水介质中微型小量程孔隙水压力传感器简易标定装置

摘要

本发明公开了一种水介质中微型小量程孔隙水压力传感器简易标定装置，属于岩土工程孔隙水压力装置相关领域。该装置包括孔隙水压力传感器固定装置、有机玻璃圆筒装置和装置底座。孔隙水压力传感器固定装置由刚性长杆与圆盘垂直地固定连接组成，刚性长杆用于固定孔隙水压力传感器的导线，圆盘用于固定孔隙水压力传感器；有机玻璃圆筒装置是标定孔隙水压力传感器的主体装置，通过底部阀门控制圆筒内水位升降，实现对孔隙水压力传感器的加载和卸载，圆筒上的刻度线可以直接读取水位值进而得到相应的施加于孔隙水压力传感器的水压力值。因此本发明装置构造较简单，方便操作，解决了水介质中不同尺寸的微型小量程孔隙水压力传感器标定问题。

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器标定装置，特别是涉及水介质中微型小量程孔隙水压力传感器简 易标定装置，可用于室内模型试验中量测孔隙水压力值的孔隙水压力传感器的标定。

背景技术

在地下水的岩土工程领域，特别是临江、滨海的基坑工程、水下隧道工程以及地基处理 工程中，土中的孔隙水压力问题一直是大家普遍关注的问题，因此大量与以上实际工程相关 的室内模型试验均会涉及孔隙水压力大小和分布的测试与研究，在试验研究过程中经常会涉 及到孔隙水压力传感器的标定问题。孔隙水压力传感器在出厂时常采用气标，各类岩土工程 测试所用的孔隙水压力传感器通常也采用气标，但由于孔隙水压力传感器在实际监测过程中 直接与水介质接触，要求其在水介质环境中有良好的密封性和绝缘性，气标的方法并不能实 现，故有必要在水介质环境中进行标定试验。以往的孔隙水压力传感器水标试验中，通过压 力装置向压力缸注入压力水的方法实现加压，由于压力装置加压的特殊性导致标定起始压力 点和标定间距都会超过小量程孔隙水压力传感器的最大测试范围，该方法仅适用于大量程孔 隙水压力传感器的标定，无法实现小量程孔隙水压力传感器的精准标定。因此利用较为简便 的方法标定微型小量程孔隙水压力传感器是迫切需要解决的问题。

大量测试结果表明小量程孔隙水压力传感器的透水石表面位置对孔隙水压力测值存在一 定的影响，但在以往的气标或水标试验中，孔隙水压力传感器常常被随意的放置在标定装置 底部，导致孔隙水压力传感器的透水石表面可能任意倾斜。实际上在小量程孔隙水压力传感 器的标定过程中，应保证透水石表面与量测水压力面齐平，再加之为适应不同尺寸的孔隙水 压力传感器，需要设置特定孔隙水压力传感器固定装置以满足这些需求。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了水介质中微型小量程孔隙水压力传感器简 易标定装置，解决了不同尺寸微型小量程孔隙水压力传感器在标定过程中的固定问题，获得 了水介质中微型小量程孔隙水压力传感器较为简便的标定方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水介质中微型小量程孔隙水压力传感 器简易标定装置，包括孔隙水压力传感器固定装置、有机玻璃圆筒装置和装置底座；

所述的圆筒装置由有机玻璃圆筒、刻度尺和底部阀门组成，所述装置底座水平放置，有 机玻璃圆筒垂直固定在装置底座上，与装置底座密封连接，保证有机玻璃圆筒内的水不会渗 出。有机玻璃圆筒的侧壁设有刻度尺，底部设有阀门，阀门用于控制有机玻璃圆筒内水位的 升降，实现对孔隙水压力传感器的加载和卸载，透明的有机玻璃圆筒可直接观测水位变化情 况，通过刻度线可以直接读取水位值进而得到相应的施加于孔隙水压力传感器的水压力值；

孔隙水压力传感器固定装置放置在有机玻璃圆筒内的装置底座上；所述孔隙水压力传感 器固定装置由刚性长杆、固定孔隙水压力传感器的圆盘和圆盘底部垫块组成；

刚性长杆用于固定孔隙水压力传感器的导线；所述圆盘由中间聚丙烯圆板和上下两块橡 胶圆板粘合而成，聚丙烯圆板的作用是保证孔隙水压力传感器竖直向下，橡胶圆板的作用是 将孔隙水压力传感器固定住；所述圆盘中心开有螺纹孔，四周开有若干固定孔隙水压力传感 器的圆孔，圆孔数量和尺寸由孔隙水压力传感器的数量和尺寸确定，可根据实际需要进行更 换，实现不同数量、不同尺寸微型小量程孔隙水压力传感器的固定；刚性长杆通过底部螺纹 与圆盘中心的螺纹孔垂直固定连接；

圆盘底部垫块固定在圆盘下表面，用于架空固定于圆盘上的孔隙水压力传感器，保证孔 隙水压力传感器与水介质充分接触，同时使得固定孔隙水压力传感器的圆盘下表面与刻度线 零位线齐平。

进一步地，所述的孔隙水压力传感器固定装置与装置底座不固定连接。

进一步地，所述的刚性长杆采用聚酰胺纤维杆；垫块采用硬质橡胶制成，其厚度与刻度 零位线至装置底座的距离大小一致。

进一步地，所述的有机玻璃圆筒的刻度零位线与圆筒底部不重合；阀门为铜芯阀。

进一步地，所述的装置底座为有机玻璃底座。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中采用控制水位的方法实现对孔隙水压力传感器的加载与卸载，使得加载间距 可以满足小量程孔隙水压力传感器的标定精度要求。

2、针对微型小量程孔隙水压力传感器的水标，本发明中所采用的孔隙水压力传感器固定 方式为：固定孔隙水压力传感器的圆盘通过钻孔方法预留多个固定孔隙水压力传感器的圆孔， 其中，聚丙烯圆板和橡胶圆板上的圆孔分别用于保证孔隙水压力传感器竖直向下和固定住孔 隙水压力传感器，并用塑料扎带将孔隙水压力传感器的导线固定在刚性长杆上。

3、作为本发明的改进，为适应不同孔隙水压力传感器的尺寸，本装置可以更换适用于不 同数量、不同尺寸微型小量程孔隙水压力传感器的固定圆盘，可实现多个孔隙水压力传感器 同时标定。

附图说明

图1为水介质中微型小量程孔隙水压力传感器简易标定装置的结构示意图；

图2为微型小量程孔隙水压力传感器固定装置的各零部件结构示意图，(a)为圆盘俯视 图，(b)为刚性长杆示意图，(c)为圆盘侧视图；

其中：孔隙水压力传感器固定装置1、刚性长杆1-1、刚性长杆底部螺纹1-1-1、固定孔隙 水压力传感器的圆盘1-2、聚丙烯圆板1-2-1、橡胶圆板1-2-2、连接刚性长杆的螺纹孔1-2-3、 固定孔隙水压力传感器的圆孔1-2-4、圆盘底部垫块1-3、有机玻璃圆筒装置2、有机玻璃圆筒 2-1、刻度尺2-2、底部阀门2-3、装置底座3。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，本发明提供的一种水介质中微型小量程孔隙水压力传感器简易标定装置， 包括孔隙水压力传感器固定装置1、有机玻璃圆筒装置2和装置底座3；所述的圆筒装置2由 有机玻璃圆筒2-1、刻度尺2-2和底部阀门2-3组成，所述装置底座3水平放置，有机玻璃圆 筒2-1垂直固定在装置底座3上，与装置底座3密封连接，保证有机玻璃圆筒2-1内的水不 会渗出，所述的装置底座3可采用有机玻璃底座。有机玻璃圆筒2-1的侧壁设有刻度尺2-2， 底部设有阀门2-3，阀门2-3可采用铜芯阀，用于控制有机玻璃圆筒2-1内水位的升降，实现 对孔隙水压力传感器的加载和卸载，透明的有机玻璃圆筒2-1可直接观测水位变化情况，通 过刻度线2-2可以直接读取水位值进而得到相应的施加于孔隙水压力传感器的水压力值。

孔隙水压力传感器固定装置1放置在有机玻璃圆筒2-1内的装置底座3上，孔隙水压力传 感器固定装置1与装置底座3不固定连接；所述孔隙水压力传感器固定装置1由刚性长杆1-1、 固定孔隙水压力传感器的圆盘1-2和圆盘底部垫块1-3组成；刚性长杆1-1可采用聚酰胺纤维 杆，用于固定孔隙水压力传感器的导线；如图2c所示，所述圆盘1-2由中间聚丙烯圆板1-2-1 和上下两块橡胶圆板1-2-2粘合而成，聚丙烯圆板1-2-1的作用是保证孔隙水压力传感器竖直 向下，橡胶圆板1-2-2的作用是将孔隙水压力传感器固定住；如图2a所示，圆盘1-2中心开 有螺纹孔1-2-3，四周开有若干固定孔隙水压力传感器的圆孔1-2-4，圆孔数量和尺寸由孔隙 水压力传感器的数量和尺寸确定，可根据实际需要进行更换，实现不同数量、不同尺寸微型 小量程孔隙水压力传感器的固定；如图2b所示，刚性长杆1-1通过底部螺纹1-1-1与圆盘1-2 中心的螺纹孔1-2-3垂直固定连接；圆盘底部垫块1-3固定在圆盘1-2下表面，用于架空固定 于圆盘上的孔隙水压力传感器，保证孔隙水压力传感器与水介质充分接触，同时使得固定孔 隙水压力传感器的圆盘1-2下表面与刻度线零位线齐平；圆盘1-2与底部垫片1-3用强力胶粘 合固定。

所述聚丙烯圆板1-2-1应具有一定刚度保证孔隙水压力传感器竖直向下，橡胶圆板1-2-2 选用高弹性的硬质橡胶制成可将孔隙水压力传感器固定住。

所述刚性聚酰胺纤维杆1-1的长度应留有富余，便于孔隙水压力传感器固定装置1在有机 玻璃圆筒装置2的定位和放置。所述圆盘底部垫块1-3可采用硬质橡胶制成，应保证固定孔 隙水压力传感器的圆盘1-2的下表面与圆筒内液面齐平，其厚度应等于刻度零位线至有机玻 璃圆筒装置底部的距离，使得固定孔隙水压力传感器的圆盘下表面与刻度线零位线齐平，保 证孔隙水压力传感器的加载与卸载精度。所述装置底座3应保证整个有机玻璃圆筒装置2能 够竖直静置，同时保证有机玻璃圆筒装置2底面和筒内液面齐平。

本发明的工作过程如下：首先将微型孔隙水压力传感器固定于圆盘1-2的圆孔1-2-4内， 保证孔隙水压力传感器透水石与圆盘1-2下表面齐平，将孔隙水压力传感器导线用塑料扎带 固定于刚性长杆1-1上，导线从刚性长杆1-1顶端引出，连接到外置的数据采集仪和供电电 源上；将固定好孔隙水压力传感器的固定装置1垂直置于有机玻璃圆筒装置2内，打开底部 阀门2-3向有机玻璃圆筒装置2注入无气水，将孔隙水压力传感器浸没于有机玻璃圆筒装置2 的无气水液面下，静置24h以上；进行孔隙水压力传感器加载标定，控制底部阀门2-3逐渐 向有机玻璃圆筒装置2注入无气水，以增大作用在孔隙水压力传感器透水石表面的压力实现 加载，观察刻度尺2-2的读数，若达到某级荷载(将刻度尺2-2的读数转换为所施加的荷载) 则关闭底部阀门2-3停止注水，稳定10s后利用外置数据采集仪读取孔隙水压力传感器5的 输出数据，逐级加载直至达到孔隙水压力传感器的额定值(量程)；进行孔隙水压力传感器卸 载标定，控制底部阀门2-3逐渐排水以减小作用在孔隙水压力传感器透水石表面的压力，观 察刻度尺2-2的读数，若减少到某级荷载则关闭底部阀门2-3停止排水，稳定10s后利用外置 数据采集仪读取孔隙水压力传感器的输出数据，逐级卸载直至完全卸载；将采集所得的不同 荷载下的孔隙水压力传感器的输出数据描绘出水介质中孔隙水压力传感器的加卸载标定曲 线。