一种新型含水率传感器装置.pdfVIP

第30卷第2期 长 江 科 学 院 院 报 V01．3O No．2 2013年 2月 JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstitute Feb． 2 0 1 3 DOI：10．3969／j．issn．1001—5485．2013．02．018 一 种新型含水率传感器装置 张 磊h ，郭海庆ht。谢兴华 ，郭加艳h (1．河海大学 a．土木与交通学院；b．岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，南京 210098； 2．南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，南京 210029) 摘要 ：土是一种多项体系，含水率对土的导电性起控制作用，据此自行设计了一种新型的含水率传感器装置，用电 路板上保护电阻两端的电压作信号反映含水率的变化。将传感器在砂子和砂土中进行标定，得到含水率与电压的 线性变化关系，并将该装置运用在雾雨入渗滑坡模型试验中测试含水率的变化情况。由测量结果知：该种装置能 够方便 、迅速、较准确地得到含水率的变化情况，能够满足雾雨入渗滑坡模型试验，但渗透关系、温度的影响没有考 虑进去，还需要 以后进一步的改进。 关 键 词i含水率；传感器 ；电阻率；土壤；装置 中图分类号：TU415 文献标志码 ：A 文章编号：1001—5485(2013)02—0084—04 根据不同的测量原理、手段，土壤含水率测量已 的导 电能力。已有研究表明，干净的砂及砾石导 电 发展了各种各样的方法。烘干法是最为经典、准确 主要是发生在孔隙水中 J。黏土导电则发生在孑L 的方法，在 105—110oC下将土壤烘干至恒重，土中 隙水及带电黏土颗粒表面 。 各种水分会挥发出去，可以直接测量水分含量。非 衡量土导 电能力大小的物理量是电阻率，它是 饱和状态下土壤对水具有吸力，土壤愈湿，对水的吸 电流垂直通过边长为 1m的立方体土时所测得的电 力就愈小，反之则大，张力记法从这种能量的角度分 阻，其变化幅度为 1～l0Q ·m。土的电阻率受含 析土壤水分情况。射线法包括中子散射法、射线 水率、孔隙率、饱和度、土颗粒的矿物组成等 因 素的影响，通常可 以设定一个可变因素与多个不变 法、X一射线法等 J，都是通过发射的射线与土壤中 因素来分析各因素对 电阻率的影响，根据 电阻率的 的原子、电子相互作用，使射线的能量变小，强度减 变化情况可以分析土的整体结构特征等。土的电阻 弱，其衰减量是土壤含水量的函数 。电阻法是根 率测量具有多方面的用途，传统的土壤含水率测量 据土壤的电阻率随含水率的变化而变化，土壤水分 方法中的电阻法就是根据电阻率随其含水率的变化 的变化使传感器石膏体的含水量与土壤水形成一定 而变化为原理进行测量的。Rhoaeds (1976)等提 的函数关系，石膏体含水量的变化又会引起置于其 出了土的电阻率与体积含水量的关系式，即 中的两电极的电阻的变化，电阻法是通过石膏体为 中介建立含水率与电阻的关系 J。根据水的介电 ： (。0z+6)+ 。 P P P 常数远大于土和空气，含水率的变化也就对土壤的