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中級(jí)會(huì)員 | 第6年

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傳感器
測(cè)試系統(tǒng)
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孔隙水滲透壓力傳感器介紹

時(shí)間:2025/3/13閱讀:405
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1. 定義與作用

孔隙水滲透壓力傳感器是一種專門用于測(cè)量多孔介質(zhì)(如土壤、巖石、混凝土等)中孔隙水壓力的裝置,廣泛應(yīng)用于地質(zhì)工程、土木工程、環(huán)境監(jiān)測(cè)及能源開采等領(lǐng)域。其核心功能是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)孔隙水壓力的動(dòng)態(tài)變化,為評(píng)估土體穩(wěn)定性、滲流特性及地下水資源管理提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。


2. 工作原理

  • 滲透膜隔離技術(shù)
    傳感器前端配置多孔滲透膜(如陶瓷、燒結(jié)不銹鋼),允許水分子自由通過,同時(shí)阻擋固體顆粒進(jìn)入傳感器腔體,確保壓力傳遞的純凈性。

  • 壓力傳感原理
    常見類型包括:

    • 壓阻式:利用硅壓阻元件將壓力轉(zhuǎn)換為電阻變化,適合高精度靜態(tài)測(cè)量。

    • 振弦式:通過鋼弦振動(dòng)頻率變化測(cè)量壓力,抗干擾能力強(qiáng),適用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。

    • 光纖式:基于光纖光柵(FBG)或法布里-珀羅甘涉原理,耐腐蝕、抗電磁干擾,適合惡劣環(huán)境。

  • 溫度補(bǔ)償
    內(nèi)置溫度傳感器(如PT100)或雙橋路設(shè)計(jì),消除環(huán)境溫度變化對(duì)輸出的影響。


3. 結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)

  • 關(guān)鍵組件

    • 滲透膜:陶瓷(耐腐蝕、孔徑可控)或金屬燒結(jié)膜(高強(qiáng)度),孔徑通常為0.1~10μm。

    • 壓力腔:不銹鋼或鈦合金材質(zhì),充填脫氣硅油傳遞壓力。

    • 傳感元件:壓阻芯片、振弦或光纖光柵。

    • 電纜與密封:雙層屏蔽電纜,防水接頭(IP68以上),適應(yīng)地下潮濕環(huán)境。

  • 微型化設(shè)計(jì)
    直徑可小至6mm(如MEMS傳感器),適用于實(shí)驗(yàn)室模型或狹窄鉆孔。


4. 應(yīng)用領(lǐng)域

  • 土木工程:大壩、邊坡、隧道穩(wěn)定性監(jiān)測(cè),地基沉降預(yù)警。

  • 環(huán)境水文:地下水動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、污染擴(kuò)散分析。

  • 能源開采:頁(yè)巖氣儲(chǔ)層孔隙壓力評(píng)估、地?zé)峋疂B透性分析。

  • 農(nóng)業(yè)與生態(tài):土壤水分運(yùn)移研究,濕地水文過程監(jiān)測(cè)。


5. 安裝與校準(zhǔn)

  • 安裝方法

    • 鉆孔埋設(shè):在測(cè)點(diǎn)鉆孔后,通過飽和透水石包裹傳感器,確保與周圍介質(zhì)水力連通。

    • 模型試驗(yàn):預(yù)埋于土工模型特定層位,配合反濾層防止顆粒侵入。

  • 校準(zhǔn)流程

    • 實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定:使用壓力標(biāo)定罐(如Geokon CAL-100),逐級(jí)加載并記錄輸出。

    • 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證:對(duì)比相鄰傳感器或利用靜水柱壓力進(jìn)行原位校驗(yàn)。


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