CN110146223B - 盾构机压力传感器标定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种盾构机压力传感器标定装置及方法，包括压力罐，压力罐通过压力盘与盾构机压力传感器连接；盾构机压力传感器密封位于压力罐内；压力罐内的腔体通过气管与空压机连接，压力罐内的腔体还与压力表连接，气管上设有进气阀；盾构机压力传感器通过信号线与工控机电连接。标定的方法是，启动空压机，开启进气阀，向压力罐内注入气体，读取压力表的读数y₁，并记录此时盾构机压力传感器所显示的应力值x₁；完成盾构机压力传感器的标定。本发明采用气压对盾构机压力传感器进行标定，气压标定精度高，便于现场操作。

Description

盾构机压力传感器标定装置及方法

技术领域

本发明涉及地下工程施工中的设备检测领域，特别是一种盾构机压力传感器标定装置及方法。

背景技术

随着我国城市化进程的不断加快，城市地铁隧道、公路隧道正处于如火如荼的建设之中，盾构机以其施工速度快、安全性高和环境影响小等优点而被广泛应用在隧道建设中。

土舱压力是盾构机掘进过程中的一项重要施工参数，设置合理的施工土舱压力，对于控制地表沉降、提高掘进速度和保证施工过程中的稳定性具有重要意义。人们在盾构机土舱隔板上安装若干个压力传感器来对土舱压力进行实时监测，根据盾构机操作界面上压力传感器的示数而知晓土舱内的应力情况，并进行相应掘进措施的调整。所以压力传感器示数的正确与否关系到盾构机操作人员对土舱应力情况的判断，直接关系到施工的安全性。

传感器在使用前都需要进行标定以保证示数的准确性，但是盾构机运到项目上组装完毕后，几乎很少人会对压力传感器进行标定，这会影响施工安全。而且压力传感器很容易受到环境温度的影响，不同季节的温度变化也会影响到压力传感器的精确度。另外，现在市面上流行的压力传感器标定装置往往都是根据传统的土压力盒设计的，这些土压力盒渐渐地已经退出历史的舞台，取而代之的是新型压力传感器，如盾构机上常用到的薄膜式土压力传感器，该新型传感器具有体型小、精度高和灵敏度高等特点。薄膜式土压力传感器与土压力盒从外形上、材质上和测量原理上都有着较大区别，所以传统的土压力盒标定装置也不再适用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种盾构机压力传感器标定装置及方法，能够方便地对盾构机压力传感器的整个量程的精度进行标定，从而确保盾构机压力传感器示数的准确性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种盾构机压力传感器标定装置，包括压力罐，压力罐通过压力盘与盾构机压力传感器连接；

盾构机压力传感器密封位于压力罐内；

压力罐内的腔体通过气管与空压机连接，压力罐内的腔体还与压力表连接，气管上设有进气阀；

盾构机压力传感器通过信号线与工控机电连接。

优选的方案中，压力罐内的腔体还与压力排气阀连接。

优选的方案中，压力罐一端和侧壁封闭，压力罐另一端开放；

压力盘为环状结构，压力盘的外缘和内孔边缘设有法兰结构；

压力罐的开放端通过法兰结构与压力盘的外缘密封连接，盾构机压力传感器通过法兰结构与压力盘内孔边缘的法兰结构密封连接；

盾构机压力传感器位于压力盘靠近压力罐内腔的一面；

进气孔和压力阀孔位于压力罐的封闭端；

进气孔用于与气管连接，压力阀孔与压力排气阀连接。

优选的方案中，压力罐一端和侧壁封闭，压力罐另一端开放；

压力盘为环状结构，压力盘的外缘和内孔边缘设有法兰结构；

压力罐的开放端通过法兰结构与压力盘的外缘密封连接，盾构机压力传感器通过法兰结构与压力盘内孔边缘的法兰结构密封连接；

盾构机压力传感器位于压力盘靠近压力罐内腔的一面；

在压力盘上还设有排气阀孔、进气孔和压力阀孔；

排气阀孔与排气阀连接，进气孔用于与气管连接，压力阀孔与压力排气阀连接。

优选的方案中，压力罐与压力盘之间设有密封垫，压力盘与盾构机压力传感器之间设有密封垫。

优选的方案中，所述的进气阀为电磁阀；

所述的压力表为数字压力表；

在空压机上还设有空压机压力表；

还设有PLC，空压机压力表、数字压力表和盾构机压力传感器与PLC的输入端电连接，PLC的输出端与电磁阀电连接；

PLC与工控机电连接。在每次标定过程中，当接近预设的标定压力值时，PLC输出脉冲控制信号，电磁阀采用点通的方式，逐次注入压缩空气，以使输入的压力值与对应的压力值精确对应。

一种采用上述盾构机压力传感器标定装置的方法，包括以下步骤：

S1、将盾构机压力传感器与压力盘通过螺栓连接，盾构机压力传感器与压力盘之间设有密封垫；

S2、将气管、排气阀和压力排气阀与压力盘或压力罐连接；

S3、将压力盘通过螺栓与压力罐通过螺栓连接，盾构机压力传感器位于压力罐的腔体内，压力盘与压力罐之间设有密封垫；

S4、将盾构机压力传感器通过信号线与工控机电连接；

S5、启动空压机，待空压机的空压机压力表显示的压力超过盾构机压力传感器拟标定的压力值；

S6、开启进气阀，向压力罐内注入气体，当压力表显示达到某压强值后，关闭进气阀保持3~5min，到压力表读数稳定后，读取压力表的读数y₁，并记录此时盾构机压力传感器所显示的应力值x₁；

S7、重复步骤S6，向压力罐内注入不同量气体，使得压力表每次显示不同的示数，分别记录压力表示数y_i和盾构机压力传感器所显示的应力值x_i，i≥4；

S8、通过（x₁，y₁）~（x_i，y_i）得出盾构机压力传感器示数与真实值的相关性，完成盾构机压力传感器的标定。

优选的方案中，在步骤S3中，向压力罐内加一定量水，以测试是否密封可靠。

优选的方案中，所述的压力表为标定过的压力表。

优选的方案中，在PLC中设定空压机压力表的压力值，当空压机达到预设压力值时，停止空压机；

设定电磁阀的启动次数和每次压力表对应的压力值，设定电磁阀每次的保持时间，通过以上步骤，自动标定盾构机压力传感器示数与真实值的相关性。

本发明提供的一种盾构机压力传感器标定装置及方法，通过采用以上的方案，具有以下的有益效果：

1、本发明采用气压对盾构机压力传感器进行标定，气压对盾构机压力传感器施加的应力通过气压表可以直接读出，施加应力的过程也更加稳定，并且气压标定精度高。

2、在盾构机内对压力传感器标定时可以利用盾构加压系统进行加压，并且可以在盾构机操作界面实时显示压力传感器所受应力。便于现场操作

3、该发明装置结构简洁，标定方法简便，可以高效便捷地完成盾构机压力传感器的标定。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明装置的整体结构示意图。

图2为本发明中压力盘的主视图。

图3为本发明装置的优选整体结构示意图。

图4为本发明中优选的压力盘的主视图。

图中：盾构机压力传感器1，压力罐2，压力排气阀3，压力表4，进气阀5，压力盘6，工控机7，信号线8，空压机9，空压机压力表10，气管11，螺栓12，数字压力表13，电磁阀14，排气阀15，排气阀孔16，进气孔17，压力阀孔18，PLC19。

具体实施方式

实施例1：

如图1、3中，一种盾构机压力传感器标定装置，包括压力罐2，压力罐2通过压力盘6与盾构机压力传感器1连接；

盾构机压力传感器1密封位于压力罐2内；

压力罐2内的腔体通过气管11与空压机9连接，压力罐2内的腔体还与压力表4连接，气管11上设有进气阀5；

盾构机压力传感器1通过信号线8与工控机7电连接。由此结构，通过向压力罐2内注入高压气体，即可通过标定过的压力表4的读数对盾构机压力传感器1的示数进行精确标定，提高盾构机施工的安全性，减少盾构机压力传感器1的标定时间。

优选的方案如图1、3中，压力罐2内的腔体还与压力排气阀3连接。由此结构，起到安全限压的作用，避免压力过大损坏设备或者造成安全事故。当压力超过压力排气阀3的限定值，压力排气阀3即开启排气，以确保安全。

优选的方案如图1、2中，压力罐2一端和侧壁封闭，压力罐2另一端开放；

压力盘6为环状结构，压力盘6的外缘和内孔边缘设有法兰结构；

压力罐2的开放端通过法兰结构与压力盘6的外缘密封连接，盾构机压力传感器1通过法兰结构与压力盘6内孔边缘的法兰结构密封连接；

盾构机压力传感器1位于压力盘6靠近压力罐2内腔的一面；

进气孔17和压力阀孔18位于压力罐2的封闭端；

进气孔17用于与气管11连接，压力阀孔18与压力排气阀3连接。由此结构，便于测试压力罐2的密封是否可靠。

另一可选的方案如图3、4中，压力罐2一端和侧壁封闭，压力罐2另一端开放；

压力盘6为环状结构，压力盘6的外缘和内孔边缘设有法兰结构；

压力罐2的开放端通过法兰结构与压力盘6的外缘密封连接，盾构机压力传感器1通过法兰结构与压力盘6内孔边缘的法兰结构密封连接；

盾构机压力传感器1位于压力盘6靠近压力罐2内腔的一面；

在压力盘6上还设有排气阀孔16、进气孔17和压力阀孔18；

排气阀孔16与排气阀15连接，进气孔17用于与气管11连接，压力阀孔18与压力排气阀3连接。由此结构，便于压力罐2的加工制作。无需在压力罐2的表面钻孔和安装部件。

优选的方案如图1、3中，压力罐2与压力盘6之间设有密封垫，压力盘6与盾构机压力传感器1之间设有密封垫。

优选的方案中，所述的进气阀5为电磁阀14；

所述的压力表4为数字压力表13；

在空压机9上还设有空压机压力表10；

还设有PLC19，空压机压力表10、数字压力表13和盾构机压力传感器1与PLC19的输入端电连接，PLC19的输出端与电磁阀14电连接；

PLC19与工控机7电连接。由上述的结构，便于实现自动化的标定，减少标定过程中产生的误差。

实施例2：

在实施例1的基础上，如图1~4中，一种采用上述盾构机压力传感器标定装置的方法，包括以下步骤：

S1、将盾构机压力传感器1与压力盘6通过螺栓12连接，盾构机压力传感器1与压力盘6之间设有密封垫；

S2、将气管11、排气阀15和压力排气阀3与压力盘6或压力罐2连接；优选的，在气管11上安装进气阀5和压力表4，进一步优选的，在气管11上安装电磁阀14和数字压力表13；优选的方案中，所述的压力表4和数字压力表13为精确标定过的压力表。

S3、将压力盘6通过螺栓12与压力罐2通过螺栓12连接，盾构机压力传感器1位于压力罐2的腔体内，压力盘6与压力罐2之间设有密封垫；优选的方案中，向压力罐2内加一定量水，通过观测水是否漏出，以测试是否密封可靠。

S4、将盾构机压力传感器1通过信号线8与工控机7电连接；

S5、启动空压机9，待空压机9的空压机压力表10显示的压力超过盾构机压力传感器1拟标定的压力值，还包括在标定过程中压力罐2内损失的压力值；

S6、开启进气阀5，向压力罐2内注入气体，当压力表4显示达到某压强值后，关闭进气阀5保持3~5min，到压力表4读数稳定后，读取压力表4的读数y₁，并记录此时盾构机压力传感器1所显示的应力值x₁；

S7、重复步骤S6，向压力罐2内注入不同量气体，使得压力表4每次显示不同的示数，分别记录压力表4示数y_i和盾构机压力传感器1所显示的应力值x_i，i≥4；i为标定的次数。次数越多，则精确度越高。

S8、通过（x₁，y₁）~（x_i，y_i）得出盾构机压力传感器1示数与真实值的相关性，完成盾构机压力传感器1的标定。

优选的方案中，在PLC19中设定空压机压力表10的压力值，当空压机9达到预设压力值时，停止空压机9；此时的压力值要确保满足多次标定所需的压力，当低于预设值，启动空压机9补充压力。

设定电磁阀14的启动次数和每次压力表4对应的压力值，在PLC中设定电磁阀14每次的保持时间，通过以上步骤，自动标定盾构机压力传感器1示数与真实值的相关性。电磁阀14的启动次数和标定次数相关，由PLC驱动电磁阀14的启闭。通常很难确保输入的压力值与对应的压力值精确对应，因此在每次标定时，当接近预设的标定压力值时，PLC输出脉冲控制信号，则电磁阀14采用点通的方式，逐次注入压缩空气，以使输入的压力值与对应的压力值精确对应。将得到的x₁，y₁~x_i，y_i数值以表格的方式存储到工控机7中，优选的方案中，直接在盾构机压力传感器的显示面板以标定后的压力值对盾构机压力传感器的数据库进行更新，即将盾构机压力传感器中采集的电压值或电流值与新的压力数值进行对应，从而使盾构机压力传感器的显示面板显示标定后的精确压力数值。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的技术特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种盾构机压力传感器标定装置的标定方法，其特征是：包括压力罐（2），压力罐（2）通过压力盘（6）与盾构机压力传感器（1）连接；

盾构机压力传感器（1）密封位于压力罐（2）内；

压力罐（2）内的腔体通过气管（11）与空压机（9）连接，压力罐（2）内的腔体还与压力表（4）连接，气管（11）上设有进气阀（5）；

盾构机压力传感器（1）通过信号线（8）与工控机（7）电连接；

压力罐（2）内的腔体还与压力排气阀（3）连接；

所述的进气阀（5）为电磁阀（14）；

所述的压力表（4）为数字压力表（13），所述的压力表（4）为标定过的压力表；在空压机（9）上还设有空压机压力表（10）；

还设有PLC（19），空压机压力表（10）、数字压力表（13）和盾构机压力传感器（1）与PLC（19）的输入端电连接，PLC（19）的输出端与电磁阀（14）电连接；

PLC（19）与工控机（7）电连接；

压力罐（2）一端和侧壁封闭，压力罐（2）另一端开放；压力盘（6）为环状结构，压力盘（6）的外缘和内孔边缘设有法兰结构；压力罐（2）的开放端通过法兰结构与压力盘（6）的外缘密封连接，盾构机压力传感器（1）通过法兰结构与压力盘（6）内孔边缘的法兰结构密封连接；盾构机压力传感器（1）位于压力盘（6）靠近压力罐（2）内腔的一面；在压力盘（6）上还设有排气阀孔（16）、进气孔（17）和压力阀孔（18）；排气阀孔（16）与排气阀（15）连接，进气孔（17）用于与气管（11）连接，压力阀孔（18）与压力排气阀（3）连接；

标定方法包括以下步骤：

S1、将盾构机压力传感器（1）与压力盘（6）通过螺栓（12）连接，盾构机压力传感器（1）与压力盘（6）之间设有密封垫；

S2、将气管（11）、排气阀（15）和压力排气阀（3）与压力盘（6）或压力罐（2）连接；

S3、将压力盘（6）通过螺栓（12）与压力罐（2）通过螺栓（12）连接，盾构机压力传感器（1）位于压力罐（2）的腔体内，压力盘（6）与压力罐（2）之间设有密封垫；

S4、将盾构机压力传感器（1）通过信号线（8）与工控机（7）电连接；

S5、启动空压机（9），待空压机（9）的空压机压力表（10）显示的压力超过盾构机压力传感器（1）拟标定的压力值；

在PLC（19）中设定空压机压力表（10）的压力值，当空压机（9）达到预设压力值时，停止空压机（9）；

设定电磁阀（14）的启动次数和每次压力表（4）对应的压力值，设定电磁阀（14）每次的保持时间，通过以上步骤，自动标定盾构机压力传感器（1）示数与真实值的相关性；

S6、开启进气阀（5），向压力罐（2）内注入气体，当压力表（4）显示达到某压强值后，关闭进气阀（5）保持3~5min，到压力表（4）读数稳定后，读取压力表（4）的读数y₁，并记录此时盾构机压力传感器（1）所显示的应力值x₁；

在每次标定过程中，当接近预设的标定压力值时，PLC（19）输出脉冲控制信号，电磁阀（14）采用点通的方式，逐次注入压缩空气，以使输入的压力值与对应的压力值精确对应；

S7、重复步骤S6，向压力罐（2）内注入不同量气体，使得压力表（4）每次显示不同的示数，分别记录压力表（4）示数y_i和盾构机压力传感器（1）所显示的应力值x_i，i≥4；

S8、通过（x₁，y₁）~（x_i，y_i）得出盾构机压力传感器（1）示数与真实值的相关性，完成盾构机压力传感器（1）的标定。

2.根据权利要求1所述的一种盾构机压力传感器标定装置的标定方法，其特征是：压力罐（2）与压力盘（6）之间设有密封垫，压力盘（6）与盾构机压力传感器（1）之间设有密封垫。

3.根据权利要求1所述的一种盾构机压力传感器标定装置的标定方法，其特征是：在步骤S3中，向压力罐（2）内加一定量水，以测试是否密封可靠。

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