CN209727331U - 一种微型孔隙水压计 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微型孔隙水压计，该微型孔隙水压计主要包括主壳体、过滤器和感应元件，其中，感应元件安装在主壳体的内部，过滤器和主壳体可拆卸连接。优选地，通过螺帽和主壳体构成分体式的可拆卸连接结构，从而令过滤器在主壳体内自由拆装。从而，本实用新型提供的微型孔隙水压计可在过滤器未饱和、堵塞等故障下进行及时更换，能够提高孔隙水压计的量测故障应急能力、试验灵活性、重复利用率，还能够使得过滤器的清理与饱和过程可单独进行，有效避免了对传感器感应元件等精密器件造成损伤。

Description

一种微型孔隙水压计

技术领域

本实用新型涉及传感器技术领域，特别涉及一种微型空隙水压计。

背景技术

孔隙水压力：指土壤或岩石中地下水的压力，该压力作用于微粒孔隙之间。孔隙水压力又分为静孔隙水压力与超静孔隙水压力。

静孔隙水压力：由地基土中地下水的自重引起的，即静止的地下水以下的孔隙水压力都是静孔隙水压力。

超静孔隙水压力：由于静力或动力作用，超过与地下水条件有关的起始静孔隙水压力的那部分孔隙水压力称为超静孔隙水压力。

孔隙水压计：孔隙水压计(简称孔压计)是观测土体中超静孔隙水压力增长与消散的关键性量测传感器，可用于监测、判别场地和岩土构筑物等力学性态与稳定性。微型孔隙水压计，即传感器主体长度大约在1厘米至5厘米左右的孔隙水压计。

孔压比：超静孔隙水压力与有效应力之比。

过滤器：为了确保传感器的感应元件仅受到土体内孔隙流体的作用力，传感器的前端必须加上过滤器，过滤器的作用是用来将土颗粒与孔隙流体相互分离开，让孔隙流体自由进出传感器中，进而引起压力的改变，并且使传感器没有受到周围土体所施加的额外压力。

孔隙水压计广泛应用于监测与判别岩土承载体、结构物及单元本构模型试验、常规振动台试验、土工离心模型试验、地震模拟试验、现场监测中土体内部孔隙水压力变化，而孔压比则是能够表征各类饱和土体损坏程度的重要力学参数之一。由此说明了孔隙水压计的性能对于现场测试和物理模型试验中量测数据的准确性和可靠性至关重要。

目前国内外实验室在物理模型试验和现场监测等岩土工程领域中广泛使用的孔隙水压计，均为一体式结构设计，即传感器为一个整体结构，内部过滤器不可进行拆卸。然而，经过大量调研与试验，表明在土工离心模型试验、常规振动台试验和地震模拟试验、现场原位监测中一体式孔隙水压计的量测故障应急能力、试验灵活性、重复利用率表现较差。

因此，如何提高孔隙水压计的量测故障应急能力、试验灵活性、重复利用率，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种微型孔隙水压计，能够提高微型孔隙水压计的量测故障应急能力、试验灵活性、重复利用率，还能够令过滤器的清理与饱和过程单独进行，以避免对感应元件等精密部分造成损伤。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种微型孔隙水压计，包括主壳体、过滤器和感应元件，所述感应元件安装在所述主壳体的内部，所述过滤器和所述主壳体可拆卸连接。

优选地，在上述微型孔隙水压计中，所述主壳体内沿轴向依次设置有用于安装所述过滤器的第一安装孔位和用于安装所述感应元件的第二安装孔位，所述第一安装孔位和所述第二安装孔位之间设置有用于对所述过滤器进行轴向限位的台阶；

所述过滤器通过可拆卸连接件定位在所述第一安装孔位内。

优选地，在上述微型孔隙水压计中，所述可拆卸连接件为螺帽，所述螺帽上设置有用于与所述主壳体螺纹连接的内螺纹或外螺纹，所述螺帽的侧端面设置有透水孔。

优选地，在上述微型孔隙水压计中，还包括用于防止孔隙流体和土颗粒从所述过滤器周侧进入所述主壳体内的密封圈。

优选地，在上述微型孔隙水压计中，所述螺帽上设置有用于与所述主壳体螺纹连接的内螺纹；

所述第一安装孔位的一端设置有锥形孔壁；

所述密封圈套设在所述过滤器上，且通过所述螺帽上的限位台阶和所述锥形孔壁进行轴向限位。

优选地，在上述微型孔隙水压计中，所述主壳体内还设置有密封板，所述密封板上设置有第一通气孔，所述密封板和所述第一安装孔位分别位于所述第二安装孔位的两侧；

所述感应元件的一端设置有第二通气孔和通气套管，所述通气套管的一端与所述第二通气孔连通，另一端穿过所述第一通气孔伸出所述主壳体外。

优选地，在上述微型孔隙水压计中，所述感应元件上的外接芯线穿过所述通气套管伸出所述主壳体外。

优选地，在上述微型孔隙水压计中，所述通气套管为硅胶材质。

从上述技术方案可以看出，本实用新型提供的微型孔隙水压计中，由于过滤器可自由拆卸和安装，从而，当过滤器发生未饱和(过滤器内部含有气体)、堵塞(当土体中土颗粒粒径与过滤器的孔隙大小相同时会直接堵塞过滤器的孔隙，即造成堵塞)、污染(如土工离心试验中使用硅油作为孔隙流体，硅油是一种难以清理的物质)等情况发生时，可及时更换过滤器，从而有效解决微型孔隙水压计的故障问题，极大增强了孔隙水压计的故障应急能力、试验可控性、重复利用率。

而且，该微型孔隙水压计可根据不同试验土体的类型，选择更换不同孔隙大小、尺寸、渗透性、材质的过滤器，不仅增强了试验灵活性，而且还减少了土工实验室和现场监测配置的微型孔隙水压计的数量。

而且，该微型孔隙水压计中的过滤器的清理与饱和过程可单独进行，不仅简化了过滤器的处理操作过程，还避免了对微型孔隙水压计的感应元件等精密部分造成损伤。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型第一具体实施例提供的微型孔隙水压计在第一角度方向的整体结构示意图；

图2为本实用新型第一具体实施例提供的微型孔隙水压计在第二角度方向的整体结构示意图；

图3为本实用新型第一具体实施例提供的微型孔隙水压计的爆炸图；

图4为本实用新型第一具体实施例提供的螺帽在第一角度方向的结构示意图；

图5为本实用新型第一具体实施例提供的螺帽在第二角度方向的结构示意图；

图6为本实用新型第一具体实施例提供的主壳体在第一角度方向的结构示意图；

图7为本实用新型第一具体实施例提供的主壳体在第二角度方向的结构示意图；

图8为本实用新型第一具体实施例提供的螺帽的半剖图；

图9为本实用新型第一具体实施例提供的主壳体的半剖图；

图10为本实用新型第一具体实施例提供的螺帽、橡胶圈、过滤器和主壳体的组装结构示意图；

图11为本实用新型第一具体实施例提供的感应元件和通气电缆构成的组合件在第一角度方向的整体结构示意图；

图12为本实用新型第一具体实施例提供的感应元件和通气电缆构成的组合件在第二角度方向的整体结构示意图；

图13为本实用新型第二具体实施例提供的螺帽、橡胶圈、过滤器和主壳体的组装结构示意图；

图14为本实用新型第三具体实施例提供的螺帽、橡胶圈、过滤器和主壳体的组装结构示意图。

其中：

01-螺帽，02-密封圈，03-过滤器(优选采用多孔透水石作为过滤器)，

04-主壳体，05-感应元件，06-通气电缆，

011-透水孔，012-内螺纹，

041-外螺纹，042-锥形孔壁，

043-第一安装孔位，044-第二安装孔位，045-第一通气孔，046-防水凹槽，

051-硅膜片，052-芯体保护壳，053-第二通气孔，

061-通气套管，062-外接芯线。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

第一具体实施例

请参阅图1至图12，图1为本实用新型第一具体实施例提供的微型孔隙水压计在第一角度方向的整体结构示意图，图2为本实用新型第一具体实施例提供的微型孔隙水压计在第二角度方向的整体结构示意图，图3为本实用新型第一具体实施例提供的微型孔隙水压计的爆炸图，图4为本实用新型第一具体实施例提供的螺帽在第一角度方向的结构示意图，图5为本实用新型第一具体实施例提供的螺帽在第二角度方向的结构示意图，图6为本实用新型第一具体实施例提供的主壳体在第一角度方向的结构示意图，图7为本实用新型第一具体实施例提供的主壳体在第二角度方向的结构示意图，图8为本实用新型第一具体实施例提供的螺帽的半剖图，图9为本实用新型第一具体实施例提供的主壳体的半剖图，图10为本实用新型第一具体实施例提供的螺帽、橡胶圈、过滤器和主壳体的组装结构示意图，图11为本实用新型第一具体实施例提供的感应元件和通气电缆构成的组合件在第一角度方向的整体结构示意图，图12为本实用新型第一具体实施例提供的感应元件和通气电缆构成的组合件在第二角度方向的整体结构示意图。

本实用新型第一具体实施例提供的微型孔隙水压计(型号为DSP-I)，包括主壳体04、过滤器03和感应元件05，感应元件05安装在主壳体04的内部，过滤器03和主壳体04可拆卸连接。

其中，过滤器03又称多孔过滤器，主要作用是用来将土颗粒与孔隙流体相互分离开，让孔隙流体自由进出传感器。在进行试验前，微型孔隙水压计需要根据土体的类型选用对应的过滤器，现配置的多孔过滤器主要以不锈钢烧结、铜烧结、塑料烧结、陶土烧结四种类型为主，可根据量测环境选择过滤0.002～1.5mm粒径范围内的土颗粒。

本实用新型第一具体实施例提供的微型孔隙水压计中，由于过滤器03可自由拆卸和安装，从而，当过滤器03发生未饱和(过滤器03内部含有气体)、堵塞(当土体中土颗粒粒径与过滤器03的孔隙大小相同时会直接堵塞过滤器03的孔隙，即造成堵塞)、污染(如土工离心试验中使用硅油作为孔隙流体，硅油是一种难以清理的物质)等情况发生时，可及时更换过滤器03，从而有效解决微型孔隙水压计的故障问题，极大增强了微型孔隙水压计的故障应急能力、试验可控性、重复利用率。

而且，本实用新型第一具体实施例提供的微型孔隙水压计，可根据不同试验土体的类型，选择更换不同孔隙大小、尺寸、渗透性、材质的过滤器03，不仅增强了试验灵活性，而且还减少了土工实验室和现场监测配置的微型孔隙水压计的数量。

具体地，在上述微型孔隙水压计中，主壳体04内沿轴向依次设置有用于安装过滤器03的第一安装孔位043和用于安装感应元件05的第二安装孔位044，第一安装孔位043和第二安装孔位044之间设置有用于对过滤器03进行轴向限位的台阶；过滤器03通过可拆卸连接件定位在第一安装孔位043内。

具体地，上述可拆卸连接件优选为螺帽01，螺帽01内设置有用于与主壳体04螺纹连接的内螺纹012，并且，螺帽01的侧端面设置有透水孔011。

使用时，螺帽01配合主壳体04的第一安装孔位043和第二安装孔位044之间的限位台阶，能够对过滤器03进行固定，且能够实现过滤器03和主壳体04之间的可拆卸连接。当需要将过滤器03从主壳体04上拆卸下来时，先将螺帽01从主壳体04上拧下，然后依次将过滤器03从主壳体04上取出即可。

可见，本实用新型第一具体实施例提供的微型孔隙水压计中，通过螺帽01和主壳体04构成分体式结构，从而实现了令过滤器03自由拆装的的目的。

具体地，在上述微型孔隙水压计中还设置有密封圈02。密封圈02优选采用四氟乙烯包氟材质的O型密封圈，具有良好的抗硬化性、抗老化、抗脆性等特点，其主要作用是防止孔隙流体和土颗粒从过滤器03的两侧流入传感器内部。

具体地，在上述微型孔隙水压计中，主壳体04的内侧端部，即上述第一安装孔位043的一端，设置有用于对密封圈02进行挤压固定的锥形孔壁042。组装时，密封圈02套设在过滤器03上，与过滤器03的侧壁紧密连接，然后，通过螺帽01上的限位台阶和该锥形孔壁042对密封圈02进行轴向限位。(其位置关系具体可参见图10)

具体地，在上述微型孔隙水压计中，主壳体04内还设置有密封板，密封板上设置有第一通气孔045，密封板和第一安装孔位043分别位于第二安装孔位044的两侧。

而且，感应元件05的一端设置有第二通气孔053和通气套管061，通气套管061的一端与第二通气孔053连通，另一端穿过第一通气孔045伸出主壳体04外以连通大气压。可见，通气套管061用于将感应元件05上的第二通气孔053连通大气压，从而能够以大气压力为参考基准。从而，微型孔隙水压计工作时，通气套管061内不能发生堵塞。

具体地，在上述微型孔隙水压计中，感应元件05上的外接芯线062穿过通气套管061伸出主壳体04外。从而，通气套管061不仅用于通气，还能够对外接芯线062起到保护作用。(具体可参见图2、图3、图11和图12)

具体地，在上述微型孔隙水压计中，外接芯线062和通气套管061构成通气电缆06。通气套管061优选采用硅胶材质，即通气电缆06为硅胶线缆(线径为1.7mm)，从而具有优良的耐高/低温性能、电绝缘性、化学稳定性、耐老化性，且具有使用寿命长、柔软度好、防水、耐压、抗高离心力、抗强/弱电磁干扰等特点。

可见，该通气电缆06的直径相较于以往一体式孔隙水压计的线缆具有较大缩减(缩减约30～50％)，可以有效减少在高离心加速度中对土工模型的干扰作用。而且，该通气电缆06的软度高且易弯曲，不仅可降低了物理模型中对通气电缆06的布设难度，使得感应元件05可更为准确地量测固定点位孔隙流体压力变化。

具体地，在上述微型孔隙水压计中，感应元件05包括芯体保护壳052和设置在芯体保护壳052内的芯片，以及设置在芯体保护壳052内部或头端部的硅膜片051。其中：芯片和外接芯线062连接，硅膜片051靠近过滤器03布置；硅膜片051的底部与芯体保护壳052黏接固定就位。

具体地，上述硅膜片051优选采用高精度压阻式硅膜片，主要是用于感受被测量孔隙流体压力值，并通过内置转换电路，转换成电压变化量输出。

具体地，上述芯体保护壳052优选采用特制不锈钢管，其正面开窗用于硅膜片051感受孔隙流体的压力变化。

具体地，在上述微型孔隙水压计中，密封板上设置的第一通气孔045和通气套管061之间填充有电缆胶。其中，第一通气孔的045的作用之一是对通气电缆06起到定位作用，并配合在通气电缆06两侧填充电缆胶，以进行固定和密封。

第二具体实施例

请参阅图13，图13为本实用新型第二具体实施例提供的螺帽、橡胶圈、过滤器和主壳体的组装结构示意图。

本实用新型第二具体实施例提供的微型孔隙水压计与本实用新型第一具体实施例中提供的微型孔隙水压计原理相同、结构相近，其区别点仅在于，本实用新型第二具体实施例提供的微型孔隙水压计中，螺帽01上设置有外螺纹，组装时，螺帽01套设在主壳体04的第一安装孔位043中且与其螺纹连接；而且，主壳体04的第一安装孔位043内没有设置锥形孔壁042，密封圈02被挤压固定在螺帽01和过滤器03之间。

第三具体实施例

请参阅图14，图13为本实用新型第三具体实施例提供的螺帽、橡胶圈、过滤器和主壳体的组装结构示意图。

本实用新型第三具体实施例提供的微型孔隙水压计与本实用新型第一具体实施例中提供的微型孔隙水压计原理相同、结构相近，其区别点仅在于：

本实用新型第三具体实施例提供的微型孔隙水压计中，螺帽01和主壳体04之间的连接方式可以是螺纹连接、胶水粘接或螺钉连接等可拆卸连接；

密封圈2可以是套设在过滤器03上，通过螺帽01和主壳体04的端部进行挤压固定；也可以是设置在过滤器03的正面，通过螺帽01和过滤器03进行挤压固定；

而且，螺帽01可以设置成法兰结构，或者其它结构。

在此需要说明的是，本实用新型提供的微型孔隙水压计中，关于密封圈02的具体布置方式，以及用于将过滤器03可拆卸地安装在主壳体04上的可拆卸连接件的具体结构，有多种可选方案，并不仅限于本实用新型第一具体实施例、第二具体实施例、第三具体实施例中提供的螺帽01的具体结构，本领域技术人员可根据实际需要进行具体实施。

第四具体实施例

本实用新型第四具体实施例提供了一种微型孔隙水压计使用方法，适用于上述各具体实施例中提供的微型孔隙水压计。

该微型孔隙水压计使用方法主要包括：

步骤一：首先将过滤器03从主壳体04上拆卸下来；

步骤二：然后对过滤器03进行清理；

步骤三：之后再对过滤器03进行饱和；

步骤四：将经过清理和饱和的过滤器03放置于饱和流体中，在饱和流体中组装过滤器03和主壳体04；

步骤五：之后将微型孔隙水压计放置于标定装置中，将感应元件05上的外接芯线062与数据采集仪进行连接，依据行业规范对微型孔隙水压计的各项性能指标进行标定过程。

可见，由于本实用新型提供的微型孔隙水压计中的过滤器03可自由拆卸，使得过滤器的清理与饱和过程可单独进行，不仅简化了过滤器03的处理操作过程，还避免了对微型孔隙水压计的感应元件05等精密部分造成损伤。

具体地，在上述微型孔隙水压计使用方法中，过滤器03和主壳体04在饱和流体中的组装过程为：将经过清理和饱和过程的过滤器03放置于饱和流体中，再将主壳体04、螺帽01、密封圈02放置于饱和流体中；在饱和流体中，利用镊子将过滤器03放置于主壳体04的第一安装孔位043中，再将密封装02放置于主壳体04的锥形孔壁042中，最后再通过螺帽01固定过滤器03和密封圈02。(注意过滤器的安装过程均在饱和流体中操作完成。)

具体地，在上述微型孔隙水压计使用方法中，对过滤器03进行清理的过程包括：将过滤器03放置于酒精中浸泡，然后将过滤器03从酒精中取出放置于加热的去离子水中煮沸清理，直至过滤器03的表面不再有气泡产生，之后将过滤器03进行烘干处理(一般是将过滤器03放置于烘箱中进行烘干处理)。

其中，去离子水是指除去了呈离子形式杂质后的纯水。国际标准化组织ISO/TC147规定的“去离子”定义为：去离子水完全或不完全地去除离子物质。

具体地，在上述微型孔隙水压计使用方法中，对过滤器03进行饱和的过程包括：将过滤器03放入密封的饱和罐中之后，对饱和罐进行抽真空，然后注入二氧化碳气体后保持预设时间(优选为五分钟)，之后再次对饱和罐进行抽真空，重复上处操作多次(优选为三次)后，向饱和罐内注入去离子水以对过滤器03进行饱和。

具体地，可通过真空管和真空泵对饱和罐进行抽真空。

试验证明，本实用新型实施例提供的分体式结构的微型孔隙水压计性能指标优于现有技术中一体式结构的微型孔隙水压计的性能，可替代传统一体式微型孔隙水压计使用。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种微型孔隙水压计，其特征在于，所述微型孔隙水压计包括主壳体(04)、过滤器(03)和感应元件(05)，所述感应元件(05)安装在所述主壳体(04)的内部，所述过滤器(03)和所述主壳体(04)可拆卸连接。

2.根据权利要求1所述的微型孔隙水压计，其特征在于，所述主壳体(04)内沿轴向依次设置有用于安装所述过滤器(03)的第一安装孔位(043)和用于安装所述感应元件(05)的第二安装孔位(044)，所述第一安装孔位(043)和所述第二安装孔位(044)之间设置有用于对所述过滤器(03)进行轴向限位的台阶；

所述过滤器(03)通过可拆卸连接件定位在所述第一安装孔位(043)内。

3.根据权利要求2所述的微型孔隙水压计，其特征在于，所述可拆卸连接件为螺帽(01)，所述螺帽(01)上设置有用于与所述主壳体(04)螺纹连接的内螺纹(012)或外螺纹，所述螺帽(01)的侧端面设置有透水孔(011)。

4.根据权利要求3所述的微型孔隙水压计，其特征在于，还包括用于防止孔隙流体和土颗粒从所述过滤器(03)周侧进入所述主壳体(04)内的密封圈(02)。

5.根据权利要求4所述的微型孔隙水压计，其特征在于，所述螺帽(01)上设置有用于与所述主壳体(04)螺纹连接的内螺纹(012)；

所述第一安装孔位(043)的一端设置有锥形孔壁(042)；

所述密封圈(02)套设在所述过滤器(03)上，且通过所述螺帽(01)上的限位台阶和所述锥形孔壁(042)进行轴向限位。

6.根据权利要求2所述的微型孔隙水压计，其特征在于，所述主壳体(04)内还设置有密封板，所述密封板上设置有第一通气孔(045)，所述密封板和所述第一安装孔位(043)分别位于所述第二安装孔位(044)的两侧；

所述感应元件(05)的一端设置有第二通气孔(053)和通气套管(061)，所述通气套管(061)的一端与所述第二通气孔(053)连通，另一端穿过所述第一通气孔(045)伸出所述主壳体(04)外。

7.根据权利要求6所述的微型孔隙水压计，其特征在于，所述感应元件(05)上的外接芯线(062)穿过所述通气套管(061)伸出所述主壳体(04)外。

8.根据权利要求6所述的微型孔隙水压计，其特征在于，所述通气套管(061)为硅胶材质。