振弦式渗压计

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振弦式渗压计

发布时间: 2017-11-13 23:59

VWP型振弦式渗压计适用于长期埋设在水工结构物或其它混凝土结构物及土体内，测量结构物或土体内部的渗透(孔隙)水压力，并可同步测量埋设点的温度。渗压计加装配套附件可在测压管道、地基钻孔中使用。

商品信息

本使用说明仅适用于本公司(四川葛南仪器有限公司)生产的VWP型振弦式渗压计，其中包括有VWP-1、VWP-2、VWP-4、VWP-6、VWP-10、VWP-16、VWP－25、VWP－30等系列型号。
1 用途
VWP型振弦式渗压计适用于长期埋设在水工结构物或其它混凝土结构物及土体内，测量结构物或土体内部的渗透(孔隙)水压力，并可同步测量埋设点的温度。渗压计加装配套附件可在测压管道、地基钻孔中使用。
2 规格及主要技术参数

规格代号		VWP-1	VWP-2	VWP-4	VWP-6	VWP-10	VWP-16	VWP-25	VWP-30
尺寸参数	最大外径D， mm	30
尺寸参数	长度L， mm	118
性能参数	测量范围， KPa	0～160	0～250	0～400	0～600	0～1000	0～1600	0～2500	0～3000
	最小读数k， KPa/F	≤0.072	≤0.11	≤0.18	≤0.27	≤0.45	≤0.72	≤1.13	≤1.36
	测量精度， %F.S	±0.1
	温度测量范围， ℃	-25～+80
	温度测量精度， ℃	±0.5
	温度修正系数b， KPa/℃	≈0.12
	耐水压	测量范围1.2倍；≥1MPa
	绝缘电阻， MΩ	≥50
执行	国标 GB/T 3411.1-2009	非直线度≤2.0%F.S；不重复度≤0.5%F.S；滞后≤1.0%F.S；综合误差≤2.5%F.S

注：①F.S表示满量程输出；超量程为允许额定测量范围的1.2倍内。
②频率模数F=Hz2×10-3；F为频率模数值（Hz^2）/1000；例：4593.7F=2143.3Hz^2/1000
③1米水柱 = 9.81 KPa；例：监测库水位在30米范围，建议选择0~400kpa测量范围。
④ 1000Kpa=1Mkpa；例：设计监测范围为1Mkpa，即为0~1000kpa。

3 结构及工作原理
3.1结构
VWP型振弦式渗压计由透水板、感应膜、密封壳体，信号传输电缆、振弦及激振电磁圈等组成。

3.2工作原理
  当被测水压荷载作用在渗压计上，将引起弹性膜板的变形，其变形带动振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。振动频率的平方（频率模数）正比于作用在膜片上的压力，电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出水荷载的压力值。同时可同步测出埋设点的温度值。
3.3计算方法：
a)当外界温度恒定，渗压计仅受到渗透(孔隙)水压力时，其压力值P与输出的频率模数△F具有如下线性关系：
P = k△F
△F = F0 - F
式中：k — 渗压计的测量灵敏度（压力量的最小读数），单位为KPa/F ；
  △F — 渗压计基准值相对于实时测量值的变化量，单位为F；
   F — 渗压计的实时测量值，单位为F；
   F0 — 渗压计的基准值，单位为F。
b)当作用在渗压计上的渗透(孔隙)水压力恒定时，而温度增加△T，此时渗压计有一个输出量△F´，这个输出量仅仅是由温度变化而造成的，因此在计算时应给以扣除。
  实验可知△F´与△T具有如下线性关系：
   P´= k△F´+b△T = 0
k△F´= -b△T
  △T = T - T0
式中： b — 渗压计的温度修正系数，单位为KPa /℃；
　△T — 温度实时测量值相对于基准值的变化量，单位为℃；
T — 温度的实时测量值，单位为℃；
T0 — 温度的基准值，单位为℃。
c)当渗压计受到渗透(孔隙)水压力和温度的双重作用时，若大气压力有较大变化时，应予以修正。渗压计的一般计算公式为：
Pm = k△F + b△T = k (F0 - F) + b (T - T0)+ (Q0-Q)
  式中：Pm — 被测渗透(孔隙)水压力量，单位为KPa；
   Q0— 大气压力测量基准值，单位为KPa；
   Q — 大气压力实时测量值，单位为KPa。
4 安装注意事项

4.1渗压计预饱和
由于混凝土的渗透系数较小，而水压力又是穿过透水板后作用在渗压计的感应膜上，如果透水板与感应膜前的储水腔没有充满水(含有气泡)，将会造成渗压计测值的严重滞后。所以埋设安装前必须将透水板拧下放在水中浸泡半小时，透水板拧回前先将感应膜前的储水腔注满水，透水板拧回时渗压计进水口应朝上，以免腔内水流出。
4.2埋设安装条件
埋设时应首先确保渗压计进水口的畅通，为防止泥浆堵塞进水口，应在进水口处做一个人工过滤层，过滤层由中砂、细砂分层组成，过滤层的直径应大于10Cm(或包一层水工布)，埋设前将过滤层在水中充分饱和。
4.3渗压计的电缆敷设
渗压计(已接长电缆)的进水口应朝向水压力方向，在引出电缆的沿线设止水板，防止高压水沿电缆渗透。电缆应按设计走向埋设固定。
4.4压强与水压对比
1米水柱 = 9.81 KPa = 0.00981 Mpa。
4.5基准值
渗压计安装定位后应及时测量仪器的基准值，渗压计测量并计算出的水压力量是一个相对基准值的变化量，所以基准值取的准确与否，将直接影响到测值的准确性。
仪器安装完成后，在无外荷载及混凝土水化热结束的情况下，可进行基准值的测试(测试基准值应在无压和恒温的状态下，如早晨测值比较稳定)。记录渗压计不同日三次以上的测值(频率和温度)，如果多次测值基本相同(误差≤0.5％F.S)，此测值可作为基准值。
基准值是作为一个归0的读数值，这个数据用于后期数据处理（除非监测相对压力）。渗压计用于监测水位时，应将渗压计在空气中获取的读数作为0读数（基准值），但要注意温度平衡过程。
4.6温度修正
为消除温度变化对仪器测量精度的影响，在仪器内部设置了一个3KΩ的热敏电阻，通过温度修正，提高测量仪器精度。

4.7大气压力修正
  每次渗压计读数时，应同时读取记录气压；用气压传感器实时测量气压，进行修正。
  如测压管或井、孔等已密封情况下，大气压对渗压计的影响可能很少，建议此类情况下不用大气压修正。
  大气压修正，一般情况下在大气压变化较大的区域，应予以修正。
5 操作与使用方法
5.1测量
测量振弦式渗压计先将测量线连接VW-102型振弦读数仪，将各色夹子对应连接上渗压计的输出电缆，黑、红测频率，白、绿测温度。振弦式渗压计内附有智能识别芯片，其内存贮有该渗压计的编号、系数K、温度修正系数b等信息。用读数仪测量时会自动将识别信息读出，顺序存入读数仪内，通讯给计算机，方便快速统计计算及查询，使测量实现人工智能无纸化操作。
工程现场多支渗压计电缆被意外挖断，用读数仪测量一遍，自动识别出每支渗压计所对应的编号及身份信息。
5.2传感器故障排查
当振弦式渗压计测量出现故障时，可用万用表检查传感器芯线间的电阻值，其正常状况红、黑芯线电阻值通常为600Ω左右；绿、白芯线电阻值在温度25℃时应为3kΩ左右；红、黑线对绿、白线或对屏蔽线(裸线)间绝缘电阻值应﹥50MΩ(测量绝缘电阻时可使用100V 直流兆欧表，万用表测量绝缘电阻应用MΩ档，其值应为无穷大∞)。
5.3电缆故障排查
振弦式渗压计电缆接长通常用型号为YSPT－4水工专用观测电缆，其电缆电阻值约为45Ω/km左右。
5.3.1 用万用表测量(黑、红芯线)的电阻值：正常情况为600Ω左右，再加上电缆电阻值。
a) 如果电阻测值正常，可能渗压计损坏或进水；
b) 如果电阻测值非常大或无穷大，电缆可能断路；
c) 如果电阻测值非常小，电缆可能是短路；
其表现为读数仪测量不出频率值。
5.3.2 用万用表测量(白、绿芯线)的电阻值：正常情况在温度25℃时应为3kΩ左右，再加上电缆的电阻。
a) 如果电阻测值正常，请检查读数仪及其测量连接线；
b) 如果电阻测值非常大或无穷大，电缆可能是断路；
c) 如果电阻测值非常小，电缆可能短路。
其表现为读数仪测量不出温度值。
5.3.3 用100V 直流兆欧表或万用表测量渗压计芯线(红、黑线对地线，白、绿线对地线，红、黑线对白、绿线)的电阻，其测值如果很小(﹤5MΩ)，可能电缆接头进水短路。
其表现为读数仪测量正常，MCU-32自动测量单元测量频率值可能会引起测值不稳，测量温度值将比正常值偏低10～20℃左右。
5.4 读数仪测值不稳
a) 将屏蔽线并接到读数仪测量线的黑线夹子上；
b) 可能电缆接头处进水，将其剪掉，重新连接；
c) 确定渗压计的频率范围，正确选择读数仪的激励类型；
d) 确定渗压计的电阻基值，正确选择读数仪的电阻基值；
e) 检查附近是否有干扰源，如电机、发电机、天线或交流动力电缆，远离上述干扰源。
5.5 其它
振弦式渗压计安装就位前、后应及时测量频率和温度值，根据渗压计编号和设计编号作好记录并存档，特别注意保护渗压计信号引出电缆。

安全监测仪器术语定义
频率模数：振弦式传感器的测量单位之一，为输出信号频率平方的千分之一（f2/1000），以kHz2表示。
起始值：仪器在现场零荷载下的测值。
初始值：仪器安装后，在既定荷载下，安装影响消除后的测值。
基准值：相对于荷载条件的计算起点的测值。
满量程：仪器标称范围两极限之差的模，以FS表示。例如，对从－10V～＋10V的标称范围，其量程为20V。
振弦式传感器工作特性所决定的最大输出频率的平方和最小输出频率的平方的代数差。
以频率模数（输出频率的平方除以1000）为输出量的振弦式传感器，其满量程输出可表征为其最大输出频率模数和最小输出频率模数的代数差。
分辨力：在测量范围内，振弦式传感器所能感测的被测量的最小变化值，以满量程输出百分比表示。
滞后：振弦式传感器在输入量作满量程变化时，对于同一输入量，传感器的正、反行程输出量的最大偏差，以满量程输出百分比表示。
不重复度：振弦式传感器在一段时间间隔内，在相同的工作条件下，输入量从同一方向作满量程变化，多次趋近并到达同一校准点时所测量的一组输出量之间的分散程度，以满量程输出百分比表示。
非线性度：振弦式传感器正、反行程实际平均特性曲线相对于参比直线的最大偏差，用满量程输出的百分比来表示。
综合误差：振弦式传感器进程平均校准曲线和回程平均校准曲线二者与工作直线的最大偏差，用满量程输出的百分比来表示；该误差是反映振弦式传感器的综合性能指标。

渗压计安装：参见《四川葛南仪器有限公司 VWP型振弦式渗压计产品使用说明书》
4.1 渗压计在混凝土坝中的安装埋设
4.1.1 安装前的准备
渗压计在安装之前，应先进行检测（渗压计现场率定见注意事项），合格后方能使用。
渗压计预饱和：由于渗压计的透水板有一定的渗透系数，而水压力又是穿过透水板后作用在渗压计的感应膜上，如果透水板与感应膜前的储水腔没有充满水(含有气泡)，将会造成渗压计测值的严重滞后。安装埋设前渗压计端部的透水板必须驱除空气。具体操作方法：先将透水部件从渗压计主体上卸下，然后将透水部件放入水中浸泡 2 小时以上，排除透水石中的气泡，使其充分饱和。最后将渗压计主体和透水部件浸没在水中重新装配起来。排除透水石中气泡的最好做法是，先将透水部件放入沸水中煮透，然后将用于煮透水部件的少量热水连同透水部件一同倒入盛有冷水和渗压计主体的容器内组装。
4.1.2 安装埋设方法
4.1.2.1 在混凝土浇筑层面埋设

通常埋设在采用分层浇注施工时的混凝土块施工缝上，主要用于监测在库水位的作用下，
沿混凝土施工缝的渗透水压力。
当混凝土浇筑层达到设计要求需安装埋设渗压计的高程时，应在浇筑再上一层混凝土前，在埋设位置的层面做一个深 30cm、直径 20cm 的孔。在孔内铺一上细砂，将预备好的渗压计（建议渗压计采用沙包包裹反滤料）放在孔内砂垫层上，用粗砂将渗压计四周埋好，孔口加一盖板，布置好观测电缆的走向后再浇筑上层混凝土。
4.1.2.2 在基岩面上埋设

通常埋设在混凝土结构物基础面上，主要监测基础部位渗流水压变化情况。
在渗压计埋设的基岩位置钻一个孔深 100cm、孔径 5cm 的集水孔。孔中应填洗净的砂砾石。
钻孔经过渗水试验合格后，将事先准备好的裹有细砂包的渗压计放在集水孔中。采用砂浆履盖砂包，待砂浆凝固后再浇筑混凝土。
沙包的准备过程：将一布袋放入盛水大容器内，袋内充填适量级配砂，将渗压计放在袋的中央，并继续在渗压计周围充填级配砂，待充满后将袋口扎紧。如不用沙包也可用透水土工布把渗压计裹严后埋设，沙包在埋设前都应浸没在水中。
注：当混凝土结构物（如混凝土坝）的基础需进行固结灌浆和帷幕灌浆，因压力灌浆的浆液可能堵塞集水孔和仪器进水口，一般情况下，建议在灌浆施工之前不宜安装基岩部位渗压计。
4.1.2.3 在水平浅孔内埋设
在地下洞室围岩内或边坡基岩表面浅层埋设渗压计，需要用水平浅孔埋设和集水法。在埋设渗压计的位置钻一个水平孔深 50cm、孔径 150cm～200cm 的浅孔，如孔无透水裂隙，可根据需要的深度，在孔底套钻一个 30cm 的小孔。经渗水试验合格后，在小孔内填入砾石，在大孔内填入细砂。将渗压计埋在细砂中，孔口用盖板封上，引出仪器电缆后用水泥沙浆封住，接长观测电缆，安排好观测电缆的走向，待沙浆凝固后，即可填筑混凝土。

4.1.2.4 在坝基深孔内埋设(附图 1)
在坝基深孔内埋设渗压计时，深孔直径不小于 100mm，埋设前测量好孔深，并清理钻孔，清理深度至少比要求的渗压计埋设高程深 0.4 米。安装埋设前，先将仪器装入能放入钻孔内的沙包中，包中装粗砂。或者用土工布包裹住渗压计。向孔底倒入 40cm 厚的级配砂，然后将装有渗压计的砂包吊入孔底。如孔太深，砂包及电缆自重超过电缆强度时，可用钢丝吊住渗压计的尾部横孔，并把电缆绑在钢丝上进行吊装，这样可以避免电缆损坏。
仪器吊装好后对仪器进行读数以确定渗压计是否完好的，此后填入 40cm 厚的中粗砂，然后向孔内灌水，使观测段饱和，再填入 20cm 厚细砂，余下孔段灌注水泥沙浆。如果需要分层观测渗透水压力时，可在一个孔内埋设多支渗压计，埋设方法则是逐级重复上述整个过程，只要注意做好相邻渗压计之间的封闭隔离既可。
如观测某一点的渗透水压力时，应将渗压计封闭在不大于 0.5m 的钻孔渗水段内。如钻孔岩体渗透系数很小时，渗压计应埋在体积较小的集水孔段内。
4.2 渗压计在土石坝中的安装埋设
4.2.1 施工期的安装埋设
土石坝内、坝基内、粘土内渗压力计的埋设，可采用坑式埋设法。

在坝内埋设时，当坝面填筑高程超出测点埋设高程约 0.3 米时，在测点位置挖坑坑深约0.4 米，宽 0.5 米，在基础底部填 20cm 厚的砂，采用砂包裹体的方法，将渗压计在坑内就地埋设，再覆盖 20~30cm 的细砂，浇水使砂层饱和。然后采用薄层辅料、专门压实的方法，回填原开挖料。埋设后的渗压计，其上的填方安全覆盖厚度应不小于 1 米。土石坝的电缆线引向沟一般建设宽 50cm，深 50cm，电缆线之间应平行排列，呈 S 形向向引伸。用原填筑料分层回填，并分层夯实，回填压实密度和含水量应与坝体设计一致。一般情况下，电缆的回填土在 120cm 以内时，用人工或轻型机械进行压实，填土厚达 120~200cm时，用静碾压实，填土超过 200cm 以上时，再进行正常碾压施工。渗压计的观测电缆可沿坝面开挖沟槽敷设。当横穿防渗体敷设时，应加止水环；当在堆石坝壳内敷设时，应加保护管。当进入观测房时，应以钢管保护。观测电缆在敷设时必须留有裕度，并禁止相互交绕。敷设裕度依敷设的介质材料、位置、高程而定，一般约为敷设长度的 5%～10%。
观测电缆保护管上的填方安全覆盖厚度，在粘性土填方中应不小于 0.5 米，在堆石填方中应不小于 1 米。
4.2.2 已建工程的安装埋设
在坝基深部、边坡、运行期建筑物等已建工程渗压力计的埋设（渗透水压力监测），应采用钻孔埋设法。钻孔孔径，依该孔中埋设的仪器数量而定，仪器越多孔径越大，一般采用￠100～150mm 的孔径。钻孔孔深要比渗压计设计埋设高程深 40cm 以上。岩体钻孔应做压水试验，钻孔位置应根据地质条件和压水试验结果确定。
成孔后测量好孔深，在孔底铺设 20cm~40cm 厚的中粗砂至仪器埋设高程，砾石直径一般在 10mm～20mm。
如孔太深，为防止沙包及电缆线自身过重受损，可用钢丝吊住沙包，并把电缆线用塑料扎带扎在钢丝上。
经检验合格后，在其上填 20~40cm 中粗砂，并使之饱和，再填入 10~20cm 细砂，最后在余孔段灌入水泥膨润土球或预缩水泥砂浆。
在钻孔内埋设多个渗压计，实现渗透压力的分层监测，方法同上，但要做好相邻渗压计之间的封闭隔离。
当设计为监测建筑物或基础深层的渗透点压力时，应将渗压计封闭在不大于 50cm 的钻孔渗水段内。
当钻孔岩体的渗透系数很小时，渗压计应埋设在体积较大的集水孔段内。渗压计埋设与封孔过程中，应随时进行检测，严禁施工中损坏传感器和观测电缆，一旦
发现异常现象，必须及时处理或重新埋设。

4.2.3 测压管中安装
在介质渗透系数较大部位（如土石坝坝体）的渗透水压力监测、混凝土坝的扬压力监测以及大坝两岸的绕坝渗流监测等，通常采用测压管配渗压计（扬压力计）监测。将渗压计直接吊装在测压管中，渗压计距测压管孔底距离为 50~100cm。测压管制作、安装、透水试验以及有压、无压、人工对比等参照渗压计制作相关规范。
5 测量
测量振弦式传感器应先将测量线快速插头插入 VW-102 型读数仪的左边插座上，将测量线的各色夹子对应连接上传感器的输出电缆，黑、红测频率，白、绿测温度。振弦式传感器内附有智能识别芯片，其内存贮有该传感器的编号、系数 K、温度修正系数 b 等信息。用读数仪测量时会自动将识别信息读出，可顺序存入读数仪内，通讯给计算机，方便快速统计计算及查询，使测量实现人工智能无纸化操作。
工程现场多支传感器电缆被意外挖断，仅用读数仪测量一遍，就可自动识别出每支传感
器所对应的编号及身份信息。
注：一般情况下，传感器芯片只写入仪器编号，未写入k值和b值。

上一个：固定式测斜仪

下一个：振弦式扬压力计

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