不極化電極的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種不極化電極(Non-Polarized Electrode)，該不極化電極采用電子物理學(xué)的方法原理，以金屬材料為導(dǎo)電電極，電極的表面涂覆導(dǎo)電微粒覆蓋層，導(dǎo)電微粒覆蓋層在與被測(cè)量物體接觸后及會(huì)產(chǎn)生極化電位，存在于覆蓋層內(nèi)的導(dǎo)電微粒以相互接觸的導(dǎo)電方式產(chǎn)生放電作用，使得金屬電極與被測(cè)量物體之間產(chǎn)生的極化電位被放電效應(yīng)消除，達(dá)到金屬電極保持不極化特性。該不極化電極由導(dǎo)線、金屬電極、導(dǎo)電微粒涂覆層、工程塑料外殼組成。本實(shí)用新型公開的這種不極化電極制作簡(jiǎn)單，重量輕，在使用過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，并且不會(huì)對(duì)大地土壤與環(huán)境造成污染。
【專利說(shuō)明】不極化電極

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及地球物理學(xué)領(lǐng)域中探測(cè)地電場(chǎng)信號(hào)的裝置，尤其涉及大地電場(chǎng)信號(hào)測(cè)量的一種不極化電極。

【背景技術(shù)】
[0002]不極化電極(Non-Polarized Electrode)是一種特制的測(cè)量電位差的接地電極。不極化電極已大量應(yīng)用于大地電場(chǎng)信號(hào)和地震信號(hào)的測(cè)量中，是電磁勘探與地震勘探中常用的設(shè)備。
[0003]長(zhǎng)期以來(lái)，該領(lǐng)域勘探測(cè)量電極主要分為兩類:金屬電極、金屬-金屬鹽溶液電極。金屬電極由于其極化電位大，接收電場(chǎng)質(zhì)量較差，不適合高精度的電場(chǎng)測(cè)量；金屬-金屬鹽溶液電極，以離子導(dǎo)電的電化學(xué)方式，原理是將土壤與金屬電極之間增加保持一定酸堿度的金屬鹽，通過(guò)配制金屬鹽濃度來(lái)控制金屬極化電位，使金屬極化電位降低并保持相對(duì)穩(wěn)定，因此金屬-金屬鹽電極在大地電場(chǎng)測(cè)量中得到了廣泛應(yīng)用。這類電化學(xué)方式的電極被俗稱為“不極化電極”。從1937年的硫酸銅不極化電極發(fā)展到1980年的氯化鉛不極化電極，再到近年來(lái)由液體氯化鉛電極加入稠粘物質(zhì)或黏土石膏類成為固體不極化電極。在目前的應(yīng)用中，通常使用的“不極化電極”主要有鉛-氯化鉛(Pb-PbCl2)液體或固體電極、銅-硫酸銅電極(Cu-CuSO4)、以及銀-氯化銀(Ag-AgCl)電極。這些采用電化學(xué)方式的不極化電極都存在不足之處，硫酸銅不極化電極在使用之前需要配對(duì)，即挑選兩個(gè)電極之間的電位差小的為一對(duì)電極。氯化鉛不極化電極存放時(shí)必須保持潮濕，其極罐內(nèi)部化學(xué)物質(zhì)使用期限為1-2年。電極在接地使用時(shí)，氯化鉛電極內(nèi)有鉛類化學(xué)物質(zhì)滲漏出來(lái)流入地面，對(duì)環(huán)境有一定污染。氯化銀電極容易產(chǎn)生氧化。在長(zhǎng)周期測(cè)量中，電化學(xué)方式的不極化電極受接地溫度、水份濕度、酸堿度影響較大，還會(huì)發(fā)生電極極差突變，影響測(cè)量結(jié)果。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型公開了采用電子物理學(xué)方法原理來(lái)測(cè)量大地電場(chǎng)信號(hào)的一種不極化電極，其包含:
[0005]盤狀金屬材料做為電極主體，電極表面涂覆導(dǎo)電微粒干性涂層，該涂層作為與被測(cè)量物體的測(cè)量接觸面。導(dǎo)電微粒覆蓋層在與被測(cè)量物體接觸后及會(huì)產(chǎn)生極化電位，存在于覆蓋層內(nèi)的導(dǎo)電微粒以相互接觸的導(dǎo)電方式產(chǎn)生放電作用，使得金屬電極與被測(cè)量物體之間產(chǎn)生的極化電位被放電效應(yīng)消除，達(dá)到金屬電極保持不極化特性。
[0006]所述導(dǎo)電微粒為石墨烯、碳納米管以及石墨中的一種或幾種組成。
[0007]所述粘合劑為環(huán)氧樹脂、RTV硅膠以及其他聚合物粘合劑中的一種或幾種組成。
[0008]進(jìn)一步地，所述導(dǎo)電微粒為片狀或者粉末狀，其尺寸大小為微米量級(jí)或納米量級(jí)。
[0009]優(yōu)選地，所述干性涂層的厚度為0.3mm?1.0mm。
[0010]整個(gè)所述不極化電極的結(jié)構(gòu)如下:
[0011]底部具有開口并呈中空狀的殼體；
[0012]安裝于所述殼體底部的導(dǎo)電金屬盤，其作為電極主體，所述金屬盤的下底緊鄰所述殼體底部的開口并剛好封住所述開口；
[0013]通過(guò)粘合劑與導(dǎo)電微?；旌喜⑼扛苍谒鰧?dǎo)電金屬盤下底表面形干性涂層；
[0014]連接所述導(dǎo)電金屬盤的上底并沿所述殼體內(nèi)部向上延伸至穿出所述殼體頂部的電極引線。
[0015]進(jìn)一步地，還包含有一個(gè)位于所述殼體內(nèi)部的絕緣支撐盤，所述支撐盤安裝于所述導(dǎo)電金屬盤上部，所述支撐盤中央開設(shè)有供所述電極引線穿出的小孔。
[0016]優(yōu)選地，所述殼體呈倒置的漏斗形，具有一個(gè)呈圓柱形狀的下端部、一個(gè)呈圓柱形狀的上端部以及連接上、下兩個(gè)端部之間的收斂部，其中，所述殼體的下端部圓直徑大于上端部的圓直徑。
[0017]進(jìn)一步地，在所述殼體的上端部上還安裝有用于保護(hù)所述殼體的圓形罩，在所述圓形罩中央位置還設(shè)有供所述電極引線穿出的圓孔。
[0018]優(yōu)選地，在所述電極引線穿出所述圓形罩的圓孔處還設(shè)有密封防水耐拉部件。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所提供的不極化電極，改變了傳統(tǒng)的消弱電極的極化電位的電化學(xué)方式，而是采用了一種電子物理學(xué)的方式。這種電子物理學(xué)方式的不極化電極在工作時(shí)不含有化學(xué)反應(yīng)，不會(huì)對(duì)土壤和環(huán)境帶來(lái)污染，而且其制造簡(jiǎn)單，具有穩(wěn)定性高、電極極差低、內(nèi)阻低、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，適用于地球物理儀器的常規(guī)測(cè)量和長(zhǎng)周期測(cè)量，使用和維護(hù)簡(jiǎn)單。該電極使用壽命是電化學(xué)方式電極的數(shù)倍。該電極可用普通水代替鹽水澆灌電極埋坑，可實(shí)現(xiàn)代替目前市場(chǎng)上傳統(tǒng)的不極化電極，有利于測(cè)量，有利于環(huán)保。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例所述電極外形結(jié)構(gòu)的立體示意圖；
[0021]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例所述電極各零部件的展開示意圖；
[0022]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例所述電極的剖面主視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。如在說(shuō)明書及權(quán)利要求當(dāng)中使用了某些詞匯來(lái)指稱零部件，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可理解，零部件制造廠家可能會(huì)用不同名詞來(lái)稱呼同一個(gè)部件。本說(shuō)明書及權(quán)利要求并不以名稱的差異來(lái)作為區(qū)分部件的方式，而是以部件在功能上的差異作為區(qū)分的準(zhǔn)則。說(shuō)明書后續(xù)描述為實(shí)施本實(shí)用新型的較佳實(shí)施方式，所描述乃以說(shuō)明本實(shí)用新型的一般原則為目的，并非用以限定本實(shí)用新型的范圍。本實(shí)用新型的保護(hù)范圍當(dāng)視所附權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
[0024]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]參照附圖1，本實(shí)用新型實(shí)施例所述的一種不極化電極10，具有一個(gè)呈倒置的漏斗形主殼體11，殼體內(nèi)部為中空設(shè)計(jì)，所述殼體11主要由三部分組成，位于下部呈圓柱形狀的下端部12、位于上部呈圓柱形狀的上端部14，以及連接上下兩個(gè)端部從下往上呈收斂狀的收斂部13，其中，殼體11下端部的圓直徑大于殼體上端部的圓直徑，殼體11的高度可設(shè)為8-12厘米，優(yōu)選為10厘米，殼體下端部12直徑可設(shè)為6-12厘米，優(yōu)選為10厘米，殼體上端部14的直徑為4-6厘米，優(yōu)選為5厘米。殼體11的底部有開口 15，參照附圖2，開口完全敞開。殼體上端部12上還安裝有與其結(jié)合的圓形罩16，可用于保護(hù)殼體，圓形罩16的中部位置設(shè)有供電極引線19穿出的圓孔，圓形罩16與殼體上端部12可通過(guò)粘合或螺紋的結(jié)合方式安裝，優(yōu)選為粘合方式。對(duì)于不同場(chǎng)地和測(cè)量需求，選擇所述電極10的殼體11大小也可設(shè)置為不同，電極與大地接觸的面積也可設(shè)置為不同。
[0026]其中，所述殼體11和圓形罩16采用完全防水且能夠承受_25°C至60°C溫度范圍內(nèi)的工程塑料材質(zhì)制成，在不同天氣變化的情況下，都能夠滿足其正常工作，優(yōu)選采用ABS塑料，其防水性強(qiáng)，抗沖擊性、耐熱性、耐低溫性、耐化學(xué)腐蝕性優(yōu)良。
[0027]需要說(shuō)明的是，本實(shí)用新型實(shí)施例的殼體11形狀設(shè)為截面呈圓形的倒置的漏斗形，是為了方便放置，在測(cè)量大地電場(chǎng)信號(hào)時(shí)，平穩(wěn)可靠，但可以理解的是，該殼體11還可以設(shè)置為其它任一合適的形狀，如方形，或截面為多角的形狀等。
[0028]參照?qǐng)D2、圖3所示，在所述殼體底部的開口 15上安裝有對(duì)應(yīng)的金屬盤17，金屬盤17的下底緊貼所述開口，也即與所述殼體底部的開口平齊，其大小與所述開口 15的大小相適宜，剛好封住所述開口 15，金屬盤17采用高導(dǎo)電性材料制成，如銅，也可以采用鋁、鎳等金屬導(dǎo)電材料。金屬盤17上表面緊挨設(shè)置的為一支撐盤18，支撐盤18也位于殼體11內(nèi)部，其采用絕緣的材質(zhì)制成，中部開設(shè)有一小孔20，供電極引線19穿出，支撐盤18的大小與金屬盤17的大小相同。
[0029]電極引線19，用于傳導(dǎo)電極10的電位值，位于殼體11內(nèi)部，引線19的下部通過(guò)支撐盤18上的小孔20連接到金屬盤17的上表面21，引線19的上部通過(guò)圓形罩16上的圓孔穿出至殼體外部。在所述電極引線19穿出所述圓形罩16的圓孔處還設(shè)有密封防水耐拉部件22，其能夠防止水分或其他雜質(zhì)通過(guò)電極引線19滲透到殼體內(nèi)部。
[0030]在金屬盤17的下表面還涂覆有一層干性導(dǎo)電微粒涂層23，該干性導(dǎo)電微粒涂層23由粘合劑和導(dǎo)電微?；旌辖M成，導(dǎo)電微?？梢允俏⒚谆蚣{米尺寸大小的片狀或者粉末狀物質(zhì)如石墨烯、碳納米管或石墨粉末顆粒等組成或混合組成，他們均具有高導(dǎo)電性，內(nèi)阻低等優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)選采用石墨烯微粒，其效果最佳。該導(dǎo)電微粒與粘合劑混合，粘合劑可以是環(huán)氧樹脂、硅膠或其他高分子聚合物，優(yōu)選采用環(huán)氧樹脂。其中，導(dǎo)電微粒和粘接劑混合后的涂層厚度為0.3?1.0mm之間，這樣的厚度接收大地信號(hào)效果較好。采用高導(dǎo)電微粒與高分子聚合物混合后，涂覆在金屬電極表面，在電極接觸被測(cè)量物體(大地土壤)時(shí)，能夠?qū)⒔饘匐姌O的極化電位減小甚至消除。
[0031]在使用時(shí)，可將電極10放置在所選擇勘探現(xiàn)場(chǎng)的地面，涂層23與地面接觸，電極10放置于預(yù)先用水澆灌潤(rùn)濕的電極埋坑內(nèi)，而不需要使用化學(xué)物質(zhì)澆灌潤(rùn)濕。倒置的漏斗形殼體11具有相對(duì)較大的下端部12有利于電極10穩(wěn)固地接觸地面，通過(guò)涂層23內(nèi)導(dǎo)電微粒之間的相互接觸，使金屬電極在接觸土壤時(shí)產(chǎn)生放電效應(yīng)，進(jìn)而消除金屬電極的極化電位。
[0032]該不極化電極采用電子物理學(xué)的方法原理，以金屬材料為導(dǎo)電電極，電極的表面涂覆導(dǎo)電微粒覆蓋層，導(dǎo)電微粒覆蓋層在與被測(cè)量物體接觸后及會(huì)產(chǎn)生極化電位，存在于覆蓋層內(nèi)的導(dǎo)電微粒以相互接觸的導(dǎo)電方式產(chǎn)生放電作用，使得金屬電極與被測(cè)量物體之間產(chǎn)生的極化電位被放電效應(yīng)消除，達(dá)到金屬電極保持不極化特性。
[0033]本實(shí)用新型所述的不極化電極使用過(guò)程中，無(wú)需維護(hù)并具有牢固可靠的結(jié)構(gòu)，操作安全，易于使用，尤其是該不極化電極內(nèi)不含化學(xué)液體，也不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使用中無(wú)化學(xué)品滲漏與污染問(wèn)題，有利于環(huán)保。
[0034] 值得注意的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非因此限定本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍，本實(shí)用新型還可以對(duì)上述各種零部件的構(gòu)造進(jìn)行材料和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，或者是采用技術(shù)等同物進(jìn)行替換。故凡運(yùn)用本實(shí)用新型的說(shuō)明書及圖示內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變化，或直接或間接運(yùn)用于其他相關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】均同理皆包含于本實(shí)用新型所涵蓋的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種不極化電極，其特征在于包含: 底部具有開口并呈中空狀的殼體； 安裝于所述殼體底部并作為電極主體的導(dǎo)電金屬盤，所述金屬盤的下底面與所述殼體底部的開口平齊并封住殼體底部； 采用粘合劑與導(dǎo)電微?；旌喜⑼扛苍谒鰧?dǎo)電金屬盤下底表面形成干性涂層，所述涂層與被測(cè)量物體接觸； 連接所述導(dǎo)電金屬盤的上底并沿所述殼體內(nèi)部向上延伸至穿出所述殼體頂部的電極引線。
2.如權(quán)利要求1所述的不極化電極，其特征在于，所述導(dǎo)電微粒為石墨烯、碳納米管以及石墨中的一種或幾種組成。
3.如權(quán)利要求1所述的不極化電極，其特征在于，所述粘合劑為環(huán)氧樹脂、RTV硅膠以及其他高分子聚合物中的一種或幾種組成。
4.如權(quán)利要求2所述的不極化電極，其特征在于，所述導(dǎo)電微粒為片狀或者粉末狀，其尺寸大小為微米量級(jí)或納米量級(jí)。
5.如權(quán)利要求1所述的不極化電極，其特征在于，所述干性涂層的厚度為0.3mm?1.0mm0
6.如權(quán)利要求1所述的不極化電極，其特征在于，還包含有一個(gè)位于所述殼體內(nèi)部的絕緣支撐盤，所述支撐盤安裝于所述導(dǎo)電金屬盤上部，所述支撐盤中央開設(shè)有供所述電極引線穿出的小孔。
7.如權(quán)利要求1或6所述的不極化電極，其特征在于，所述殼體呈倒置的漏斗形，具有一個(gè)呈圓柱形狀的下端部、一個(gè)呈圓柱形狀的上端部以及連接上、下兩個(gè)端部之間的收斂部，其中，所述殼體的下端部圓直徑大于上端部的圓直徑。
8.如權(quán)利要求7所述的不極化電極，其特征在于，在所述殼體的上端部上還安裝有用于保護(hù)所述殼體的圓形罩，在所述圓形罩的中央位置還設(shè)有供所述電極引線穿出的圓孔。
9.如權(quán)利要求8所述的不極化電極，其特征在于，在所述電極引線穿出所述圓形罩圓孔處還設(shè)有密封防水耐拉部件。
【文檔編號(hào)】G01V3/08GK204166145SQ201420683773
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】王中興, 底青云, 呂毅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所, 呂毅