CN2520501Y

CN2520501Y - 电测水管式沉降仪

Info

Publication number: CN2520501Y
Application number: CN 02218775
Authority: CN
Inventors: 霍家平; 陈生水; 方绪顺
Original assignee: Nanjing Hydraulic Research Institue Ministryof Water Resources Ministry Of Communications
Current assignee: Nanjing Hydraulic Research Institue Ministryof Water Resources Ministry Of Communications
Priority date: 2002-02-06
Filing date: 2002-02-06
Publication date: 2002-11-13
Anticipated expiration: 2012-02-06

Abstract

电测水管式沉降仪,在坝体上设有装水的沉降包(沉降仪测头),观测室中设有垂直设置的测量水管与测量尺,两者以连通管连接,其特征是:在测量水管中设有传感器,传感器的输出接显示装置。所说的传感器为压阻式传感器(包括粘贴式应变片或扩散型压敏电阻),或者滑线电阻传感器(包括角位移传感器和直线式传感器)。优化方案中,设有工控机,传感器的信号接入工控机。工控机由单片机连接水泵、阀门以及自动记录仪表组成。本申请利用电子技术、自动化技术实现了水管式沉降仪的电测化,提高了观测系统的可靠性,为实现土石坝,特别是面板堆石坝内部观测仪器的全面自动化观测创造了条件。

Description

电测水管式沉降仪

技术领域

本实用新型涉及一种水利仪器，一种电测水管式沉降仪。

背景技术

水管式沉降仪和引张线水平位移计作为土石坝，特别是混凝土面板坝的内部变形观测仪器，自1985年在国内研制成功以来，以它原理简单、性能稳定可靠、坚固耐用的特点在工程上得到广泛应用。水管式沉降仪是利用连通管的原理来观测土石坝的沉降，其结构是：在坝体上设有装水的沉降包(沉降仪测头)，观测室中设有垂直设置的测量水管与测量尺，两者以连通管连接。坝体沉降时，测头随坝体沉降，坝体的沉降量即在观测室的水管上反映出来。目前的观测方法是，采用手动的方式向观测系统的管路冲水、人工控制系统排水、人为设定系统稳定时间、人工记录，观测的全过程均由观测者人为控制，由于观测过程的操作方法任意性较大，给观测结果带来了任意性，同时，由于人为错误操作导致观测系统损坏的情况屡见不鲜。随着科学技术的发展，工程管理已从经验型向智能型转变，从而对监测工程安全的大坝原型观测仪器提出了更高的要求。观测仪器除了能提供原始观测数据外，还应能实现观测的自动化，以便管理部门及时掌握工程安全情况并做出相应的决策，这也是工程安全监测仪器发展的方向。目前，土石坝内部观测仪器除了引张线水平位移计、水管式沉降仪等少数种类的仪器只能用手动观测外，其他仪器已能实现电测化和自动化观测。尽管传统的水管式沉降仪有很多优点，但目前的结构决定其只能进行人工手动观测，影响了土石坝观测实现全面自动化的进程。

发明内容

为了克服水管式沉降仪的上述问题，以及适应工程管理从经验型向智能型转变，本申请旨在原有研究成果的基础上，利用电子技术、自动化技术实现水管式沉降仪的电测化，以提高观测系统的可靠性，从而为实现土石坝，特别是面板堆石坝内部观测仪器的全面自动化观测创造条件。

本实用新型提供的电测沉降仪的结构是：在坝体上设有装水的沉降包(沉降仪测头)，观测室中设有垂直设置的测量水管与测量尺，两者以连通管连接，其特征是：在测量水管中设有传感器，传感器的输出接显示装置。其工作原理是，将埋设在坝体内的水管式沉降仪测头与观测站内的电测系统用管路连接，使其形成连通管。坝内沉降仪测头的溢流面高程与坝体外部观测站内管水位相同，当坝内沉降仪测头发生沉降时，坝体外部观测站内的管水位也相应下降。观测站内管水位变化值加上观测房自身的沉降即为坝体内沉降仪测头的沉降量。为了观测坝体外部观测站内管水位变化，在观测站的量管内安装传感器，当管内水位发生变化时，传感器及时显示管内水位变化值(即坝体沉降)。传感器的输出通过变送器接显示装置，即可显示出沉降量。可在异地对大坝的沉降变形进行监测和监控。如果还设有工控机，将传感器的信号接入工控机，即可在观测过程中，向坝内仪器及观测站的量管冲水、系统排水、沉降量显示、记录及观测报表均由电测系统自动完成。这里所说的工控机可以由单片机、连接水泵、阀门以及自动记录仪表等设备组成。所说的传感器可以采用压阻式传感器(包括粘贴式应变片或扩散型压敏电阻)、或滑线电阻式传感器(包括角位移式或直线式)。压阻式传感器是静压法测量液位的一种传感器，它是通过膜片与被测介质接触，接受压力变化并通过硅油传递至压敏电阻，继而产生相应的阻值变化。它是用集成电路工艺，在半导体材料上制成扩散型压敏电阻，并以它作为敏感元件。压阻器件的特点是：固体在受到作用力之后，电阻率(或电阻)就要发生变化。实际上所有固体材料都有这个特点，不过以半导体材料最为显著，并称之为半导体压阻效应。压阻式传感器有二类，一类是用半导体材料的体电阻做成粘贴式的应变片；另一类就是扩散型压敏电阻。压阻式传感器的灵敏系数要比金属应变片的灵敏系数大50～100倍。因此，有些压阻传感器的输出不需放大就可直接应用于测量。压阻式传感器除了灵敏度高之外，另一优点是分辨率高，观测压力时，2mm水柱的微压也能反应，这是很重要的特点。另外，由于制作工艺的先进，测量压力时，有效面积可做的很小。其有效面积的直径仅为零点几毫米时，就可测量几十千赫的脉动压力，所以频率响应特性也极好。由于半导体材料对温度很敏感，当温度变化时，扩散电阻的变化就要使传感器零位产生漂移，并由此而产生误差。滑线电阻(角位移式或直线式)式传感器的灵敏度可以做得很高，测量观测房内量管内水位的变化时，是在测量管内安装一个水位浮子，量管内的水位变化时，量管内的水位浮子位置也相应变化，与浮子相连的滑线电阻传感器也响应变化，滑线电阻变化值即为测量管水位变化值(坝体沉降)。本申请进一步的优化方案是在传感器上设有温度补偿机构。温度补偿机构包括将传感器设置成电桥，或在电路上设置串、并联电阻，对零位温漂进行补偿。另一个优化方案是：设有恒压的供电电源，以减少电压对传感器精度的影响。

本申请利用电子技术、自动化技术实现了水管式沉降仪的电测化，提高了观测系统的可靠性，为实现土石坝，特别是面板堆石坝内部观测仪器的全面自动化观测创造了条件。水管式沉降仪和引张线水平位移计研制成功后，首先在国内浙江省临海县牛头山水库沥青混凝土面板坝上试用，试用的最长管线约100m，通过这次试验，解决了仪器使用原理问题。随后，申请人又研制出了满足200m级高土石坝原型观测要求的水平垂直位移计(水管式沉降仪和引张线水平位移计)，并已成功应用于许多大中型工程(如鲁布格心墙土石坝、天生桥混凝土面板堆石坝、新疆乌鲁瓦提混凝土面板砂砾石坝等)，对我国大坝安全监测起到了重要作用。通过研究，率先在国内成功研制出能够实现自动化观测的DCJ-1型电测水管式沉降仪和DSP-1型电测引张线式水平位移计。经过性能测试和实际工程近二年的应用结果表明，DCJ-1型电测水管式沉降仪和DSP-1型电测引张线式水平位移计的性能稳定，精度高，容易实现施工期观测，解决了混凝土面板堆石坝内部变形观测仪器不能进行自动化测、控的问题。

附图说明

图1为传统水管式沉降仪结构示意图；

图2为电测式水管式沉降仪结构示意图；

图3为电测式水管式沉降仪工作程序框图；

图4为压阻式传感器结构示意图；

图5为温度漂移补偿电路的电路图。

具体实施方式

实施例1，参照图1-图4：在坝体12上设有装水的沉降包，即沉降仪测头1，观测室6中设有垂直设置的测量水管4与测量尺5，两者以连通管3连接，其特征是：在测量水管中设有传感器7。传感器7的输出通过变送器8接显示器9，并通过接口10接工控机11。按图3的启动、进水、限位、排水、延时与读数的顺序即可实现自动工作。图5中R_s是串联电阻，R_p是并联电阻，串联电阻主要用来调零，并联电阻用来补偿。传感器出现零位温漂，就是温度在变化时，输出B、D两点电位不相等，比如温度升高时，R₃的增加比较大，则D点电位低于B点电位，B、D两点的电位差就是零位温漂。如与R₂并联一个负温度系数且阻值较大的电阻R_p，用它来约束R₃的变化，这样使B、D两点的电位差极小，从而达到补偿的目的。严格选择这样的温度系数，这样大小的电阻接入桥路，就可达到补偿的作用。一般薄膜的电阻温度系数可以做得很小，可达到10^-6数量级，且其阻值又可修改，能得任意大小的数值，所以补偿效果会很好。灵敏度温漂则采用改变电压的大小来进行补偿。温度高时，传感器灵敏度要降低，这时如果使电桥的电源电压提高些，让输出电压U_sc变大些，就能达到补偿的目的。反之，温度降低时，传感器灵敏度升高，如果使电桥电源电压降低些，使U_sc减小些，也能达到补偿的目的。与传感器测量精度关联很大的还有电源问题。压阻式传感器基片上扩散出的四个电阻，一般是接成电桥，使输出信号与被测量电阻成比例。并且将阻值增加的两个和阻值减少的二个分别对接，以使电桥灵敏度最大。电桥采取恒压源供电。本实施例实现了以下功能：

(1)观测全过程实现电测化。接通电源后，进水、进水水位限位、排水、延时和读数显示均系自动完成，并能对观测的全过程进行监控。为使测量准确，这一套程序自动地进行循环，直到确证测管水位与沉降包高度取得一致，记下读数，关机。可直接将观测数据输入计算机进行后期处理，为实现水管式沉降仪的远程观测创造了条件。

(2)测量系统采用标准机柜。柜内最大容纳量为5～10测点，这样便于在沉降的测量方面形成系列化、标准化。柜体高度1.85m-2.2m，宽、深均为0.6m。

(3)安装使用方便。由于使用直流供电，在大坝施工期临时断面上也可进行观测，解决了大坝施工期沉降观测问题。

(4)整机供电：交直流均可。

(5)沉降包溢水信号可以传入电路。

DCJ-1型电测水管式沉降仪主要技术指标：(1)量程：0～1800mm(根据工程需要，可扩充为0～3000mm)：(2)线性度：≤1％F●S；(3)重复性：≤1％F●S；(4)使用温度：5℃～40℃；(5)储存温度：-5℃～45℃；(6)年稳定度：≤1％F●S；(7)测点沉降量均以数字显示；(8)供电方式：采用交直流供电方式；(9)4～20mA标准电流输出，配接口后可将测量结果直接进入计算机。

Claims

1、一种电测水管式沉降仪，在坝体上设有装水的沉降包(沉降仪测头)，观测室中设有垂直设置的测量水管与测量尺，两者以连通管连接，其特征是：在测量水管中设有传感器，传感器的输出接显示装置。

2、按照权利要求1所述的电测水管式沉降仪，其特征是：所说的传感器为压阻式传感器：包括粘贴式应变片或扩散型压敏电阻，或者滑线电阻传感器：包括角位移传感器和直线式传感器。

3、按照权利要求1或2所述的电测水管式沉降仪，其特征是：还设有工控机，传感器的信号接入工控机。

4、按照权利要求1或2所述的电测水管式沉降仪，其特征是：所说的工控机由单片机连接水泵、阀门以及自动记录仪表组成。

5、按照权利要求3所述的电测水管式沉降仪，其特征是：所说的工控机由单片机连接水泵、阀门以及自动记录仪表组成。

6、按照权利要求1或2所述的电测水管式沉降仪，其特征是：在传感器上设有温度补偿机构。

7、按照权利要求4所述的电测水管式沉降仪，其特征是：在传感器上设有温度补偿机构。

8、按照权利要求5所述的电测水管式沉降仪，其特征是：在传感器上设有温度补偿机构。