CN105466634B - 一种孔隙水压力计标定系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种孔隙水压力计标定系统，包括压力调节器、脱水装置、空气通道、水位指示管、标定试管、电子压力显示器、水箱、气囊、排水通道、压力调节器、气泵、水源和真空泵系统。水箱顶部连接水源，底部设置排水通道，内部设有气囊，气囊与气泵管路连接，管路上安装压力调节器。标定试管由六根透明管和上下连通器组成；下连通器与水箱连接，上连通器与电子压力显示器和水位指示管连接。脱水装置一端通过管路连接真空泵系统，管路上安装有压力调节器，另一端与水位指示管连通后通过管路连接水箱；系统各部件连接处均密封。本发明系统构造简单，适用性广，可同时实现了孔隙水压力计去空气、饱和以及标定，提高了系统的精度。

Description

一种孔隙水压力计标定系统

技术领域

本发明属于传感器技术领域，涉及一种孔隙水压力计标定系统。

背景技术

孔隙水压力计被广泛应用于水工建造物、基础与挡土墙、大坝与堤防、边坡与开挖工程、隧洞与地下工程、废料堆积场等项目中；在土工物理模型试验、单元体试验等试验中，孔隙水压力计也是不可或缺的传感器，可以用来测量孔隙水或其它流体压力，包括正压和负压。

在传感器使用前，需要对孔隙水压力计进行标定以确认该传感器处于正常工作状态。另外，在孔隙水压力计使用一定时间后，也需要将传感器放在孔隙水压力计标定系统上进行标定，防止出现因为元件老化或失灵而导致的测量不准。

现有的技术中，孔隙水压力计标定需要经历孔隙水压力计去空气、饱和以及标定三个步骤。这三个步骤通常在不同仪器设备上分开进行，三次安装拆卸过程极易造成传感器损坏，且孔隙水压力计在去空气后不能避免再次接触空气，从而使得标定系数误差较大；另外，孔隙水压力计标定系统加压部件主要通过在标定舱内注入水以实现增压，注水加压不易控制且只能产生正向压力，这将导致量程范围小于100kPa的孔隙水压力计标定不准，且传感器负量程没法标定。

因此，研发一种测量结果精准，集三个标定步骤于一体的孔隙水压力计标定系统，成为亟需解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种孔隙水压力计标定系统。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种孔隙水压力计标定系统，包括压力调节器、脱水装置、空气通道、水位指示管、标定试管、电子压力显示器、水箱、气囊、排水通道、压力调节器、气泵、水源和真空泵系统；所述水箱顶部通过管路连接水源，管路上设有开关，水箱底部设置排水通道，排水通道上设有开关；所述气囊位于水箱内部，气囊通过管路连接气泵，管路上设有压力调节器，在气囊和压力调节器之间的管路上设有开关；所述标定试管由六根透明管、上连通器和下连通器组成；下连通器通过管路连接水箱，管路上设有开关；上连通器一侧安装有电子压力显示器，另一侧通过管路连接水位指示管，管路上设有开关；所述脱水装置一端通过管路连接真空泵系统，管路上安装有压力调节器，在真空泵系统和压力调节器之间的管路上设有开关，压力调节器可以控制真空压力值大小；所述脱水装置另一端与水位指示管连通后通过管路连接水箱，管路上设有开关；在脱水装置和水位指示管连接的管路上设有空气通道，空气通道上设有开关；以上所述部件连接处均密封，防止漏气和漏水。

进一步地，所述的管路为透明塑料软管，用于实现水、气介质在各部件间的流通，且可以直接观察到管内水介质的流动。

进一步地，所述的水箱用于储水，其材质采用透明高强度材料制作，既可观察水位高度，又能承受高压。

进一步地，所述的气囊采用高强膜制作而成，未经过气泵通入压缩空气前体积较小，此时水箱的功能是储水；通入压缩空气后体积膨胀，约占水箱体积一半，此时水箱的功能是加压罐，压力值可通过控制进气量改变。

进一步地，所述的标定试管中的透明管和上下连通器采用高强度材料制作而成，管子和连通器接口处严格密封，防止进气和漏水。

进一步地，在标定过程中，孔隙水压力计探头需放入标定试管中的透明管内，孔隙水压力计接线在透明管外，接线与透明管处需严格密封，防止进气。

进一步地，所述的电子压力显示器可实时显示标定试管中的水压值。

进一步地，所述的真空泵系统可产生真空负压，用于去掉孔隙水压力计和水箱中储水内的多余空气，同时还可对标定试管施加负压，实现孔隙水压力计负压量程的标定。

进一步地，所述的脱水装置可防止水箱和水位指示管中的水分进入真空泵系统，造成真空泵的损坏，且所述的真空泵系统位置需高于水箱顶部。

进一步地，所述的空气通道用于通入空气，释放真空泵系统产生的真空压力。

进一步地，所述的排水通道用于排放水箱中的储水。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明系统可同时实现孔隙水压力计去空气、饱和以及标定三个步骤，传感器可避免多次拆卸安装，极大降低损坏概率，提高孔隙水压力计测量精度。

(2)本发明系统采用气压增加，提高了压力值的可控性。

(3)本发明系统可对正压量程和负压量程进行标定，扩大了孔隙水压力计标定的量程范围。

(4)本发明系统结构简单，原理易懂，易于制造且可根据原有系统开发新的用途。

(5)本发明实现成本低，使用效果好，便于推广使用。

附图说明

图1是本发明的孔隙水压力计标定系统的原理示意图；

图中：第一开关1-1；第二开关1-2；第三开关1-3；第四开关1-4；第五开关1-5；第六开关1-6；第七开关1-7；第八开关1-8；压力调节器2；脱水装置3；空气通道4；水位指示管5；标定试管6；电子压力显示器7；水箱8；气囊9；排水通道10；压力调节器11；气泵12；水源13；真空泵系统14；透明塑料软管15。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供的孔隙水压力计标定系统，包括压力调节器2、脱水装置3、空气通道4、水位指示管5、标定试管6、电子压力显示器7、水箱8、气囊9、排水通道10、压力调节器11、气泵12、水源13和真空泵系统14。

所述的水箱8用于储水，其材质采用透明高强度材料制作，既可观察水位高度，又能承受高压。该水箱8顶部与水源13通过透明塑料软管15连接在一起，透明塑料软管15中部设置有第一开关1-1，用于控制水源13的流入。所述水箱8底部设置排水通道10，排水通道10上设有第八开关1-8。

所述的气囊9设置在水箱8的内部，气囊9与气泵12通过透明塑料软管15连接，软管上安装有第七开关1-7和压力调节器11，气囊9采用高强膜制作而成，未经气泵12通入压缩空气前体积较小，水箱8主要用于储水；通入压缩空气后体积膨胀，约占水箱体积一半，通过控制进气量，可实现水箱增压，压力调节器11可以控制压缩空气压力值大小。

标定试管6由六根透明管6-1、上连通器6-3和下连通器6-2组成，透明管6-1、上连通器6-3和下连通器6-2采用高强度材料制作而成；上连通器6-3和下连通器6-2可以保证各透明管6-1内水位和水压一致；下连通器6-2与水箱8通过透明塑料软管15连接，透明塑料软管15上安装有第五开关1-5；上连通器6-3左侧安装有电子压力显示器7，可实时显示标定试管6中的水压值，上连通器6-3右侧与水位指示管5通过透明塑料软管15连接，透明塑料软管15上设置有第四开关1-4。在标定过程中，孔隙水压力计探头需放入标定试管6中的透明管6-1内，孔隙水压力计接线在透明管6-1外，接线与透明管6-1处需严格密封，防止进气和漏水。

所述真空泵系统14可产生真空负压，用于去掉孔压力计和水箱8中储水内的多余空气，同时还可对标定试管6施加负压，从而标定传感器的负压量程；该真空泵系统14和脱水装置3通过透明塑料软管15连接，透明塑料软管15上安装有压力调节器2和第二开关1-2；压力调节器2可以控制真空压力值大小；脱水装置3可防止水箱8中水分进入真空泵系统14，造成真空泵的损坏。所述脱水装置3还与水位指示管5连接，并且两者共同与水箱8通过透明塑料软管15连接，透明塑料软管15上设置第三开关1-3。所述空气通道4用于通入空气，释放真空泵系统产生的真空压力。该通道位于在脱水装置3和水位指示管5的连接透明塑料软管15中间，空气通道4上设置有第六开关1-6。

所述透明塑料软管15用于实现水、气介质在各部件间的流通。透明塑料软管15与上述各部件连接处均需密封，防止漏气和漏水。

本发明可以实现孔隙水压力计去空气、饱和以及标定三个功能，具体的工作原理如下：

(1)准备工作：

首先关闭所有开关(1-1～1-8)，打开第一开关1-1，在水箱8内注入水源13；当水箱8内水位达到一半时，关闭第一开关1-1。

然后启动真空泵系统14，打开第二开关1-2和第三1-3，大约30min后，关闭第三开关1-3和第二开关1-2，停止真空泵系统14的运行。

将标定试管6中的透明管6-1盖子打开，在透明管6-1内放入待标定的孔隙水压力计探头，将孔隙水压力计接线留在透明管6-1外，盖上透明管盖子并密封，确保不漏气不漏水。

(2)孔隙水压力计去空气步骤：

确保所有开关(1-1～1-8)处于关闭状态，打开第四开关1-4；启动真空泵系统14，打开第二开关1-2；1min后，核对压力调节器2和电子压力显示器7的度数，如果不一致，检查透明管6-1盖子处是否密封好，并重新进行此步骤，直到压力调节器2和电子压力显示器7的度数一致；注意：此时的压力值不可以超过孔隙水压力计量程的一半。

等待约15min后，完成孔隙水压力计去空气步骤，关闭第四开关1-4和第二1-2，随后停止真空泵系统14的运行。

(3)孔隙水压力计饱和步骤：

确保所有开关(1-1～1-8)处于关闭状态，启动真空泵系统14，打开第二开关1-2、第三开关1-3、第四开关1-4；等待一段时间(约5min)，当压力调节器2和电子压力显示器7的度数一致后，缓慢且小心的打开第五开关1-5，确保水箱8中的储水缓慢的进入标定试管6中；一旦标定试管6中透明管内的水位高于第四开关1-4且快要进入水位指示管5时，立即关闭第四开关1-4。随后关闭第二开关1-2、第三开关1-3。

打开第七开关1-7，在气囊9中通过气泵12缓慢通入压缩空气，通过压力调节器11缓慢增加水箱8内水压，直至水压达到孔隙水压力计量程的一半，此时当压力调节器11和电子压力显示器7的度数应当一致；等待约30min至1h左右，完成孔隙水压力计饱和步骤。

关闭第五开关1-5和第七开关1-7。

(4)孔隙水压力计标定步骤：

正压力标定：确保所有开关(1-1～1-8)处于关闭状态，打开第五开关1-5。随后打开第七开关1-7，在气囊9通过气泵12缓慢通入压缩空气，通过压力调节器11，逐渐增加标定试管6中的水压，直至达到孔隙水压力计正压量程最大值，随后逐级减压，直至压力值为0；与此同时，实时记录电子压力显示器7的度数，以及孔隙水压力计的电压信号；重复这一步骤3次，随后，关闭第五开关1-5和第七开关1-7，完成孔隙水压力计正压力标定步骤。

负压力标定：确保所有开关(1-1～1-8)处于关闭状态。启动真空泵系统14，打开开关第二1-2。随后打开第四开关1-4，通过压力调节器2，逐渐减小标定试管6中的水压，直至达到孔隙水压力计负压量程最大值，随后逐级增压，直至压力值为0；与此同时，实时记录电子压力显示器7的度数，以及孔隙水压力计的电压信号；重复这一步骤3次，随后，关闭第二开关1-2和第四1-4，完成孔隙水压力计负压力标定步骤。

(5)结束步骤

确保所有开关(1-1～1-8)处于关闭状态，然后打开第六开关1-6、第三开关1-3和第四开关1-4，在装置内通入空气，释放真空泵系统14产生的真空负压；当装置内压力回到大气压后，打开排水通道10上的第八开关1-8，排掉水箱8中的储水；打开透明管6-1的盖子，取出孔隙水压力计，完成孔隙水压力计标定的全过程。

以上所述仅是本发明的实施方式描述，应当指出，由于文字表达的局限性，而在客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，做出的改进和润色均在本实新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种孔隙水压力计标定系统，其特征在于，包括压力调节器(2)、脱水装置(3)、空气通道(4)、水位指示管(5)、标定试管(6)、电子压力显示器(7)、水箱(8)、气囊(9)、排水通道(10)、压力调节器(11)、气泵(12)、水源(13)和真空泵系统(14)；所述水箱(8)顶部通过管路连接水源(13)，管路上设有开关，水箱(8)底部设置排水通道(10)，排水通道(10)上设有开关；所述气囊(9)位于水箱(8)内部，气囊(9)通过管路连接气泵(12)，管路上设有压力调节器(11)，在气囊(9)和压力调节器(11)之间的管路上设有开关；所述标定试管(6)由六根透明管(6-1)、上连通器(6-3)和下连通器(6-2)组成；下连通器(6-2)通过管路连接水箱(8)，管路上设有开关；上连通器(6-3)一侧安装有电子压力显示器(7)，另一侧通过管路连接水位指示管(5)，管路上设有开关；所述脱水装置(3)一端通过管路连接真空泵系统(14)，管路上安装有压力调节器(2)，在真空泵系统(14)和压力调节器(2)之间的管路上设有开关，压力调节器(2)可以控制真空压力值大小；所述脱水装置(3)另一端与水位指示管(5)连通后通过管路连接水箱(8)，管路上设有开关；在脱水装置(3)和水位指示管(5)连接的管路上设有空气通道(4)，空气通道(4)上设有开关；以上部件连接处均密封，防止漏气和漏水；

在标定过程中，孔隙水压力计探头放入标定试管(6)中的透明管(6-1)内，孔隙水压力计接线在透明管(6-1)外，孔隙水压力计接线与透明管(6-1)处需严格密封，防止进气。

2.根据权利要求1所述的孔隙水压力计标定系统，其特征在于，所述的管路为透明塑料软管(15)，用于实现水、气介质在各部件间的流通，且可以直接观察到水介质的流动。

3.根据权利要求1所述的孔隙水压力计标定系统，其特征在于，所述的水箱(8)用于储水，其材质采用透明高强度材料制作，既可观察水位高度，又能承受高压。

4.根据权利要求1所述的孔隙水压力计标定系统，其特征在于，所述的气囊(9)采用高强膜制作而成，未经气泵(12)通入压缩空气前体积较小，此时水箱(8)的功能是储水；通入压缩空气后体积膨胀，约占水箱(8)体积一半，此时水箱(8)的功能是加压罐，压力值可通过控制进气量改变。

5.根据权利要求1所述的孔隙水压力计标定系统，其特征在于，所述的电子压力显示器(7)可实时显示标定试管(6)中的水压值。

6.根据权利要求1所述的孔隙水压力计标定系统，其特征在于，所述的真空泵系统(14)可产生真空负压，用于去掉孔隙水压力计和水箱(8)中储水内的多余空气，同时还可对标定试管(6)施加负压，实现孔隙水压力计负压量程的标定。

7.根据权利要求1所述的孔隙水压力计标定系统，其特征在于，所述的脱水装置(3)可防止水箱(8)和水位指示管(5)中的水分进入真空泵系统(14)，造成真空泵的损坏，且所述的真空泵系统(14)位置需高于水箱(8)顶部。

8.根据权利要求1所述的孔隙水压力计标定系统，其特征在于，所述的空气通道(4)用于通入空气，释放真空泵系统(14)产生的真空压力。

9.根据权利要求1所述的孔隙水压力计标定系统，其特征在于，所述的排水通道(10)用于排放水箱(8)中的储水。