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四川葛南仪器

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振弦式和光纤光栅类传感器
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振弦式扬压力计
    发布时间: 2017-11-18 18:28    


VWPD型振弦式扬压力计适用于长期布设在水工建筑物的测压管内,测量测压管内扬压力的变化量,并可同步测量埋设点的温度。

  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VWPD型振弦式扬压力计,其中包括有VWPD1.6VWPD2.5VWPD4VWPD6VWPD12等系列型号。
 
1用途
 
VWPD型振弦式扬压力计适用于长期布设在水工建筑物的测压管内,测量测压管内扬压力的变化量,并可同步测量埋设点的温度。振弦式扬压力计全不锈钢结构,30mm的外径,可方便的放置在含直径40mm以上的测压管内。振弦式扬压力计具有智能识别功能。
 
2规格及主要技术参数

规格代号

VWPD-1

VWPD-2

VWPD-4

VWPD-6

VWPD-8

VWPD-10

VWPD-12

尺寸

参数

最大外径D       mm

30

长度L             mm

118170

性能

参数

测量范围,         KPa

0160

0250

0400

0600

0800

01000

01200

最小读数k       KPa/F

≤0.064

≤0.10

≤0.16

≤0.24

≤0.32

≤0.40

≤0.48

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。
                      ④1000Kpa=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
 
VWPD型振弦式扬压力计由透水环、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扬压力计上时,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。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。
 
VWPD型振弦式扬压力计采用外壳接地及电缆双绞线屏蔽,有效地提高了仪器抗干扰和防雷击的能力。
 
3.3计算方法:

   a) 当外界温度恒定,扬压力计仅承受水荷载时,其压力值P与输出的频率模数△F具有如下线性关系:

       P = kF

      △F = F0 - F

     式中: k — 扬压力计的测量灵敏度,单位为KPa/F

        △F — 扬压力计基准值相对于实时测量值的变化量,单位为F

          F — 扬压力计的实时测量值,单位为F

         F0 — 扬压力计的基准值,单位为F
   
b) 当作用在扬压力计上水荷载恒定,而温度增加△T,此时扬压力计有一个输出量△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´= kF´+ bT = 0

     kF´= -bT

      △T = T - T0

     式中 :b — 扬压力计的温度修正系数,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) 当扬压力计受到水荷载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。扬压力计的一般计算公式为:

       Pm = kF + bT = 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埋设与安装
  4.1扬压力计预饱和
  水压是穿过透水环后作用在扬压力计的感应膜上的,如果透水环与感应膜前的储水腔没有充满水(含有气泡),将会造成扬压力计测值的严重滞后。所以安装前必须将透水环拧下放在水中浸泡半小时,透水环拧回前先将感应膜前的储水腔注满水,透水环拧回扬压力计时进水口应朝上,以免腔内水流出。
  4.2埋设安装
  埋设时应首先确保扬压力计进水口的畅通,防止泥浆堵塞进水口。为使测量高程定位可靠,应用不锈钢丝绳吊住仪器尾部,固定于井口。
  4.3测试基准值
  扬压力计测量并计算出的水压强值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。
  将准备好的扬压力计放入测压管内,直至浸入水中。同温两个小时后可进行测量,每隔5分钟测一次频率和温度,连续两次测值相同,即仪器与水已经同温。将扬压力计拎出水面,让仪器处于刚好出水面的位置。这时测量仪器的频率和温度,此测值可作为仪器的基准值。   为使基准值取的更准确,可将以上操作进行两次,如果两次测值基本相同(误差≤0.5%F.S),基准值取值正确。
  扬压力计在监测过程中,如测量值出现误差,可用以上方法重新测试基准值。
  注:按水压来表示时1米水柱 = KPa/9.81

  5 操作与使用方法
 
5.1测量
 
测量振弦式扬压力计先将测量线连接VW-102型振弦读数仪,将各色夹子对应连接上扬压力计的输出电缆,黑、红测频率,白、绿测温度。振弦式扬压力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。
   工程现场多支扬压力计电缆被意外挖断,用读数仪测量一遍,自动识别出每支扬压力计所对应的编号及身份信息。
   5.2传感器故障排查
   当振弦式扬压力计测量出现故障时,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
   振弦式扬压力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扬压力计芯线(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) 确定扬压力计的频率范围,正确选择读数仪的激励类型;
       d) 确定扬压力计的电阻基值,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
   振弦式扬压力计安装就位前、后应及时测量频率和温度值,根据扬压力计编号和设计编号作好记录并存档,特别注意保护扬压力计信号引出电缆。

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。









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