CN101718605B

CN101718605B - 测量大坝、河流湖泊底部土壤中水压力传感器及测量方法

Info

Publication number: CN101718605B
Application number: CN2009102326368A
Authority: CN
Inventors: 李维平; 黄标; 佘德群
Original assignee: Individual
Current assignee: NANJING GAOHUA TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2029-12-03
Also published as: CN101718605A

Abstract

本发明是一种测量大坝、河流湖泊底部土壤中水压力传感器及其测量方法，其特征是土壤中的水从渗透口经过天然火山石渗透膜进入压力腔室中，经过渗透的水压力作用在硅压力芯体的316L不锈钢膜片上，硅压力芯体感受压力并将其转换为电信号输出；硅压力芯体输出的电信号传输到电信号放大处理板上，经电信号放大及电压转换成电流4～20mA信号；4～20mA电流信号经输出电缆传输到控制采样室。优点：热缩护套热缩在壳体、压紧螺母及输出电缆的连接部位起保护输出电缆的根部；采用1Cr18Ni9Ti不锈钢加工，使传感器整体密封，耐土壤和水的压力，耐土壤和水长期腐蚀。另具渗透性能好、体积小、重量轻、稳定性好、综合精度高、误差小等特点。

Description

测量大坝、河流湖泊底部土壤中水压力传感器及测量方法

技术领域

本发明涉及的是一种测量大坝、河流湖泊底部土壤中水压力传感器及测量方法，测量介质为土壤和泥浆，传感器以天然火山石加工制作成圆形柱状的膜为渗透部件，属于渗透膜土壤水压传感器技术领域。

背景技术

当前测量水的压力传感器的种类很多，主要典型的硅压阻式传感器，工作范围在1Kpa～100Mpa，测量介质为液体，对于粘稠泥浆和土壤中水的压力测量有一定的缺陷；因为硅压阻式传感器是硅微芯片结构，不可以直接测量粘稠泥浆和土壤中水，必须把它封装在不锈钢壳体内，焊接厚度为0.0254mm的316L不锈钢膜做为感应面，内部充满硅油做为传导压力介质，组成硅压力芯体。因为粘稠泥浆和土壤易堵塞硅压力芯体的316L不锈钢膜片感应面，并且它们中可能有较硬的颗粒物状易破坏316L不锈钢膜片感应面，以至于影响传感器的测量精度，更有可能损坏传感器，使测量无法进行。

发明内容

本发明提出的是一种测量大坝、河流湖泊底部土壤中水压力传感器及测量方法，其目的旨在克服现有技术所存在的缺陷，利用天然火山石的渗透及抗压性能强的特点，将其加工成圆柱形状；加以硅压阻式压力传感器小型化、耐腐蚀、测量范围宽及稳定性能好的特点，可以预埋在大坝的体内和河流湖泊的底部，测量大坝的体内和河流湖泊的底部土壤中的水压力，将测量采集信号传出，采用实时监测的方式，对大坝体内和河流湖泊底部土壤中的水压进行检测。

本发明的技术解决方案：其特征是天然火山石渗透膜安装在固定保护套中，固定保护套和压力接头通过螺纹连接，硅压力芯体通过“O”型密封圈密封安装在压力接头中，压环通过螺纹和压力接头连接压紧硅压力芯体，电信号放大处理板用安装螺钉固定在压环上，壳体和压力接头通过氩弧焊接成整体，该整体内部灌封硅胶；输出电缆和电信号放大处理板连接，档圈和“O”型密封圈套在输出电缆上，用压紧螺母紧固，热缩护套热缩在壳体、压紧螺母及输出电缆的连接部位；测量时，土壤中的水从渗透口经过天然火山石渗透膜进入压力腔室中，经过渗透的水压力作用在硅压力芯体的316L不锈钢膜片上，硅压力芯体感受压力并将压力转换为电信号输出；硅压力芯体输出的电信号传输到电信号放大处理板上，经过电信号放大处理板上的电信号放大电路的信号放大及电压转换成电流4～20mA信号；4～20mA电流信号经输出电缆传输到控制采样室。

本发明的优点：热缩护套热缩在壳体、压紧螺母及输出电缆的连接部位。起保护输出电缆的根部；固定保护套、压力接头、压环、壳体及压紧螺母采用1Cr18Ni9Ti不锈钢加工，使传感器整体密封，耐土壤和水的压力，耐土壤和水长期腐蚀。本传感器具有渗透性能好、体积小、重量轻、全不锈钢水密结构、耐压防腐蚀的特点；稳定性能好，综合精度高，误差小等优点。

附图说明

附图1是渗透膜土壤水压传感器的结构示意图。

附图2是压力芯体补偿电路图。

附图3是放大电路板的4～20mA输出电路框图。

图中的1是固定保护套、2是土壤水渗透口、3是天然火山石渗透膜、4是固定安装孔、5是压力腔室、6是316L不锈钢膜片、7是硅压力芯体、8是“O”型密封圈、9是压力接头、10是压环、11是安装螺钉、12是电信号放大处理板、13是壳体、14是灌封硅胶、15是档圈、16是“O”型密封圈、17是压紧螺母、18是热缩护套、19是输出电缆。

具体实施方式

对照附图1，其结构包括固定保护套1、天然火山石渗透膜3、硅压力芯体7、“O”型密封圈8、压力接头9、压环10、安装螺钉11、电信号放大处理板12、壳体13、灌封硅胶14、档圈15、“O”型密封圈16、压紧螺母17、热缩护套18、输出电缆19。其中天然火山石渗透膜3安装在固定保护套1中，固定保护套1和压力接头9通过螺纹连接，硅压力芯体7通过“O”型密封圈8密封安装在压力接头9中，压环10通过螺纹和压力接头9连接压紧硅压力芯体7，电信号放大处理板12用安装螺钉11固定在压环10上；壳体13和压力接头9通过氩弧焊接成整体，该体内内部灌封硅胶14；输出电缆19和电信号放大处理板12连接，从壳体13后端部输出，档圈15和“O”型密封圈16套在输出电缆19上并用压紧螺母17紧固，热缩护套18热缩在壳体13、压紧螺母17及输出电缆19的连接部位，起保护输出电缆的根部；固定保护套、压力接头、压环、壳体及压紧螺母采用1Cr18Ni9Ti不锈钢加工，使传感器整体密封，耐土壤和水的压力，耐土壤和水长期腐蚀。

测量时，土壤中的水从渗透口2经过天然火山石渗透膜3进入压力腔室5中，经过渗透的水压力作用在硅压力芯体7的316L不锈钢膜片6上，硅压力芯体7感受压力并将其转换为电信号输出；硅压力芯体7输出的电信号传输到电信号放大处理板12上，经过电信号放大处理板12上的电信号放大电路的信号放大及电压转换成电流4～20mA信号；4～20mA电流信号经输出电缆19传输到控制采样室。

对照附图2，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4是压力敏感芯电桥，电阻R5、电阻R6是调整压力芯体的零点输出，电阻R7、电阻R8是零点温度补偿作用，二极管D1、电阻R9是灵敏度温度补偿和调整压力输出信号的作用。Vin+、Vin-是压力芯体电源的输入端，Vout+、Vout是压力芯体信号的输出端。

对照附图3，由现有技术稳压电路、压力芯体、电压放大电路和V/I转换电路组成，稳压电路对外界供电电源进行二次稳压再提供给压力新芯体和电压放大电路；电压放大电路将压力芯体的信号进行放大处理；V/I转换电路将电压信号转换成恒定的电流信号。

硅压力芯体7采用S19型压力敏感芯体，其结构是硅压力敏感芯片粘贴在316L不锈钢玻璃烧结体上，焊环和316L不锈钢膜片及316L不锈钢玻璃烧结体焊接，内部灌充硅油，温度补偿电路安装在不锈钢玻璃烧结体的引脚上；工作原理是压力作用在316L不锈钢膜片，316L不锈钢膜片将感受的压力通过硅油传递到硅压力敏感芯片上，硅压力敏感芯片将压力转换为电信号，电信号通过玻璃烧结体的引脚传递到温度补偿板，温度补偿板再将信号传递到电信号放大处理板12上。

电信号放大处理板12工作原理是稳压模块将输入电源进行二次稳压，

放大电路将硅压力芯体的毫伏级信号放大到伏级电压信号，V/I转换电路将电压信号转换为标准的4～20mA电流信号。

Claims

1.测量大坝、河流湖泊底部土壤中水压力传感器，其特征是天然火山石渗透膜安装在固定保护套中，固定保护套和压力接头通过螺纹连接，硅压力芯体通过第一“O”型密封圈密封安装在压力接头中，压环通过螺纹和压力接头连接压紧硅压力芯体，电信号放大处理板用安装螺钉固定在压环上，壳体和压力接头通过氩弧焊接成整体，该整体内部灌封硅胶；输出电缆和电信号放大处理板连接，档圈和第二“O”型密封圈套在输出电缆上，用压紧螺母紧固，热缩护套热缩在壳体、压紧螺母及输出电缆的连接部位。

2.一种采用权利要求1所述的测量大坝、河流湖泊底部土壤中水压力传感器的测量方法，其特征是测量时，土壤中的水从渗透口经过天然火山石渗透膜进入压力腔室中，经过渗透的水压力作用在硅压力芯体的316L不锈钢膜片上，硅压力芯体感受压力并将压力转换为电信号输出；硅压力芯体输出的电信号传输到电信号放大处理板上，经过电信号放大处理板上的电信号放大电路的信号放大及电压转换成电流4～20mA信号；4～20mA电流信号经输出电缆传输到控制采样室。