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      四川葛南儀器

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      振弦式和光纖光柵類傳感器
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      振弦式測縫計
          發布時間: 2017-12-05 20:47    

      VWJ型振弦式測縫計適用于長期布設在混凝土結構物或其它材料結構物內及表面上,測量結構物伸縮縫或周邊縫的開合度(變形),并可同步測量埋設點的溫度。加裝配套附件可組成基巖變位計、表面裂縫計等測量變形的儀器。  

      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VWJ型振弦式表面測縫計,其中包括有VWJ-12、VWJ-20、VWJ-25、VWJ-50、VWJ-100等型號。

      用途

          VWJ 型振弦式測縫計適用于長期布設在混凝土結構物或其它材料結構物內及表面,測量結構物伸縮縫或周邊縫的開合度(變形),并可同步測量埋設點的溫度。
          振弦式測縫計的傳感器采用的是振弦式位移計,由其加裝配套附件而組成。振弦式位移計有溫度自動補償功能,經試驗溫度修正系數甚小,使用中不需要溫度修正。振弦式測縫計具有智能識別功能。
           

      規格及主要技術參數

      規格代號

      VWJ-12

      VWJ-25

      VWJ-50

      VWJ-100

      VWJ-200

      尺寸

      參數

      最大外徑D,       mm

      30.5

      30.5

      30.5

      30.5

      30.5

      長度L,             mm

      300

      300

      340

      400

      460

      性能

      參數

      測量范圍,         KPa

      012

      025

      050

      0100

      0200

      最小讀數k,       KPa/F

      0.006

      0.01

      0.02

      0.04

      0.08

      測量精度,         %F.S

      ±0.1

      分辨力,           %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

      1MPa

      絕緣電阻,        MΩ

      ≥50

      執行

      國標GB/T 3410.2-2008

      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:頻率模數F=Hz2×10-3


      3 結構及工作原理

          3.1結構

          VWJ型振弦式測縫計由前后端座、保護筒、信號傳輸電纜、振弦及激振電磁線圈等組成。

          3.2工作原理

        當被測結構物發生變形時將會帶動測縫計變化,通過前、后端座傳遞給振弦使其產生應力變化,從而改變振弦的振動頻率。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,即可測出被測結構物的變形量。同時可同步測量埋設點的溫度值。
        3.3 計算方法
         
      a)當外界溫度恒定測縫計僅受到軸向變形時,其變形量J與輸出的頻率模數△F具有如下線性關系:

                            J = KF

              △F = F - F0

          式中:k 測縫計測量變形量的最小讀數,單位為mm/F;

                     F 測縫計實時測量值相對于基準值的變化量,單位為F;

                        F 測縫計的實時測量值,單位為F;

                       F0 測縫計的基準值,單位為F。
         
      b)當測縫計不受外力作用時(儀器兩端標距不變),而溫度增加△T時,測縫計有一個輸出量△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′與△T具有如下線性關系:

                           J= kF+ bT = 0

                       kF= -bT

              △T = T - T0

          式中:b 測縫計的溫度修正系數,單位為mm/℃;

                     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)布設在混凝土結構物或其它材料結構物內及表面上的測縫計,受到的是變形和溫度的雙重作用,因此測縫計一般計算公式為:

              Jm = kF + bT = k (F - F0) + b (T - T0)

          式中:Jm—被測結構物的變形量,單位為mm。

         注:VWJ型振弦式測縫計的敏感測量元件,與機架的材料線膨脹系數為同一量級,所以實測時溫度修正系數甚小,經試驗測得其溫度修正系數小于最小讀數,一般計算時可用公式a。
        4 埋設與安裝
        測縫計使用場合很廣,儀器經加裝一些附件可以組成裂縫計、基巖位移計、錨桿計等測量變形的儀器,這些儀器的工作情況及安裝條件各不相同,所以埋設安裝方法也會有所不同。
        4.1 安裝預備
        安裝前首先檢查儀器是否完好。方法是:將測縫計接上讀數儀,用手握住測縫計兩端,向兩頭拉或推拉測桿,看讀數儀讀數是否變化和正常。當確認測縫計完好后,準備固定套筒和位移傳感器。安裝前根據設計要求確定埋設高程和方位。
        4.2 電纜布設
        測縫計安裝時,應將電纜導線埋在同一壩段內引出,不要分別埋設在多個壩段內(電纜跨縫,縫開合時會拉斷電纜)。雖然也可采用其他的埋設方案,電纜的跨縫的保護措施比較復雜,所以埋在同一壩段內引出比較安全方便。
        4.3 測縫計的典型埋設
        在測縫計將要安裝的位置上,先將套筒端蓋固定在左(或右)壩段的澆筑模板內表面,再把帶前端座的固定套筒擰在端蓋上,管口與摸板平齊,完成了儀器套筒的安裝(1-1)。
        待混凝土固結后,小心拆去裝有測縫計套筒處的模板,旋開套筒端蓋,將測縫計的傳感器裝入套筒內擰緊(為便于安裝應在測縫計的表面涂黃油),調整測縫計的測量范圍并記錄安裝就位的初始讀數。測縫計設定的測量范圍應能滿足測縫計可能發生拉壓的最大開合度為準,將電纜按設計走向引出。(1-2)
        安裝完成后應及時用讀數儀讀取測縫計的初始讀數,并根據設計編號作好儀器的編號、電纜長度、初始讀數的記錄和存檔。

       4.4 巖體與混凝土交接面上測縫計的埋設
        安裝前先在測縫計安裝位置的巖體上打孔,孔徑應大于 9cm,深度為 50cm,如巖體有節理存在,視節理發育程度確定孔深。
       在孔內填入一大半膨脹水泥砂漿,將帶有加長桿的套筒擠入孔中,使保護筒口與孔口平齊。然后將螺紋口涂上機油,筒內填滿棉紗,旋上端蓋。
        當混凝土澆至高出測縫計埋設位置 20cm 時,挖去搗實的混凝土,打開套筒端蓋,取出填塞物,旋上測縫計,回填混凝土。以上步驟也可一步完成,將帶有加長桿的套筒同時已旋上位移計一并擠入孔中。
        調整測縫計的測量范圍,及時測量初始值,并作好記錄。
        按設計走向固定埋設電纜,保護好露天電纜,防止電纜接頭進水。

        4.5 混凝土中 測縫計的埋設
        此方法適用于在建壩,除加長彎鉤桿和測縫計凸緣盤外應全部用多層塑料布包裹。在埋設位置上將搗實的混凝土挖深約 20cm 的坑,將裂縫計放入,回填混凝土。其它要求同前。

       4.6 測縫計的挖坑埋設
         此方法適用于已建壩,是將原安裝在表面的測縫計埋入坑內便于保護。
         在埋設部位的混凝土壩體工作面上挖深約 20cm,長約 60cm,寬約 20cm 的坑,將裂縫計安裝在坑內,引出電纜,坑口用鐵板蓋住。其它要求同前。

       4.7 尾水管測縫計的埋設
        此安裝方法適用與尾水管與混凝土交接面的開合縫觀測。
        安裝埋設前先檢查測縫計,保證其工作正常,附件配套完備。在需要觀測的斷面,根據設計要求確定測縫計的布置數量和方位以及電纜的走向。具體安裝埋設步驟如下:
        將測縫計的前端座旋下,其大頭端面與尾水鋼管外圓面充分接觸后焊接,焊接不需滿焊但必須保證焊牢。
        當同一觀測斷面所有觀測點的測縫計前端座都焊接完成后,待充分冷卻后將測縫計和護筒先后旋在前端座上。
        根據測量需要,調整測縫計的測量范圍。

          方法一:先將測縫計推進護筒內直到推不動為止,在護筒端面處測縫計的外圓上畫記號,然后拉動測縫計,使記號與護筒端面的距離達到設定的距離(拉壓范圍)。
          方法二:將讀數儀連接測縫計,讀取測縫計零位讀數(將測縫計推進護筒內直到推不動為止),根據計算公式確定初始位置的讀數,然后拉動測縫計觀察其讀數達到設定值。
        測縫計的初始值確定后,即可澆筑混凝土。澆筑時應避免沖擊測縫計,當澆筑高程達到測縫計處時,用人工方式將測縫計周圍的混凝土搗實。做好電纜的接長和保護,按規定走向敷設電纜,電纜敷設要松弛。
        編制埋設檔案,記錄測縫計型號、設計編號、儀器編號、初始讀數、澆筑后讀數等等。
       4.8 測縫計的基準值
        測縫計的基準值取儀器埋設后混凝土或水泥砂漿終凝時的測值。測縫計所反映的溫度測值是絕對值,接縫開度測值則是相對值,表示與初始狀態的相對張、合變化。建議初始值應選擇混凝土無流動性并具有一定強度、能錨固測縫計端點時的張合度測值。此時混凝土剛終凝,可認為是無應力接觸狀態,代表了接縫的真實開合度變化。
        混凝土的凝結時間與氣溫等因素有關,通常初凝時間為7H,終凝時間為12H后確定初始值。
      5 操作與使用方法
        5.1測量
        測量振弦式傳感器先將測量線連接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,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,用讀數儀測量一遍,自動識別出每支傳感器所對應的編號及身份信息。
        5.2 傳感器故障排查
        當振弦式傳感器測量出現故障時,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300~900Ω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
        振弦式傳感器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300~900Ω左右,再加上電纜電阻值。
            a) 如果電阻測值正常,可能儀器損壞或進水;
            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傳感器芯線(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) 確定傳感器的頻率范圍,正確選擇讀數儀的激勵類型;
           d)確定傳感器的電阻基值,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
             振弦式傳感器安裝就位前、后應及時測量頻率和溫度值,根據傳感器編號和設計編號作好記錄并存檔,特別注意保護傳感器信號引出電纜。

      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。









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