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      四川葛南儀器

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      振弦式滲壓計
          發布時間: 2017-11-13 23:59    


      VWP型振弦式滲壓計適用于長期埋設在水工結構物或其它混凝土結構物及土體內,測量結構物或土體內部的滲透(孔隙)水壓力,并可同步測量埋設點的溫度。滲壓計加裝配套附件可在測壓管道、地基鉆孔中使用。

        本使用說明僅適用于本公司(四川葛南儀器有限公司)生產的VWP型振弦式滲壓計,其中包括有VWP-1、VWP-2、VWP-4、VWP-6、VWP-10、VWP-16、VWP-25、VWP-30等系列型號。
       
      用途    
         
      VWP型振弦式滲壓計適用于長期埋設在水工結構物或其它混凝土結構物及土體內,測量結構物或土體內部的滲透(孔隙)水壓力,并可同步測量埋設點的溫度。滲壓計加裝配套附件可在測壓管道、地基鉆孔中使用。
       
      規格及主要技術參數

      規格代號

      VWP-1

      VWP-2

      VWP-4

      VWP-6

      VWP-10

      VWP-16

      VWP-25

      VWP-30

      尺寸

      參數

      最大外徑D,       mm

      30

      長度L,             mm

      118

      性能

      參數

      測量范圍,         KPa

      0160

      0250

      0400

      0600

      01000

      01600

      02500

      03000

      最小讀數k,       KPa/F

      ≤0.072

      ≤0.11

      ≤0.18

      ≤0.27

      ≤0.45

      ≤0.72

      1.13

      1.36

      測量精度,         %F.S

      ±0.1

      溫度測量范圍,     

      -25+80

      溫度測量精度,     

      ±0.5

      溫度修正系數b, KPa/

      ≈0.12

      耐水壓

      測量范圍1.2倍;≥1MPa

      絕緣電阻,        MΩ

      ≥50

      執行

      國標 GB/T 3411.1-2009

      非直線度≤2.0%F.S;不重復度≤0.5%F.S;滯后≤1.0%F.S;綜合誤差≤2.5%F.S

                 注:①F.S表示滿量程輸出;超量程為允許額定測量范圍的1.2倍內。
                    ②頻率模數F=Hz2×10-3;F為頻率模數值(Hz^2)/1000;例:4593.7F=2143.3Hz^2/1000
                    ③1米水柱 = 9.81 KPa;例:監測庫水位在30米范圍,建議選擇0~400kpa測量范圍。
                    ④ 1000Kpa=1Mkpa;例:設計監測范圍為1Mkpa,即為0~1000kpa。

          結構及工作原理
           3.1結構
          VWP型振弦式滲壓計由透水板、感應膜、密封殼體,信號傳輸電纜、振弦及激振電磁圈等組成。

          3.2工作原理
          當被測水壓荷載作用在滲壓計上,將引起彈性膜板的變形,其變形帶動振弦轉變成振弦應力的變化,從而改變振弦的振動頻率。振動頻率的平方(頻率模數)正比于作用在膜片上的壓力,電磁線圈激振振弦并測量其振動頻率,頻率信號經電纜傳輸至讀數裝置,即可測出水荷載的壓力值。同時可同步測出埋設點的溫度值。
          3.3計算方法:
           a)當外界溫度恒定,滲壓計僅受到滲透(孔隙)水壓力時,其壓力值P與輸出的頻率模數F具有如下線性關系:
                               P = kF
                             F = F0 - F
           式中:k — 滲壓計的測量靈敏度(壓力量的最小讀數),單位為KPa/F ;
                        F — 滲壓計基準值相對于實時測量值的變化量,單位為F;
                          F — 滲壓計的實時測量值,單位為F;
                        F0 — 滲壓計的基準值,單位為F。
          b)當作用在滲壓計上的滲透(孔隙)水壓力恒定時,而溫度增加T,此時滲壓計有一個輸出量F′,這個輸出量僅僅是由溫度變化而造成的,因此在計算時應給以扣除。
          實驗可知F′T具有如下線性關系:
                          P′= kF′+bT = 0
                      kF′= -bT
                        T = T - T0
           式中: b — 滲壓計的溫度修正系數,單位為KPa /;
                      T — 溫度實時測量值相對于基準值的變化量,單位為;
                           T — 溫度的實時測量值,單位為;
                         T0 — 溫度的基準值,單位為。
          c)當滲壓計受到滲透(孔隙)水壓力和溫度的雙重作用時,若大氣壓力有較大變化時,應予以修正。滲壓計的一般計算公式為:
                       Pm = kF + bT = k (F0 - F) + b (T - T0)+ (Q0-Q)
          式中:Pm — 被測滲透(孔隙)水壓力量,單位為KPa;
                        Q0— 大氣壓力測量基準值,單位為KPa;
                        Q — 大氣壓力實時測量值,單位為KPa。
      4 安裝注意事項 

        4.1滲壓計預飽和
        由于混凝土的滲透系數較小,而水壓力又是穿過透水板后作用在滲壓計的感應膜上,如果透水板與感應膜前的儲水腔沒有充滿水(含有氣泡),將會造成滲壓計測值的嚴重滯后。所以埋設安裝前必須將透水板擰下放在水中浸泡半小時,透水板擰回前先將感應膜前的儲水腔注滿水,透水板擰回時滲壓計進水口應朝上,以免腔內水流出。
        4.2埋設安裝條件
        埋設時應首先確保滲壓計進水口的暢通,為防止泥漿堵塞進水口,應在進水口處做一個人工過濾層,過濾層由中砂、細砂分層組成,過濾層的直徑應大于10Cm(或包一層水工布),埋設前將過濾層在水中充分飽和。
        4.3滲壓計的電纜敷設
        滲壓計(已接長電纜)的進水口應朝向水壓力方向,在引出電纜的沿線設止水板,防止高壓水沿電纜滲透。電纜應按設計走向埋設固定。
        4.4壓強與水壓對比
       1米水柱 = 9.81 KPa = 0.00981 Mpa。
       4.5基準值
       滲壓計安裝定位后應及時測量儀器的基準值,滲壓計測量并計算出的水壓力量是一個相對基準值的變化量,所以基準值取的準確與否,將直接影響到測值的準確性。
       儀器安裝完成后,在無外荷載及混凝土水化熱結束的情況下,可進行基準值的測試(測試基準值應在無壓和恒溫的狀態下,如早晨測值比較穩定)。記錄滲壓計不同日三次以上的測值(頻率和溫度),如果多次測值基本相同(誤差≤0.5F.S),此測值可作為基準值。
         基準值是作為一個歸0的讀數值,這個數據用于后期數據處理(除非監測相對壓力)。滲壓計用于監測水位時,應將滲壓計在空氣中獲取的讀數作為0讀數(基準值),但要注意溫度平衡過程。
       
      4.6溫度修正
       為消除溫度變化對儀器測量精度的影響,在儀器內部設置了一個3KΩ的熱敏電阻,通過溫度修正,提高測量儀器精度。

       4.7大氣壓力修正
              每次滲壓計讀數時,應同時讀取記錄氣壓;用氣壓傳感器實時測量氣壓,進行修正。
              如測壓管或井、孔等已密封情況下,大氣壓對滲壓計的影響可能很少,建議此類情況下不用大氣壓修正。
              大氣壓修正,一般情況下在大氣壓變化較大的區域,應予以修正。
      5 操作與使用方法
       5.1測量
        測量振弦式滲壓計先將測量線連接VW-102型振弦讀數儀,將各色夾子對應連接上滲壓計的輸出電纜,黑、紅測頻率,白、綠測溫度。振弦式滲壓計內附有智能識別芯片,其內存貯有該滲壓計的編號、系數K、溫度修正系數b等信息。用讀數儀測量時會自動將識別信息讀出,順序存入讀數儀內,通訊給計算機,方便快速統計計算及查詢,使測量實現人工智能無紙化操作。
        工程現場多支滲壓計電纜被意外挖斷,用讀數儀測量一遍,自動識別出每支滲壓計所對應的編號及身份信息。
        5.2傳感器故障排查
        當振弦式滲壓計測量出現故障時,可用萬用表檢查傳感器芯線間的電阻值,其正常狀況紅、黑芯線電阻值通常為600Ω左右;綠、白芯線電阻值在溫度25℃時應為3kΩ左右;紅、黑線對綠、白線或對屏蔽線(裸線)間絕緣電阻值應﹥50MΩ(測量絕緣電阻時可使用100V 直流兆歐表,萬用表測量絕緣電阻應用MΩ檔,其值應為無窮大∞)。
        5.3電纜故障排查
        振弦式滲壓計電纜接長通常用型號為YSPT-4水工專用觀測電纜,其電纜電阻值約為45Ω/km左右。
        5.3.1 用萬用表測量(黑、紅芯線)的電阻值:正常情況為600Ω左右,再加上電纜電阻值。
        a) 如果電阻測值正常,可能滲壓計損壞或進水;
        b) 如果電阻測值非常大或無窮大,電纜可能斷路;
        c) 如果電阻測值非常小,電纜可能是短路;
         其表現為讀數儀測量不出頻率值。
        5.3.2 用萬用表測量(白、綠芯線)的電阻值:正常情況在溫度25℃時應為3kΩ左右,再加上電纜的電阻。
        a) 如果電阻測值正常,請檢查讀數儀及其測量連接線;
        b) 如果電阻測值非常大或無窮大,電纜可能是斷路;
        c) 如果電阻測值非常小,電纜可能短路。
         其表現為讀數儀測量不出溫度值。
        5.3.3 用100V 直流兆歐表或萬用表測量滲壓計芯線(紅、黑線對地線,白、綠線對地線,紅、黑線對白、綠線)的電阻,其測值如果很小(﹤5MΩ),可能電纜接頭進水短路。
         其表現為讀數儀測量正常,MCU-32自動測量單元測量頻率值可能會引起測值不穩,測量溫度值將比正常值偏低10~20℃左右。
       5.4 讀數儀測值不穩
        a) 將屏蔽線并接到讀數儀測量線的黑線夾子上;
        b) 可能電纜接頭處進水,將其剪掉,重新連接;
        c) 確定滲壓計的頻率范圍,正確選擇讀數儀的激勵類型;
        d) 確定滲壓計的電阻基值,正確選擇讀數儀的電阻基值;
        e) 檢查附近是否有干擾源,如電機、發電機、天線或交流動力電纜,遠離上述干擾源。
       5.5 其它
          振弦式滲壓計安裝就位前、后應及時測量頻率和溫度值,根據滲壓計編號和設計編號作好記錄并存檔,特別注意保護滲壓計信號引出電纜。

      安全監測儀器術語定義
       頻率模數:振弦式傳感器的測量單位之一,為輸出信號頻率平方的千分之一(f2/1000),以kHz2表示。
        起始值:儀器在現場零荷載下的測值。
       初始值:儀器安裝后,在既定荷載下,安裝影響消除后的測值。
       基準值:相對于荷載條件的計算起點的測值。
       滿量程:儀器標稱范圍兩極限之差的模,以FS表示。例如,對從-10V~+10V的標稱范圍,其量程為20V。
             振弦式傳感器工作特性所決定的最大輸出頻率的平方和最小輸出頻率的平方的代數差。
             以頻率模數(輸出頻率的平方除以1000)為輸出量的振弦式傳感器,其滿量程輸出可表征為其最大輸出頻率模數和最小輸出頻率模數的代數差。
       分辨力:在測量范圍內,振弦式傳感器所能感測的被測量的最小變化值,以滿量程輸出百分比表示。
       滯后:振弦式傳感器在輸入量作滿量程變化時,對于同一輸入量,傳感器的正、反行程輸出量的最大偏差,以滿量程輸出百分比表示。
       不重復度:振弦式傳感器在一段時間間隔內,在相同的工作條件下,輸入量從同一方向作滿量程變化,多次趨近并到達同一校準點時所測量的一組輸出量之間的分散程度,以滿量程輸出百分比表示。
       非線性度:振弦式傳感器正 、反行程實際平均特性曲線相對于參比直線的最大偏差,用滿量程輸出的百分比來表示。
       綜合誤差:振弦式傳感器進程平均校準曲線和回程平均校準曲線二者與工作直線的最大偏差,用滿量程輸出的百分比來表示;該誤差是反映振弦式傳感器的綜合性能指標。

      滲壓計安裝:參見《四川葛南儀器有限公司 VWP型振弦式滲壓計產品使用說明書》
      4.1 滲壓計在混凝土壩中的安裝埋設
      4.1.1 安裝前的準備
      滲壓計在安裝之前,應先進行檢測(滲壓計現場率定見注意事項),合格后方能使用。
      滲壓計預飽和:由于滲壓計的透水板有一定的滲透系數,而水壓力又是穿過透水板后作用在滲壓計的感應膜上,如果透水板與感應膜前的儲水腔沒有充滿水(含有氣泡),將會造成滲壓計測值的嚴重滯后。安裝埋設前滲壓計端部的透水板必須驅除空氣。具體操作方法:先將透水部件從滲壓計主體上卸下,然后將透水部件放入水中浸泡 2 小時以上,排除透水石中的氣泡,使其充分飽和。最后將滲壓計主體和透水部件浸沒在水中重新裝配起來。排除透水石中氣泡的最好做法是,先將透水部件放入沸水中煮透,然后將用于煮透水部件的少量熱水連同透水部件一同倒入盛有冷水和滲壓計主體的容器內組裝。
      4.1.2 安裝埋設方法
      4.1.2.1 在混凝土澆筑層面埋設

          通常埋設在采用分層澆注施工時的混凝土塊施工縫上,主要用于監測在庫水位的作用下,
      沿混凝土施工縫的滲透水壓力。
          當混凝土澆筑層達到設計要求需安裝埋設滲壓計的高程時,應在澆筑再上一層混凝土前,在埋設位置的層面做一個深 30cm、直徑 20cm 的孔。在孔內鋪一上細砂,將預備好的滲壓計(建議滲壓計采用沙包包裹反濾料)放在孔內砂墊層上,用粗砂將滲壓計四周埋好,孔口加一蓋板,布置好觀測電纜的走向后再澆筑上層混凝土。
      4.1.2.2 在基巖面上埋設

          通常埋設在混凝土結構物基礎面上,主要監測基礎部位滲流水壓變化情況。
          在滲壓計埋設的基巖位置鉆一個孔深 100cm、孔徑 5cm 的集水孔??字袘钕磧舻纳暗[石。
          鉆孔經過滲水試驗合格后,將事先準備好的裹有細砂包的滲壓計放在集水孔中。采用砂漿履蓋砂包,待砂漿凝固后再澆筑混凝土。
          沙包的準備過程:將一布袋放入盛水大容器內,袋內充填適量級配砂,將滲壓計放在袋的中央,并繼續在滲壓計周圍充填級配砂,待充滿后將袋口扎緊。如不用沙包也可用透水土工布把滲壓計裹嚴后埋設,沙包在埋設前都應浸沒在水中。
          注:當混凝土結構物(如混凝土壩)的基礎需進行固結灌漿和帷幕灌漿,因壓力灌漿的漿液可能堵塞集水孔和儀器進水口,一般情況下,建議在灌漿施工之前不宜安裝基巖部位滲壓計。
          4.1.2.3 在水平淺孔內埋設
          在地下洞室圍巖內或邊坡基巖表面淺層埋設滲壓計,需要用水平淺孔埋設和集水法。在埋設滲壓計的位置鉆一個水平孔深 50cm、孔徑 150cm~200cm 的淺孔,如孔無透水裂隙,可根據需要的深度,在孔底套鉆一個 30cm 的小孔。經滲水試驗合格后,在小孔內填入礫石,在大孔內填入細砂。將滲壓計埋在細砂中,孔口用蓋板封上,引出儀器電纜后用水泥沙漿封住,接長觀測電纜,安排好觀測電纜的走向,待沙漿凝固后,即可填筑混凝土。

         4.1.2.4 在壩基深孔內埋設(附圖 1)
         在壩基深孔內埋設滲壓計時,深孔直徑不小于 100mm,埋設前測量好孔深,并清理鉆孔,清理深度至少比要求的滲壓計埋設高程深 0.4 米。安裝埋設前,先將儀器裝入能放入鉆孔內的沙包中,包中裝粗砂?;蛘哂猛凉げ及B壓計。向孔底倒入 40cm 厚的級配砂,然后將裝有滲壓計的砂包吊入孔底。如孔太深,砂包及電纜自重超過電纜強度時,可用鋼絲吊住滲壓計的尾部橫孔,并把電纜綁在鋼絲上進行吊裝,這樣可以避免電纜損壞。
          儀器吊裝好后對儀器進行讀數以確定滲壓計是否完好的,此后填入 40cm 厚的中粗砂,然后向孔內灌水,使觀測段飽和,再填入 20cm 厚細砂,余下孔段灌注水泥沙漿。如果需要分層觀測滲透水壓力時,可在一個孔內埋設多支滲壓計,埋設方法則是逐級重復上述整個過程,只要注意做好相鄰滲壓計之間的封閉隔離既可。
         如觀測某一點的滲透水壓力時,應將滲壓計封閉在不大于 0.5m 的鉆孔滲水段內。如鉆孔巖體滲透系數很小時,滲壓計應埋在體積較小的集水孔段內。
         4.2 滲壓計在土石壩中的安裝埋設
         4.2.1 施工期的安裝埋設
         土石壩內、壩基內、粘土內滲壓力計的埋設,可采用坑式埋設法。

         在壩內埋設時,當壩面填筑高程超出測點埋設高程約 0.3 米時,在測點位置挖坑坑深約0.4 米,寬 0.5 米,在基礎底部填 20cm 厚的砂,采用砂包裹體的方法,將滲壓計在坑內就地埋設,再覆蓋 20~30cm 的細砂,澆水使砂層飽和。然后采用薄層輔料、專門壓實的方法,回填原開挖料。埋設后的滲壓計,其上的填方安全覆蓋厚度應不小于 1 米。土石壩的電纜線引向溝一般建設寬 50cm,深 50cm,電纜線之間應平行排列,呈 S 形向向引伸。用原填筑料分層回填,并分層夯實,回填壓實密度和含水量應與壩體設計一致。一般情況下,電纜的回填土在 120cm 以內時,用人工或輕型機械進行壓實,填土厚達 120~200cm時,用靜碾壓實,填土超過 200cm 以上時,再進行正常碾壓施工。滲壓計的觀測電纜可沿壩面開挖溝槽敷設。當橫穿防滲體敷設時,應加止水環;當在堆石壩殼內敷設時,應加保護管。當進入觀測房時,應以鋼管保護。觀測電纜在敷設時必須留有裕度,并禁止相互交繞。敷設裕度依敷設的介質材料、位置、高程而定,一般約為敷設長度的 5%~10%。
         觀測電纜保護管上的填方安全覆蓋厚度,在粘性土填方中應不小于 0.5 米,在堆石填方中應不小于 1 米。
         4.2.2 已建工程的安裝埋設
         在壩基深部、邊坡、運行期建筑物等已建工程滲壓力計的埋設(滲透水壓力監測),應采用鉆孔埋設法。鉆孔孔徑,依該孔中埋設的儀器數量而定,儀器越多孔徑越大,一般采用¢100~150mm 的孔徑。鉆孔孔深要比滲壓計設計埋設高程深 40cm 以上。巖體鉆孔應做壓水試驗,鉆孔位置應根據地質條件和壓水試驗結果確定。
         成孔后測量好孔深,在孔底鋪設 20cm~40cm 厚的中粗砂至儀器埋設高程,礫石直徑一般在 10mm~20mm。
         如孔太深,為防止沙包及電纜線自身過重受損,可用鋼絲吊住沙包,并把電纜線用塑料扎帶扎在鋼絲上。
         經檢驗合格后,在其上填 20~40cm 中粗砂,并使之飽和,再填入 10~20cm 細砂,最后在余孔段灌入水泥膨潤土球或預縮水泥砂漿。
         在鉆孔內埋設多個滲壓計,實現滲透壓力的分層監測,方法同上,但要做好相鄰滲壓計之間的封閉隔離。
         當設計為監測建筑物或基礎深層的滲透點壓力時,應將滲壓計封閉在不大于 50cm 的鉆孔滲水段內。
         當鉆孔巖體的滲透系數很小時,滲壓計應埋設在體積較大的集水孔段內。滲壓計埋設與封孔過程中,應隨時進行檢測,嚴禁施工中損壞傳感器和觀測電纜,一旦
      發現異?,F象,必須及時處理或重新埋設。

          4.2.3 測壓管中安裝
          在介質滲透系數較大部位(如土石壩壩體)的滲透水壓力監測、混凝土壩的揚壓力監測以及大壩兩岸的繞壩滲流監測等,通常采用測壓管配滲壓計(揚壓力計)監測。將滲壓計直接吊裝在測壓管中,滲壓計距測壓管孔底距離為 50~100cm。測壓管制作、安裝、透水試驗以及有壓、無壓、人工對比等參照滲壓計制作相關規范。
          5 測量
          測量振弦式傳感器應先將測量線快速插頭插入 VW-102 型讀數儀的左邊插座上,將測量線的各色夾子對應連接上傳感器的輸出電纜, 黑、紅測頻率,白、綠測溫度。振弦式傳感器內附有智能識別芯片,其內存貯有該傳感器的編號、系數 K、溫度修正系數 b 等信息。用讀數儀測量時會自動將識別信息讀出,可順序存入讀數儀內,通訊給計算機,方便快速統計計算及查詢,使測量實現人工智能無紙化操作。
          工程現場多支傳感器電纜被意外挖斷,僅用讀數儀測量一遍,就可自動識別出每支傳感
      器所對應的編號及身份信息。
          注:一般情況下,傳感器芯片只寫入儀器編號,未寫入k值和b值。










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