本发明专利技术公开了一种土壤重金属检测装置包括红外温度检测传感器、顶盖、热电偶、料筒、V型块夹板、螺纹顶杆、弹簧、滑道端盖、底座、加热底盘、套筒、控制系统。利用加热底盘将热量传递给导热硅脂与土壤样品。由于重金属元素的热扩散能力远大于普通无重金属污染的土壤，可以通过测试土壤沿料筒轴线方向的热扩散系数来判定样品是否重金属超标，因而利用土壤热扩散系数间接测试土壤的重金属污染程度的装置及方法具有操作简便、成本低廉、抗干扰强、效率高等优点，能够快速地对土壤样品进行定性判断，大幅提高土壤环境考察效率。
【技术实现步骤摘要】
一种土壤重金属检测装置及方法
本专利技术涉及环境保护
，尤其是涉及一种土壤重金属检测装置。
技术介绍
土壤是人类赖以生存的重要自然资源之一，直接影响到粮食的安全性。随着现代工业大规模发展，土壤受到重金属的污染越来越严重，重金属是指比重等于或大于5.0的金属，如Fe、Mn、Zn、Cd、Hg、Ni、Co、As等，重金属在人体内累积达到一定程度，将会造成慢性中毒。相关报道表明我国多个地区出产的稻米被查出镉超标，土壤污染已严重危害食品安全。然而，目前大部分被重金属污染的土地并没有得到有效的修复，尤其是重工业聚集地区的重金属含量已出现严重超标的情况，导致周边农用耕地无法产出质检合格的粮食，造成大面积土地的闲置浪费。土壤的构成异常复杂，不仅包含矿物质、有机质还包含活的有机体、水分和空气，增大了重金属测定及提取技术的难度与成本，阻碍了土壤修复的规模化。因此如何提高重金属污染的检测技术以及土壤修复方法是当前粮食及环境保护领域亟待解决的重要课题。目前重金属检测技术主要包括重金属溶液分离检测法（CN2017114049784、CN2018101275743、CN201721163675、CN2017114173654）、光谱分析方法（CN2018102537495、CN2017113339597、CN2017219010470、CN2017217379175、2017215811747）、电磁检测法（CN2017113243128、）、电化学检测法（CN2017111058071、CN201620128424.0）等，以上方法具有较高的检测灵敏度和准确性，同时具有结构复杂、体积庞大、对土壤样品的前处理要求较高、检测成本昂贵、分析时间较长、流程较复杂的弊端。尤其是对于土壤污染勘测的初期阶段，需要在短时间内对土壤进行重金属污染的快速定性检测。若将土壤进行取样后送达专业实验室测定将延长检测周期、增加检测成本。本专利技术为克服上述技术的不足，开发出一种分析快速、检测成本低、携带方便、流程简单、易操作的一种土壤重金属检测装置，能够对大量土壤样品进行快速筛查判断其是否受重金属污染。说明书内容针对以上问题，本专利技术研发了一种土壤重金属检测装置，根据土壤热扩散系数与重金属含量正相关的特性，快速测定土壤样本热扩散系数，通过与无污染土壤的标准数据对比实现快速判定土壤是否受重金属污染以及污染强度。一种土壤重金属检测装置包括包括红外温度检测传感器、顶盖、热电偶、料筒、V型块夹板、螺纹顶杆、弹簧、滑道端盖、底座、加热底盘、套筒、控制系统，加热底盘通过螺纹旋入底座内，底座上表面焊接有矩形滑道，滑道端盖通过螺钉与滑道固连，V型块夹板插入滑道内的矩形槽内，通过旋转螺纹顶杆可向内顶紧V型块夹板，弹簧一端与V型块夹板焊接，另一端与滑道端盖接触，料筒放在底座的上表面，通过V型块夹板夹紧，使料筒与底座的中心通孔同轴，加热底盘的圆槽内填充导热硅脂，土壤样品装入料筒内通过导热硅脂与加热底盘传热，料筒与底座通过螺纹连接，顶盖与料筒通过螺纹连接，红外温度检测传感器通过螺钉固定在顶盖上通过采集土壤样品上表面的红外温度信号，热电偶通过顶盖插入料筒内。土壤通过干燥后填入料筒内，经冷压成形为圆柱形样品，加热底盘通过导热硅脂将热量传递给土壤样品，热量在土壤样品内部扩散，沿圆柱样品的轴线传递至上表面，红外温度检测传感器探测土壤样品上表面的温度情况，根据经验公式计算出热扩散系数，将计算结果与标准数据对比判断土壤样品的污染程度。控制系统包含电源模块、红外温度检测模块、套筒温度采集模块、键盘模块、STM32单片机、显示模块、加热器控制模块、报警模块，电源模块供电的方式为USB供电采，用MAX232电平转换芯片完成RS232与UART之间的接口通信，显示模块采用2.4寸240*320分辨率的UART串口液晶屏显示，加热器控制模块通过8050NPN型三极管与STM32单片机，I/O口输出高电平时，三极管集电极与发射极导通，使继电器两端获得5V直流电完成吸合，实现电加热管的控制，报警模块采用三极管扩流，通过I/O口电位的高低来调节三极管的导通与截止以控制蜂鸣器的正常工作，从而防止加热底盘过热，键盘模块以10倍机器时钟的频率通过单片机不断检测各按键闭合状态，执行相应按键的子程序，红外温度检测模块采用SMTIR9901芯片安装在红外温度检测传感器内用于检测土壤样品上表面温度变化，套筒温度采集模块利用探头式热电偶探测套筒内温度，将电压信号传入STM32单片机。进一步的，本专利技术所述的红外温度检测传感器采用高精度SMTIR9901模块，温度误差小于0.05℃，采样时间间隔2ms-5ms。进一步的，作为一种具体的结构形式，本专利技术所述的套筒采用耐热及热膨胀系数较小的聚四氟乙烯材料，套筒顶部与底部均加工有内螺纹，分别与顶盖和底座连接，靠近底座的圆柱面上对称加工有两个内螺纹孔用于支撑螺纹顶杆。进一步的，作为一种具体的结构形式，本专利技术所述的底座焊接有矩形滑道，底座中心加工有通孔，土壤样品放置底座的上表面，通过V型块夹板夹紧，使料筒与底座的中心孔同轴。进一步的，作为一种具体的结构形式，本专利技术所述的顶盖利用螺钉固定红外温度检测传感器，红外温度检测传感器通过顶盖中心的通孔采集圆柱形土壤上表面的温度信号，热电偶插入通过顶盖插入套筒内以检测套筒内部的温度，顶盖上加工有直径为0.5mm~1.5的排气通孔。进一步的，作为一种具体的结构形式，本专利技术所述的V型块夹板插入底座滑道内的矩形槽中，通过旋转螺纹顶杆可向内顶紧V型块夹板，弹簧一端与V型块夹板焊接，另一端与滑道端盖接触。进一步的，作为一种具体的结构形式，本专利技术所述的加热底盘采用电阻丝加热，加热底盘与底座接触的上表面加工有圆形凹槽，凹槽内填充导热硅脂，使土壤样品与加热底盘能够完全接触，可以避免间隙的产生。进一步的，作为一种具体的结构形式，本专利技术所述的料筒采用Al2O3绝热陶瓷材料通过压铸成形，具有较高的耐热性与抗压性。进一步的，本专利技术所述的控制系统包含电源模块、红外温度检测模块、套筒温度采集模块、键盘模块、STM32单片机、显示模块、加热器控制模块、报警模块。附图说明下面利用附图来对本专利技术作进一步的说明，但是附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制。图1为本专利技术的一种土壤重金属检测装置的装配体的爆炸视图；图2为本专利技术的一种土壤重金属检测装置的装配体的主视图；图3为本专利技术的一种土壤重金属检测装置的装配体的左视图；图4为本专利技术的一种土壤重金属检测装置的装配体的俯视图；图5为本专利技术的一种土壤重金属检测装置的底座的主视图；图6为本专利技术的一种土壤重金属检测装置的底座的左视图；图7为本专利技术的一种土壤重金属检测装置的底座的俯视图；图8为本专利技术的一种土壤重金属检测装置的滑道端盖的主视图；图9为本专利技术的一种土壤重金属检测装置的滑道端盖的左视图；图10为本专利技术的一种土壤重金属检测装置的滑道端盖的俯视图；图11为本专利技术的一种土壤重金属检测装置的顶盖的主视图；图12为本专利技术的一种土壤重金属检测装置的顶盖的左视图；图13为本专利技术的一种土壤重金属检测装置的顶盖的俯视图；图14为本专利技术的一种土壤重金属检测装置的套筒的主视图；图15为本专利技术的一种土壤重金属检测装置的套筒的左视图；图16为本专利技术的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种土壤重金属检测装置包括包括红外温度检测传感器（1）、顶盖（2）、热电偶（3）、料筒（4）、V型块夹板（5）、螺纹顶杆（6）、弹簧（7）、滑道端盖（8）、底座（9）、加热底盘（10）、套筒（11）、控制系统（12），加热底盘（10）通过螺纹旋入底座（9）内，底座（9）上表面焊接有矩形滑道，滑道端盖（8）通过螺钉与滑道固连，V型块夹板（5）插入滑道内的矩形槽内，通过旋转螺纹顶杆（6）可向内顶紧V型块夹板（5），弹簧（7）一端与V型块夹板（5）焊接，另一端与滑道端盖（8）接触，料筒（4）放在底座（9）的上表面，通过V型块夹板（5）夹紧，使料筒（4）与底座（9）的中心通孔同轴，加热底盘（10）的圆槽内填充导热硅脂，土壤样品装入料筒（4）内通过导热硅脂与加热底盘（10）传热，料筒（4）与底座（9）通过螺纹连接，顶盖（2）与料筒（4）通过螺纹连接，红外温度检测传感器（1）通过螺钉固定在顶盖（2）上通过采集土壤样品上表面的红外温度信号，热电偶（3）通过顶盖（2）插入料筒（4）内，土壤通过干燥后填入料筒（4）内，经冷压成形为圆柱形样品，加热底盘（10）通过导热硅脂将热量传递给土壤样品，热量在土壤样品内部扩散，沿圆柱样品的轴线传递至上表面，红外温度检测传感器（1）探测土壤样品上表面的温度情况，根据经验公式计算出热扩散系数，将计算结果与标准数据对比判断土壤样品的污染程度，控制系统（12）包含电源模块（1201）、红外温度检测模块（1202）、套筒温度采集模块（1203）、键盘模块（1204）、STM32单片机（1205）、显示模块（1206）、加热器控制模块（1207）、报警模块（1208），电源模块（1201）供电的方式为USB供电采，用MAX232电平转换芯片完成RS232与 UART 之间的接口通信，显示模块（1206）采用2.4寸240*320分辨率的UART串口液晶屏显示，加热器控制模块（1207）通过8050NPN型三极管与STM32单片机（1205），I/O口输出高电平时，三极管集电极与发射极导通，使继电器两端获得5V直流电完成吸合，实现电加热管的控制，报警模块（1208）采用三极管扩流，通过I/O口电位的高低来调节三极管的导通与截止以控制蜂鸣器的正常工作，从而防止加热底盘（10）过热，键盘模块（1204）以10倍机器时钟的频率通过单片机不断检测各按键闭合状态，执行相应按键的子程序，红外温度检测模块采用SMTIR9901芯片安装在红外温度检测传感器（1）内用于检测土壤样品上表面温度变化，套筒温度采集模块利用探头式热电偶探测套筒内温度，将电压信号传入STM32单片机（1205）。...
【技术特征摘要】
1.一种土壤重金属检测装置包括包括红外温度检测传感器（1）、顶盖（2）、热电偶（3）、料筒（4）、V型块夹板（5）、螺纹顶杆（6）、弹簧（7）、滑道端盖（8）、底座（9）、加热底盘（10）、套筒（11）、控制系统（12），加热底盘（10）通过螺纹旋入底座（9）内，底座（9）上表面焊接有矩形滑道，滑道端盖（8）通过螺钉与滑道固连，V型块夹板（5）插入滑道内的矩形槽内，通过旋转螺纹顶杆（6）可向内顶紧V型块夹板（5），弹簧（7）一端与V型块夹板（5）焊接，另一端与滑道端盖（8）接触，料筒（4）放在底座（9）的上表面，通过V型块夹板（5）夹紧，使料筒（4）与底座（9）的中心通孔同轴，加热底盘（10）的圆槽内填充导热硅脂，土壤样品装入料筒（4）内通过导热硅脂与加热底盘（10）传热，料筒（4）与底座（9）通过螺纹连接，顶盖（2）与料筒（4）通过螺纹连接，红外温度检测传感器（1）通过螺钉固定在顶盖（2）上通过采集土壤样品上表面的红外温度信号，热电偶（3）通过顶盖（2）插入料筒（4）内，土壤通过干燥后填入料筒（4）内，经冷压成形为圆柱形样品，加热底盘（10）通过导热硅脂将热量传递给土壤样品，热量在土壤样品内部扩散，沿圆柱样品的轴线传递至上表面，红外温度检测传感器（1）探测土壤样品上表面的温度情况，根据经验公式计算出热扩散系数，将计算结果与标准数据对比判断土壤样品的污染程度，控制系统（12）包含电源模块（1201）、红外温度检测模块（1202）、套筒温度采集模块（1203）、键盘模块（1204）、STM32单片机（1205）、显示模块（1206）、加热器控制模块（1207）、报警模块（1208），电源模块（1201）供电的方式为USB供电采，用MAX232电平转换芯片完成RS232与UART之间的接口通信，显示模块（1206）采用2.4寸240*320分辨率的UART串口液晶屏显示，加热器控制模块（1207）通过8050NPN型三极管与STM32单片机（1205），I/O口输出高电平时，三极管集电极与发射极导通，使继电器两端获得5V直流电完成吸合，实现电加热管的控制，报警模块（1208）采用三极管扩流，通过I/O口电位的高低来调节三极管的导通与截止以控制蜂鸣器的正常工作，从而防止加热底盘（10）过热，键盘模块（1204）以10倍机器时钟的频率通过单片机不断检测各按键闭合状态，执行相应按键的子程序，红外温度检测模块采用SMTIR9901芯片安装在红外温度检测传感器（1）内用于检测土壤样品上表面温度变化，套筒温度采集...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋欢，
申请(专利权)人：宋欢，
类型：发明
国别省市：河南,41
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