阳极接地电阻和土壤电阻率的测定.docx

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阳极接地电阻和土壤电阻率的测定

阳极接地电阻和土壤电阻率的测定

实验指导书

一、实验目的

1、学会用接地电阻仪测定阳极接地电阻；

2、学会用“四极法”测土壤电阻率；

3、对比金属在电介质溶液和土壤中的腐蚀现象；

4、了解金属受土壤腐蚀时极化与去极化作用的发生与发展过程；

5、学会用“极化曲线法”判断土壤腐蚀性；

二、实验内容

金属腐蚀是金属与周围介质发生化学或电化学作用称为金属化合物而遭受破坏的一种现象。

在国民经济各部门中，每年都有大量的金属构件和设备因腐蚀而报废。

腐蚀是影响管道系统可靠性及使用寿命的关键因素，埋地管道是埋在地下的最大钢铁构件，可长达几千公里，穿越各种不同类型的土壤和河流湖泊。

土壤冬、夏季的冻结与融化，地下水位变化，以及杂散电流的复杂的埋设条件是造成外腐蚀的环境。

本实验的主要内容有：

1、阳极接地电阻和土壤电阻率的测定；

2、用“极化曲线法”测定土壤腐蚀性；

三、实验要求

1、熟悉实验装置，看清各种仪表量程及直流表的接线方向。

2、测量阳极接地电阻时，应将原阴极保护电路与阳极断开。

3、当检流计灵敏度过高时，可将测量电极在土壤中插得浅一些；如果灵敏度不足时，可沿测量电极注水润湿。

4、用砂纸擦净金属电极，使之发出金属光泽。

5、在实验过程中保证土壤严实，金属电极不能松动。

6、记录实验中遇到得反常现象，并分析其原因。

7、分析影响测量准确性的因素，思考如何改进。

8、自己绘制记录数据表格，作出极化曲线，判断土壤腐蚀性。

四、实验方法

（一）阳极接地电阻的测定（4学时）

1、阳极接地电阻测定原理

仪器：

ZC－8接地电阻仪

原理：

ZC－8接地电阻仪，C1、C2为供电极，电流为I1，P1、P2为测量极。

当供电I1后，在P1、P2间电阻rx（即为阳极接地电阻）上造成电位差Ilrx，该仪器按电位计原理设计，内部测量回路的电流为I2，在可变电阻Rab上造成电位差，当ob间的电位差I2Rob＝Ilrx时，则检流计不偏转，故得：

该仪器制造时，已固定

值，分别为10、1、0.1（即“倍率标度”，有三个倍数，亦称为三档），Rob可由仪表测量标度盘上读出，故测量之接地电阻rx值即为测定时采用的倍率标度的倍数乘以测量标度盘上的读数。

2、操作步骤

2．1被测接地阳极（C2、P2）与电极P1、C1要依次按直线排列，彼此相距20米以上，电极顺序注意不能颠倒。

2．2用导线将阳极（C2、P2）与电极P1、C1联于仪表的相应端钮。

2．3将仪器放置水平，检查检流计指针是否指于中心线上，否则可用机械零位调整器调整。

2．4将“倍率标率”置于最大倍数，慢慢转动发电机摇把，同时转动“测量标度盘”使检流计指针指于中心线。

2．5当指针接近中心线时，加快发电机摇把转速，使其达到每分钟120转以上，同时调整“测量标度盘”，使指针指于中心线。

2．6如“测量标度盘”的读数小于1时，应将倍率标度置于较小的倍数，再重新调整“测量标度盘”以得到准确的读数。

2．7“测量标度盘”的读数乘以倍率标度的倍数即为所测的阳极接地电阻值。

3、注意事项

3．1测量阳极接地电阻时，应将原阴极保护电路与阳极断开。

3．2当检流计灵敏度过高时，可将测量电极P1在土壤中插得浅一些；如果灵敏度不足时，可沿测量电极注水润湿。

3．3当被测阳极接地电阻小于1欧时，应将C2、P2间的联结片打开，分别用导线联于阳极上，以减小导线电阻引起的误差。

4、实验数据

（二）“四极法”测土壤电阻率（4学时）

1、“四极法”测土壤电阻率原理

“四极法”测土壤电阻率原理如图3，四个电极A、M、N、B在地上沿直线安装。

供电极A、B与电源E，电流表I相联，构成回路，通电后，在测量极M、N上形成电位差，可由电位差计测得为△V，该电位差值与经A、B二极上流过土壤的电流I和M、N二极间的土壤电阻成正比。

所以当电极距离已知时，可求得土壤电阻率ρ。

式中

（米）

当

，

时

（米）

当

，时，

2、四极法”测土壤电阻率方法

四极法测量土壤电阻率常用的仪表有UJ一4电位差计或ZC－8接地电阻仪。

本实验采用后者，其接线布置如图4所示。

四个电极布置时，a一般等于需要测定上层的深度，电极插入土中深度不大于a/20。

使用ZC－8接地电阻仪测土壤电阻率时，

土壤电阻率

式中：

——电极间距

——ZC-8接地电阻仪测得的电阻值。

上述方法测得的土壤电阻率为该地区土壤电阻率的平均值，又称土壤视电阻率。

3、实验数据记录与处理

次序

电极间距

（米）

ZC-8接地电阻仪

测量电阻值

（欧）

土壤电阻率

第一次

第二次

（三）“极化曲线法”测定土壤腐蚀性（2学时）

1、实验装置与原理

如图4所示，在玻璃缸中放有含盐、含水量为某一百分比的均匀土壤，其上插入二根同样材料、形状及大小的金属电极A和K，插入深度相同。

金属电极K上焊有绝缘导线，通过单点开关M，毫安表mA及可变电阻R与电源的负端相连，金属电极A上也焊有绝缘导线，直接与电源正端相连。

两个电极间并有电压表V。

实验所用电极是用镀锌电工螺栓（M16）改制而成，外径D＝15毫米，电极插入深度h（厘米），实验时自行调整。

本实验采用恒电流的方法测量极化曲线（两极电位差△V与电流密度i的关系），以电流为自变量，通过调节电路中的电阻R使某一恒电流通过电极。

当电表上指示的电位差及电流值达到稳定以后读数，为了使电池系统获得稳定极化电流，应采用高压，高阻实验装置。

如图5所示，B为极化电源。

通常可取数十伏或数百伏的直流电源。

RC为电池系统等效电阻，R为可变电阻，根据欧姆定律，回路中的电流I是由B、R、RC、电源内阻Ri以及包括导线电阻，电压表内阻在内的电阻Rx来决定的。

它们之间是关系为：

当

>>

则

，这样由于电解池电阻或线路中接触点电阻变化引起的电流变化可减少到很小的程度，极化电流I值基本稳定，达到了控制极化电流的目的。

为了能获得较大的电流值，可采用较高电压的电源；若希望电流的可调范围更宽一些，也可采用分压－恒流混合线路。

2、实验步骤

2．1熟悉实验装置，看清各种仪表量程及直流表的接线方向。

2．2用砂纸擦净金属电极，使之发出金属光泽。

2．3埋金属电极时注意在玻璃缸中央，并用手按紧金属电极周围的土壤，使之与金属接触良好，记下电极的埋深h。

2．4检查联接线路是否正确，电压表是否在零点。

2．5根据给出的可变电阻范围，选好拟调节的电阻值（一种土样至少选四个测点，通常由大电阻开始测定），合上单点开关M，接通电路，迅速观察电压表及电流表指示值的变化情况，待读数稳定后，记录下稳定的电流和电压值，以及稳定所需时周，打开单点开关，断开电路，并记录电压表回零的时间。

2．6调整可变电阻分别为10kΩ、8kΩ，6kΩ，4kΩ，重复上述操作。

待电压表指针回到零点以后，重复上述步骤进行第二次测定，两次测定的时间间隔不少于五分钟，实验时注意各次测定中电流、电压达到稳定的时间变化。

2．7数据经检查无误后，拔出金属电极，观察电极表面现象，并记录在实验报告中。

2．8擦净电极，将实验装置恢复原状。

2．9将实测记录汇总于表，作出△V－i曲线（极化曲线），可用以表明土壤的腐蚀性。

一般认为：

土壤含水量为20%，电位差为500mv时，电流密度大于0.3mA/cm2时，腐蚀性严重；同样条件下，电流密度小于0.050.3mA/cm2时，腐蚀性较弱。

应该指出，本次实验原土的含水量未测，在目前的气候条件下是达不到含水量20％的。

3、记录数据

配方

原土

滑线电阻

（KΩ）

极化稳定电位差（ΔV/mV）

极化稳定电流

电流密度i

（mA/㎝2）

极化稳定

所需时间（s）

4、数据处理

将所测实验数据代入得i，并作ΔV～i曲线

5、结论

五、讨论

1、在测定过程中土壤不严实或金属电极松动对测量结果会有什么影响?

2、断开电路后电压表指针为什么是缓慢地回到零点（有时还回不到零点）?

3、影响测量准确性的因素有哪些，欲使实验装置能满足调节电流范围宽一些，如何改进现有的装置线路?

4、根据实测数据，作出极化曲线，判断土壤腐蚀性。