冰层厚度传感器及其检测方法-水科学进展.PDF

第 19 卷 第 3 期 水 科 学 进 展 Vol19 ,No3 2008 年 5 月 　　 ADVANCES IN WATER SCIENCE 　 May , 2008 　 冰层厚度传感器及其检测方法 1 1 2 秦建敏 , 程 　鹏 , 秦明琪 ( 1 太原理工大学测控技术研究所 , 山西 太原 　030024 ; 2 太原电子厂 , 山西 太原 　030024) 摘要 : 水结冰和冰融化过程中的电阻、电容 、温度物理参数与被检测冰表面以上的空气层或冰下水层的电阻、电 容 、温度有一定的差异 , 有些差异在数值上比较明显 。基于这一特点 , 笔者提出了利用空气 、冰与水的物理特性差 异实现对冰层厚度及冰下水位接触式检测的新思路 , 对含有导电杂质的冰 、冰水混合物 、水 、空气的电阻、电容 特性随温度的变化规律进行了初步分析 , 并得到冰的弱导电性质和冰与水的电容区间单调特性 , 据此提出了冰层 厚度传感器结构及其冰厚检测原理 , 介绍了新型冰层厚度传感器在实践中的应用 。 关 　键 　词 : 冰层厚度 ; 传感器 ; 检测方法 ; 电阻; 电容 ( ) 中图分类号 : P3328 　　　文献标识码 : A 　　　文章编号 : 2008 对水库、河流、湖泊、海洋、冰川等冰层厚度及冰层内部生消变化实现连续自动化检测一直是国内外多个领 域迫切希望解决的一个问题 , 而且对冰层厚度的检测往往是在荒郊野外 , 交通与供电不便、恶劣气候环境等不利 的工作条件下进行 。因此 , 可以适应于野外自然环境条件下能够反映冰层内部及冰下水位变化的高精度自动监测 的方法及设备是很具有实用价值的。本文在对空气、冰和水的电阻、电容特性研究的基础上 , 介绍了一种可以对 冰下水位、冰层厚度及其内部生消变化进行接触式连续自动检测的新型冰层厚度传感器结构及其检测原理 。 1 　冰的弱导电性概念 ( ) ( 导电特性是冰和水具有的重要物理特性之一。将两个保持一定距离的电极 如铜 放入 自然水 如 : 雨水 、 ) 河水 、地下水及 自来水等 中 , 施加固定的直流电压后 , 对水的电阻值进行测量 。大量的实验测量结果证明 , 包 Ω 含有导电离子的水在常温下是导电的 , 随着温度的降低 , 水的电阻率会逐渐升高 , 其电阻值在几十到几百 K 范围之间。当温度低于 0 ℃以下 , 水转变成冰 , 其电阻值会发生什么变化呢 ? 一般的文献把冰作为电阻值很 大的绝缘体来看待[ 1 ,2 ] 。为了寻求一种新的