Датчик влажности грунта

Датчик влажности грунта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22)Заявлено 02.02.81 (21) 3243090/18-25 с присоединением заявки J4 (23) Приоритет.

Опубликовано 15.10 82. Бюллетень М38 (51) М. Кл.

6 01 1 1 25/56

Гоеударсжнный комитет

СССР нв делам нэааретеннй н аткрытнй(53) УД3 543.712..2(088.8) Дата опубликования описания 15. 10,82 (72) Авторы изобретения

Н,В.Ошурков и О..Р.Ãîëëè

Ленинградский филиал Государственного про изыскательского и научно-исследовательско

"Аэропроект" (71) Заявитель (54) ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для непрерывного опреде ления влажности почв, осадочных горных пород, дисперсных материалов и т.п., в особенности грунтов в условиях природного залегания для строительных целей.

Известен индуктивный датчик влажности почвы, включающий керамический стакан с ионитовой смолой, чувствительный элемент, пружину для уплотнения смолы, в котором для повышения точности и чувствительности измерений .чувствительный элемент выполнен в виде катушки индуктивности, поме.щенной в ионитовую смолу, расположженную между катушкой индуктивности и внутренней стенкой керамического стакана f1).

zo

Недостатком устройства является невозможность измерения влажности в диапазоне положительных и отрицательных температур, обусловленная особыми свойствами использованного чув", ствительного элемента, а также ак" тивное воздействие на чувствитель" ный элемент и окружающий анализиру" емый грунт электромагнитного поля, что вызывает погрешности из-за перераспределения влаги за счет активного искусственного воздействия. Кроме того, при отрицательных температурах лед разрушает керамический стакан, что снижает долговечность устройства.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является датчик, содержащий корпус с размещенным в нем чувствительным элементом, соединенным с нагружающим устройством и датчиком его его деформации1 2), Однако известным датчиком невозможно измерение влажности исследуемого грунта в диапазоне отрицательных температур из-за отсутствия за)

3 9б65 висимости между количеством льда в грунте и измеряемой характеристикой - изменением длины чувствительного элемента, неопределенные погревности измерений влажности немерзлого грунта при значениях влажности больше чем максимальная гигроскопическая влагоемкость, вызванные наличием воздушного слоя между исследуемым грунтом и чувствительным элемен- щ том.

Цель изобретения - повышение точности измерения в диапазоне положительных и отрицательных температур.

Поставленная цель достигается 1у тем, что в датчике влажности, содержащем корпус с размещенным в нем чувствительным элементом, соединенным с нагружающим устройством и датчиком деформации чувствительного элемента чувствительный элемент выполнен в виде полости, заполненной набухающим материалом, соединенной через подвижный элемент с уплотняющим устройством> выполненным в виде упругой оболочки, заполненной газом и соединенным с датчиком деформации.

В качестве набухающего материала для чувствительного элемента может быть использовано структуроподобный Зя анализируемому грунту дисперсный материал.

В связи с тем, что чувствительный элемент выполнен из подобного по структуре анализируемому грунту мате риала и имеет одинаковый с ним потенциал увлажнения — осушения, обеспечивается подобие процессов влагонакопления - выдыхания и промерзанияоттаивания чувствительного элемента и исследуемого грунта.

Регистрация влажности грунта по изменению объема чувствительного элемента становится тем более возможной благодаря выполнению тарировок: предварительной (перед установкой датчика 4 в грунт) и контрольной (после его удаления из грунта по окончании наблюдений). Тарировка датчика влажности выполняется в лабораторных условиях и заключается в установлении зависимости объема чувствительного элемента данного датчика от влажности окружающего грунта. Определение влажности окружающего грунта может выполняться стандартным весовым методом. M

Тарировочные соотношения влажности грунта — показания датчика измерения деформаций (объема) используют

71 4 затем для непрерывных наблюдений за влажностью грунта, а также для оценки погрешности этих наблюдений.

Точность измерения набухающих (пучинистых) грунтов может быть повышена также с использованием в качестве материала чувствительного элемента образца того же грунта, извлеченного из места предполагаемой установки датчика влажности.

При исследовании влажности набухающих грунтов следует использовать графики корреляционной зависимости величины набухания чувствительного элемента от влажности окружающего анализируемого грунта.

Уплотняющее устройство датчика влажности служит для уплотнения чувствительного элемента в процессе набухания - усушки и пучения (промерзание) - оттаивания, причем создаваемое им давление на чувствительный элемент имитирует давление вышележащего грунта на исследуемый и определяется из выражения = ф;,„ „+Р,, где ®о — объемный вес -ro слоя грунта; .% 1- высота -го слоя грунта, расположенного выше датчика влаж-. ности

Р - вертикальное напряжение от воздействия здания или ссору. жения, передаваемое вышележащим грунтом на исследуемый, Благодаря тому, что уплотняющее устройство может быть выполнено из герметичной упругой оболочки, заполненной газом, например в виде кольцевой оболочки из каучука, заполненной воздухом, расположенной между чувствительным элементом и датчиком деформаций, оно выполняет две функции: уплотняет чувствительный элемент и одновременно изолирует датчик деформаций от попадания в него влаги и частиц материала чувствительного элемента.

8 другом варианте датчик влажности может содержать влагопроводный жесткий корпус, преимущественно сферической формы, и расположенный в нем чувствительный элемент из дисперсного материала подобного по структуре анализируемому грунту и одинакового с ним потенциала увлажнения осушения, внутри которого размещена

966571 6 герметичная упругая оболочка, например сферическая каучуковая, соединенная гидравлически, преимущественно жестким шлангом, с пьезометрической трубкой, например стеклянной, s выведенной через корпус и расположенной выше датчика влажности и заполненной незамерзающей жидкостью.

Благодаря тому, что заполненная незамерзающей жидкостью гидравличес- >0 кая система (оболочка, размещенная внутри чувствительного элемента, соединительный шланг и пьезометрическая трубка) совмещает функции уплотняющего устройства и датчика измере- И ния деформаций одновременно, конструкция датчика влажности грунта упрощается, надежность его работы увеличивается и для выполнения измерений влажности не требуется внешнего ис- 20 точника энергии.

Давление, уплотняющее чувствитель» ный элемент, создается гидростатическим напорам столба жидкости, расположенной в соединительном шланге и пье- iS зометрической трубке, а деформации чувствительного элемента при изменении влажности грунта регистрируют по изменению уровня жидкости в пьезометрической трубке. 30

На чертеже схематически изображен датчик влажности грунта, разрез.

Датчик влажности грунта включает жесткий корпус 1, во влагопроводной части которого размещен чувствитель- 33 ный элемент 2, выполненный из структуроподобного анализируемому грунту дисперсного материала, набухающего грунта, а во влагонепроницаемой части - уплотняющее устройство, содержащее поршень 3, неподвижно закрепленный на нем стержень 4 и упругий элемент 5, выполненный, например, в виде замкнутой герметичной упругой оболочки, заполненной газом, или в виде пружины,. а также соединенный с уплотняющим устройством датчик деформаций, включающий измерительный элемент 6, например тензометрического типа или индикатор перемещений часового типа, и соединительные провода 7.

М

Работа датчика осуществляется следующим образом.

При увеличении влажности анализируемого грунта, расположенного вокруг корпуса 1, чувствительный элемент 2 также унлажняется и набухает, поднимает поршень 3 с установленным на нем стержнем 4 и сжимает упругий элемент. 5. Величину перемещения стержня 4 регистрирует измерительный элемент 6 и по соединительным проводам

7 передает соответствующий сигнал к месту наблюдений. По величине деформаций судят об изменении влажности грунта.

При уменьшении влажности анализируемого грунта чувствительный элемент

2 отдает влагу этому грунту и пропорционально уменьшению влажности уменьшается в обьеме под воздействием упругого элемента 5, усилие которого передается на чувствительный элемент

2 через поршень 3, перемещающийся вместе с закрепленным на нем стержнем 4. Перемещение стержня 4 регистри» рует измерительный элемент 6 и по оси соединительным проводам 7 передает соответствующий сигнал к месту наблюдений.

Предлагаемая конструкция проста, что расришяет границы ее использования, удешевляет наблюдения и повышает их надежность. Для работы датчика не требуется дополнительных источников энергии. Датчик влажности не оказывает на окружающий анализируемый грунт искусственного воздействия (излучением, электромагнитным полем и т.п.), поэтому точность его измерений повышается и появляется возможность непрерывного измерения влажности в течение длительного периода.

° Чувствительный элемент датчика подобен по свойствам анализируемому грунту, поэтому датчик позволяет регистрировать влажность при положительных и отрицательных температурах, т,е. позволяет определять суммарную влажность в талом, мерзлом состоянии грунта и в переходном (от. талого к мерзлому и обратно) состояниях грунта.

Формула изобретения, 1, Датчик влажности грунта, содержащий корпус с размещенным в нем чувствительным элементом, соединенным с нагружающим устройством и датчиком деформации, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения в диапазоне положительных и отрицательных температур, чувствительный элемент выполнен в виде полости, заполненной набухающим материалом, соединенной через подвижный элемент с уплотняющим устройст*

7 вом, выполненным в виде упругой оболочки, заполненной газом,и соединенным с датчиком деформации.

2. Датчик по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что набухающий материал выполнен из структуроподобного анализируемому грунту дисперсного материала.

9б6571

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР ю N 549726, кл. G 01 N 27/22, 1974, 2. Авторское свидетельство СССР 29993, кл. G 01 N 1/11, 1933 (прототип) .

Составитель А,:Платова

Редактор О.Колесникова Техред Т. Маточка Корректор !Е. Бокаан

Заказ 7 33 0 Тираж 7 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, _#_-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г,ужгород, ул. Проектная,