,2 - 2.5毫米,如图1。表1显示了钙质砂的基本物理特性参数和三个粒子大小。电子显微镜扫描测试进行了钙质砂颗粒和三个粒子大小。扫描结果如图2。

2.2。测试原理和仪器

通过电阻测试相同的示例相同的部分和不同的电极间距,测试电阻是线性拟合,拟合的拦截线接触电阻。测试电极惰性铜片,不容易腐蚀(26]。测试原理如图3(一个)。的阻力的样本可以用欧姆定律计算: 在哪里电压(V)和吗是当前(A)。

在本文中,一个Anbai LCR数字电桥(电容电感电阻),这是一个二电极AC测试仪器,用于测试钙质砂的抗研究钙质砂的接触电阻样品。设备采用高性能32位ARM微处理器控制的微型台式仪器全自动实时监控。仪器可以选择任何测试频率10赫兹至300千赫,可以选择一个测试0.01 V之间的信号电平和2 V 0.01 V的步骤。电阻测试精度达到0.05%。此外,测试仪器如图3 (b)。

2.3。测试计划

研究颗粒大小的影响,相对密度、饱和,和电流频率的钙质砂对钙质砂的接触电阻和探索法律,一系列阻力测试的钙质砂进行了。计算接触电阻、样品盒与不同电极间距需要,和钙质砂在不同条件下的样品盒子需要的地方到电阻测试。样品的横截面箱是一样的, ,和电极间距是5厘米,10厘米,15厘米,20厘米,如图4。

本文样本的钙质砂颗粒大小的1 - 1.5毫米,1.5 - 2毫米,2 - 2.5毫米被选为土壤测试。相对密度是 ,0.6,0.9,和饱和度 ,分别为40%,60%,80%,和100%。根据公式(2)- (4)、钙质砂的含水量的样品有三个粒子大小在不同饱和度的计算。 在哪里样品的饱和,钙质砂颗粒的比重,样品的干密度,样品的孔隙比,样品的最大孔隙比,样本的最小孔隙比,是相对密度,含水量(%)。这些参数无量纲数。

研究影响当前的频率对钙质砂的接触电阻,电流频率选择是50赫兹,100 Hz, 200 Hz, 400 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz, 4000 Hz。关于频率的影响,样品先用不同粒径和不同饱和度的相对密度 。然后,测试样品的电阻电流频率 赫兹的频率逐渐增加,样品的电阻测试在不同的频率。根据试验条件,总共60组进行测试条件,和三个并行测试的每组进行测试在同一时间。测试结果的平均值作为测试的三组。具体试验方案如表所示2(只有5厘米的测试方案与电极间距和粒子的大小给出1 - 1.5毫米)。

2.4。测试方法

(1)洗去表面盐,用自来水反复清洁钙质砂三粒子的样本大小(2)然后,样本放入烤箱在105°C和干至少8小时。样本干后,他们被一袋备用冷却(3)筛子振动器振动样品用于10分钟获得三种钙质砂颗粒大小的1 - 1.5毫米,1.5 - 2毫米,2 - 2.5毫米。然后,样本为备用(4)一定的钙质砂和水质量测量根据测试计划。样本均匀混合,放入密封袋,左为24小时待机(5)样品放入样品盒,样品的两端电极连接到数字桥,和电阻值。读取的数据是在几秒内完成。根据研究的结果Bing-hui et al。19),样品的早期电气化的影响可以忽略不计。与此同时,室内温度控制 °C,以防止温度对测试结果的影响(4,27]

3所示。结果与讨论

3.1。钙质砂的接触电阻的计算方法

关于二电极的方法,沙子样本和电极之间的接触电阻是由收缩引起的电阻和电极之间的土壤样本和电极表面上的氧化膜的阻力。通过测试样品的电阻相同的部分和不同长度,测试结果是线性拟合,拟合的拦截线接触电阻。图5显示了示例电阻和电极间距之间的关系,当相对密度 ,饱和度是 ,颗粒大小是1 - 1.5毫米。根据拟合结果图中所示,此条件下的接触电阻可以获得0.0366 kΩ。其他条件下的接触电阻的计算方法是一样的。

3.2。粒子大小对钙质砂的接触电阻

研究钙质砂的粒径的影响接触电阻,进行了一系列的测试。测试条件如下:饱和度为20% ~ 100%,当前频率为1000赫兹,相对密度为0.6,电极间距是5厘米~ 20厘米,和粒子的大小是1 - 1.5毫米,1.5 - 2毫米,2 - 2.5毫米。上面的测试条件是用来测试电阻的钙质砂样品。

研究粒子大小的影响钙质砂和电极之间的接触电阻,接触电阻之间的曲线和不同粒径不同饱和条件下,如图6。带着样品饱和0.4为例,不同粒径下的电阻表所示3。随着粒子大小、钙质砂的接触电阻逐渐增加。

比接触电阻的钙质砂颗粒大小的1 - 1.5毫米,钙质砂的接触电阻与粒子大小的1 - 1.5毫米增加17.9%。比接触电阻的钙质砂颗粒大小的1.5 - 2毫米,钙质砂的接触电阻与粒子尺寸的增加35.3%,2 - 2.5毫米和钙质砂的接触电阻与粒子大小的2 - 2.5毫米进一步增加。这是因为粒径越大,越钙质砂和电极之间的联系,导致接触电阻的增加。

3.3。相对密度对钙质砂的接触电阻

研究钙质砂的相对密度的影响样品接触电阻,进行了一系列的测试。测试条件如下:饱和度为20% ~ 100%;交流频率1000赫兹;相对密度为0.3、0.6和0.9;电极间距5厘米~ 20厘米;颗粒大小是1.5 - 2毫米。上面的测试条件是用来测试电阻的钙质砂样品。

研究相对密度的影响接触电阻的样本,相对密度之间的关系曲线和不同饱和度条件下接触电阻,如图7。关于样品的饱和 ,相对应的接触电阻的相对密度 ,0.6和0.9是1.39 kΩ1.41 kΩ和2.00 kΩ,分别。接触电阻逐渐增加的相对密度增加。其他饱和条件下的初始电阻样品也随着越来越相对密度增加,但越来越饱和的增加减少。具体的原因解释如下:对于样品相同的等级,孔隙比与越来越相对密度逐渐降低。在同样的饱和度(即。,the same water content), the proportion of the particles in the sample of the electrode contact part is larger, and the contact resistance is larger.

3.4。电流频率对钙质砂的接触电阻

研究钙质砂的饱和度的影响样品接触电阻,进行了一系列的测试。测试条件如下:饱和度为40% ~ 100%,当前的频率是50 ~ 4000 Hz,相对密度为0.6,电极间距5 cm-20厘米,颗粒大小是1.5 - 2毫米。上面的测试条件是用来测试电阻的钙质砂样品。

图8显示了接触电阻和电流频率之间的关系不同饱和度的钙质砂。从图可以看出,当饱和度为40%,接触电阻减少从1.21 kΩ0.36 kΩ的过程中增加当前50赫兹到4000赫兹的频率。饱和度为100%时,接触电阻减少从0.18 kΩ0.054 kΩ当电流从50赫兹到4000赫兹频率增加。在相同的饱和条件下,接触电阻随电流频率。与日益饱和,接触电阻上的电流频率的影响减少。土壤阻力测试的过程中有两个电极,一个更高的电流频率应该选择减少接触电阻的影响。

根据图中所示的关系8,接触电阻和电流频率之间的关系可以近似表示为幂函数关系: 在哪里接触电阻,是当前频率,的最大电流频率4000赫兹,和拟合系数。此外,拟合结果如表所示4。

3.5。饱和度对钙质砂的接触电阻

研究钙质砂的饱和度的影响样品接触电阻,进行了一系列的测试。测试条件如下:饱和度为20% ~ 100%,当前频率为1000赫兹,相对密度为0.6,电极间距5 cm-20厘米,和粒子的大小是1 - 1.5毫米,1.5 - 2毫米,2 - 2.5毫米。上面的测试条件是用来测试电阻的钙质砂样品。

图9显示了钙质砂的饱和度和接触电阻之间的关系与不同粒径时,相对密度为0.6。根据测试结果,钙质砂的接触电阻减小逐渐越来越饱和,最后趋于稳定。当含水量小(即。,饱和度是low), there is pore water and pore gas between the calcareous sand particles, and the pore gas accounts for a large proportion. At this time, the contact degree between the calcareous sand sample and the copper electrode is poor, and the contact resistance is large. With an increasing water content (i.e., saturation), the proportion of pore gas between calcareous sand particles decreases greatly. At this time, the contact degree between the calcareous sand sample and copper electrode increases, and the contact resistance of calcareous sand decreases. When the soil sample is close to saturation, the influence of the pore gas on the contact degree between the calcareous sand sample and the copper electrode can be almost ignored, and the contact resistance tends to stability.

根据上述分析,可以用幂函数以适应接触电阻和饱和度之间的关系。表5提供了拟合结果。 在哪里接触电阻,是饱和,和拟合系数。

的系数反映了土壤成分和确定带电离子的类型和数量;此外,系数反映了接触电阻的灵敏度饱和度变化(28]。更大的价值越强,接触电阻变化和陡峭的关系。的价值的显著差异强调粒度发挥了重要作用,砂样品的电阻,即使比较样本相同的沙子。的价值增加和向上的曲线变化,接触电阻在每个饱和水平会相应增加。的区别值很小,这表明接触电阻的变化关系曲线是温和的相似。其他相对密度样品的接触电阻也显示类似的特征。

接触电阻和饱和度之间的关系和样品相同的粒径和不同相对密度是绘制在同一坐标轴上,如图10。

从图可以看出10有一定的电极之间的接触电阻之间的相关性在钙质砂单粒子大小和饱和,一般随越来越饱和。此外,一个幂函数衰减的趋势。拟合系数都大于0.93,但离散程度也明显减少了。表6提供了拟合结果。

根据上述分析,测量过程中电阻率的钙质砂二电极的方法,需要对接触电阻测量第一,然后,接触电阻用于正确的测试结果来提高测试结果的准确性,尤其是对较低的饱和度。

4所示。结论

摘要粒子大小、相对密度、电流频率,并与二电极研究了饱和方法,钙质砂样品之间的接触电阻和电极系统研究。主要结论如下:(1)由于钙质砂和电极之间的联系程度随粒度不断增长,钙质砂的接触电阻逐渐增加而越来越粒度(2)钙质砂样品的接触电阻随相对密度不断增加,但是增加的速度逐渐降低随着饱和度的增加(3)在相同的饱和条件下,接触电阻随电流频率。关于土壤阻力试验有两个电极,应该选择更高的电流频率减少接触电阻的影响。接触电阻和电流频率之间的关系建立了幂函数(4)钙质砂的接触电阻减小逐渐越来越饱和,最后趋于稳定。当沙子样本趋于饱和,样品电阻上的接触电阻的影响可以忽略。幂函数用于接触电阻和饱和度之间的关系

数据可用性

从实验产生的数据,可以提供相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这个工作是由两个来自中国美国国家科学基金会的拨款(51979128和51979128)。