Effects of Electric Power on Soil Resistivity Measurement Precision of a Current Source Inverter Sensor

Abstract

Soil resistivity is an important and required measure for analyzing characteristics and quality of soil for applications in geophysics, geology and engineering for both civil and electrical. There are several methods for measuring the soil resistivity; however, the most popular method is by applying low frequency voltage into the soil sample and then calculating the soil resistivity from the measured electric current and voltage. Most soil resistivity measurement devices are designed to have high electric power levels (units of kW) in order to achieve high accuracy and precision for the measurement. Unfortunately, using high electric power levels would encounter problems such as to find sufficient electric power sources; especially, where the measurement must be done in the rural areas where the power grid utility is not available. Therefore, designing the measuring device with low electric power while maintaining high precision in measurement would be more preferable for the soil resistivity measurement in rural areas. This research presents effects of electric power levels on soil resistivity measurement precision when using a current source inverter as the soil resistivity sensor which allows supplying electric current to be controlled in the range of 10-80 Hz for measuring the soil resistivity of the sample soil in the laboratory with depth upto 0.5 meter. The test results showed that too low electric power levels could not be used for measuring the soil resistivity correctly. Using low electric power would give lower precision in measuring compared to higher power levels. However, the precision of the measurement was not different at a specific level or higher. In other words, increasing electric power from that specific level could not improve the measuring precision; in turn, lead to higher power losses. In addition, the results also showed that using higher frequency for electric current provided better precision even when the lower electric power levels were used.

ค่าความต้านทานจำเพาะของดินเป็นค่าการวัดที่มีความสำคัญและจำเป็นต่อการวิเคราะห์คุณสมบัติและคุณภาพของดินสำหรับงานด้านธรณีฟิสิกส์ ธรณีวิทยา และงานด้านวิศวกรรมโยธาและไฟฟ้า การตรวจวัดค่าความต้านทานจำเพาะของดินสามารถทำได้หลายวิธี แต่วิธีที่นิยมมากที่สุดคือ การป้อนแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับความถี่ต่ำลงในดินแล้วคำนวณค่าความต้านทานจำเพาะของดินจากค่ากระแสและแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ เครื่องตรวจวัดส่วนใหญ่จะออกแบบเครื่องให้มีกำลังไฟฟ้าสูง (ในหน่วยกิโลวัตต์) เพื่อให้ค่าการวัดได้มีความถูกต้องและเที่ยงตรงสูง อย่างไรก็ตาม การใช้ระดับกำลังสูงอาจประสบปัญหาการจัดหาแหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้าที่เพียงพอ โดยเฉพาะการตรวจวัดค่าในบริเวณห่างไกลที่ไม่มีระบบไฟฟ้า ดังนั้นการออกแบบเครื่องตรวจวัดให้สามารถใช้กำลังต่ำแต่มีความเที่ยงตรงในการวัดสูงจะเป็นประโยชน์ต่อการวัดค่าความต้านทานจำเพาะของดินสำหรับที่ห่างไกล งานวิจัยนี้นำเสนอผลการศึกษาระดับของกำลังไฟฟ้าต่อความเที่ยงตรงในการวัดค่าความต้านทานจำเพาะของดินด้วยเครื่องตรวจวัดแบบอินเวอร์เตอร์แหล่งจ่ายกระแสที่สามารถปรับระดับความถี่ต่ำกระแสไฟฟ้าสลับความถี่ต่ำได้ในช่วง 10-80 เฮิรตซ์ สำหรับค่าความลึกของดินในห้องปฏิบัติการไม่เกิน 0.5 เมตร ผลการศึกษาพบว่า ระดับกำลังไฟฟ้าที่ต่ำมากเกินไปจะไม่สามารถวัดค่าความต้านทานจำเพาะของดินได้อย่างถูกต้อง ระดับกำลังไฟฟ้าต่ำจะให้ค่าความเที่ยงตรงการวัดต่ำด้วยเมื่อเทียบกับระดับกำลังไฟฟ้าที่สูงกว่า อย่างไรก็ตาม ค่าความเที่ยงตรงในการวัดจะมีค่าไม่แตกต่างกันที่ระดับกำลังไฟฟ้าระดับหนึ่งขึ้นไป กล่าวคือ การเพิ่มกำลังไฟฟ้าที่สูงขึ้นจากระดับดังกล่าวไม่ได้ช่วยให้ค่าความเที่ยงตรงการวัดดีขึ้น ในทางตรงกันข้ามกลับสูญเสียกำลังไฟฟ้าในการวัดโดยเปล่าประโยชน์ การศึกษายังพบอีกว่า การใช้ความถี่ที่สูงขึ้นจะให้ค่าความเที่ยงตรงการวัดที่ดีขึ้นแม้จะใช้ระดับกำลังไฟฟ้าต่ำกว่า