در این مقاله می خواهیم روشهای اندازه گیری مقاومت ویژه خاک را مورد بررسی قرار دهیم. از آنجا که یکی از پارامترهای اساسی برای طراحی و محاسبه المانهای سیستم ارت از جمله مقاومت سیستم زمین ، پتانسیل های گام و تماس و … مقاومت ویژه خام می باشد، همواره اندازه گیری صحیح مقاومت ویژه خاک یکی از دغدغه های مهندسین برق و طراحان سیستم زمین بوده است.
مقاومت ویژه خاک چیست؟
طبق تعریف مقاومت ویژه خاک مقاومت حجمی از خاک به ابعاد ۱ * ۱ * ۱ متر است که بین دو الکترود اندازه گیری می شود و واحد آن اهم متر است. این مقاومت به نوع و دانه بندی خاک ، رطوبت ، دما و میزان نمک موجود در خاک بستگی دارد.
از آنجاییکه اکثر زمین ها دارای ساختار چندلایه می باشند، لذا در طراحی سیستم زمین از مدل های دو لایه و یا بیشتر استفاده می گردد.اما با توجه به اینکه روشهای محاسباتی برای مدل های سه لایه و بالاتر پیچیده و زمان بر است اغلب از روش دو لایه برای اندازه گیری مقاومت ویژه خاک استفاده می شود.
روش تغییرات عمق (variation of depth)
در این روش که به روش سه نقطه ای نیز شناخته می شود، تست میزان مقاومت چندین بار با دفن الکتروها در اعماق مختلف زمین انجام می شود. هدف از انجام این تست فرستادن جریان به اعماق بیشتر زمین و مشاهده تغییرات مقاومت ویژه همراه با تغییرات عمق می باشد.
در این روش اطلاعات خوبی در مورد خاک اطراف الکترود بدست می آوریم (۵تا ۱۰برابر طول الکترود) و در صورت بررسی حجم زیادی از خاک یا زمین بهتر است از روش چهار نقطه‌ای استفاده نماییم.
روش دو نقطه‌ای
تجهیزات مورد نیاز در این روش شامل دو الکترود آهنی که اندازه یکی از دیگری بزرگتر می باشد و هر دو آنها به یک میله ایزوله متصل شده اند، می شود. سر مثبت باتری به الکترود کوچکتر و سر منفی آن به را به الکترود بزرگتر وصل می نماییم. تجهیز را می توان به گونه ای کالیبره نمود که با توجه به ولتاژ نامی باتری خروجی اهم-سانتی متر به ما بدهد. این تجهیز به راحتی قابل حمل بوده و می توان به دفعات و در زمان اندک عملیات اندازه گیری را برای حجم‌های کم خاک انجام داد.
روش های چهار نقطه ای یا روش ونر
الف) فاصله میان الکترودها برابر باشند
این روش به روش ونر نیز معروف می باشد. از میان روشهای اندازه گیری موجود، روش چهار نقطه ای دقیق ترین روش بدست آوردن مقاومت ویژه یک توده زمین می باشد.
در این روش چهار الکترود کوچک را تا عمق b در زمین می کوبیم و فاصله میان آنها را a در نظر می گیریم.
جریان از میان دو الکترود خارجی عبور داده می شود و میزان ولتاژ بین دو الکترود درونی از طریق یک potentiometer و یا یک ولت متر با امپدانس بالا اندازه گیری می شود. نسبت V⁄I همان R یا مقاومت می باشد.
در صورتی که فاصله میان الکترودها یکسان و به مقدار a باشد:
میزان مقاومت ویژه بصورت زیر محاسبه می شود:
باید اشاره نمود این روش تنها برای حالتی استفاده می شود که الکترودها در عمق b در زمین دفن شده باشند و از طریق سیم های ایزوله بهم متصل شده باشند، اما در عمل این چهار الکترود در یک مسیر مستقیم با فاصله میانی a تا عمقی کمتر از 0.1a در زمین کوبیده می شوند (دفن نمی‌شوند) که در این حالت مقدار b را می توان صفر در نظر گرفت و میزان مقاومت ویژه از فرمول زیر قابل محاسبه خواهد بود:
ب) فاصله میان الکترودها برابر نباشند:
این روش به نام شلوبرگر-پالمر نیز شناخته می شود. یکی از معایب روش ونر این است که با افزایش فاصله میان دو الکترود درونی میزان پنانسیل میان دو الکترود به شدت کاهش می یابد. برخی از محصولات و تجهیزات اندازه گیری قادر به اندازه گیری یک چنین مقدار اندکی از پتانسیل نیستند. در این مواقع از آرایش شکل زیر استفاده می نماییم که با نزدیک نمودن الکترودهای درونی به الکترودهای جریان می توان میزان پتانسیل اندازه گیری شده توسط تجهیز را افزایش داد.
