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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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振弦式揚壓力計
    發布時間: 2017-11-18 18:28    


VWPD型振弦式揚壓力計適用于長期布設在水工建筑物的測壓管內,測量測壓管內揚壓力的變化量,并可同步測量埋設點的溫度。

  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VWPD型振弦式揚壓力計,其中包括有VWPD1.6、VWPD2.5、VWPD4、VWPD6、VWPD12等系列型號。
 
1用途
 
VWPD型振弦式揚壓力計適用于長期布設在水工建筑物的測壓管內,測量測壓管內揚壓力的變化量,并可同步測量埋設點的溫度。振弦式揚壓力計全不銹鋼結構,30mm的外徑,可方便的放置在含直徑40mm以上的測壓管內。振弦式揚壓力計具有智能識別功能。
 
2規格及主要技術參數

規格代號

VWPD-1

VWPD-2

VWPD-4

VWPD-6

VWPD-8

VWPD-10

VWPD-12

尺寸

參數

最大外徑D,       mm

30

長度L,             mm

118;170

性能

參數

測量范圍,         KPa

0160

0250

0400

0600

0800

01000

01200

最小讀數k,       KPa/F

≤0.064

≤0.10

≤0.16

≤0.24

≤0.32

≤0.40

≤0.48

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。
                      ④1000Kpa=1Mkpa;例:設計監測范圍為1Mkpa,即為0~1000kpa。
   
3結構及工作原理
 
3.1結構
 
VWPD型振弦式揚壓力計由透水環、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揚壓力計上時,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。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。
 
VWPD型振弦式揚壓力計采用外殼接地及電纜雙絞線屏蔽,有效地提高了儀器抗干擾和防雷擊的能力。
 
3.3計算方法:

   a) 當外界溫度恒定,揚壓力計僅承受水荷載時,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 — 揚壓力計的測量靈敏度,單位為KPa/F ;

        △F — 揚壓力計基準值相對于實時測量值的變化量,單位為F;

          F — 揚壓力計的實時測量值,單位為F;

         F0 — 揚壓力計的基準值,單位為F。
   
b) 當作用在揚壓力計上水荷載恒定,而溫度增加△T,此時揚壓力計有一個輸出量△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:

       P= kF+ bT = 0

     kF= -bT

      △T = T - T0

     式中 :b — 揚壓力計的溫度修正系數,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) 當揚壓力計受到水荷載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。揚壓力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埋設與安裝
  4.1揚壓力計預飽和
  水壓是穿過透水環后作用在揚壓力計的感應膜上的,如果透水環與感應膜前的儲水腔沒有充滿水(含有氣泡),將會造成揚壓力計測值的嚴重滯后。所以安裝前必須將透水環擰下放在水中浸泡半小時,透水環擰回前先將感應膜前的儲水腔注滿水,透水環擰回揚壓力計時進水口應朝上,以免腔內水流出。
  4.2埋設安裝
  埋設時應首先確保揚壓力計進水口的暢通,防止泥漿堵塞進水口。為使測量高程定位可靠,應用不銹鋼絲繩吊住儀器尾部,固定于井口。
  4.3測試基準值
  揚壓力計測量并計算出的水壓強值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。
  將準備好的揚壓力計放入測壓管內,直至浸入水中。同溫兩個小時后可進行測量,每隔5分鐘測一次頻率和溫度,連續兩次測值相同,即儀器與水已經同溫。將揚壓力計拎出水面,讓儀器處于剛好出水面的位置。這時測量儀器的頻率和溫度,此測值可作為儀器的基準值。   為使基準值取的更準確,可將以上操作進行兩次,如果兩次測值基本相同(誤差≤0.5%F.S),基準值取值正確。
  揚壓力計在監測過程中,如測量值出現誤差,可用以上方法重新測試基準值。
  注:按水壓來表示時1米水柱 = KPa/9.81

  5 操作與使用方法
 
5.1測量
 
測量振弦式揚壓力計先將測量線連接VW-102型振弦讀數儀,將各色夾子對應連接上揚壓力計的輸出電纜,黑、紅測頻率,白、綠測溫度。振弦式揚壓力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。
   工程現場多支揚壓力計電纜被意外挖斷,用讀數儀測量一遍,自動識別出每支揚壓力計所對應的編號及身份信息。
   5.2傳感器故障排查
   當振弦式揚壓力計測量出現故障時,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
   振弦式揚壓力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揚壓力計芯線(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) 確定揚壓力計的頻率范圍,正確選擇讀數儀的激勵類型;
       d) 確定揚壓力計的電阻基值,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
   振弦式揚壓力計安裝就位前、后應及時測量頻率和溫度值,根據揚壓力計編號和設計編號作好記錄并存檔,特別注意保護揚壓力計信號引出電纜。

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。

揚壓力計安裝:參見《四川葛南儀器有限公司 VWPD型振弦式揚壓力計產品使用說明書》
    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。










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