УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В ГРУНТЕ Российский патент 1994 года по МПК G01L7/00 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения давления в сыпучих средах и грунтах.

Известен датчик, содержащий корпус, воспринимающий давление среды, в котором размещены упругие элементы и тензорезисторы [1] . Датчик имеет деформативность и поэтому вносит искажения в напряженное состояние окружающего грунта, что снижает точность измерений.

Известно также устройство для измерения давления в грунте, включающее две пластины, воспринимающие давление и выполненные из материала с низким коэффициентом трения, стальную пластину, установленную между ними с возможностью сдвига при помощи штока, размещенного в трубе [2] . Давление среды G, нормальное к поверхности корпуса датчика, вычисляют по формуле
G= F/2μ , где F - зафиксированное усилие сдвига стальной пластины;
μ - коэффициент трения стали по материалу пластины.

Деформативность этого датчика низкая, но его корпус, труба имеют достаточную толщину и как инородные включения также вносят искажения в напряженное состояние грунта.

Кроме того, эти датчики и подобные им фиксируют давление на ограниченном по площади участке и не могут определить давление и характер его распределения на участке, имеющем протяженность.

Целью изобретения является повышение точности измерения давления грунта, выявление характера распределения его на участках грунтового сооружения, имеющих определенную протяженность.

Цель достигается тем, что в устройстве для определения давления в грунте, содержащем чувствительный элемент, воспринимающий давление грунта своими внешними поверхностями, подвижный элемент, расположенный между внутренними поверхностями чувствительного элемента и связанный с датчиком силы, причем внутренние поверхности чувствительного элемента выполнены из материала с малым коэффициентом трения, чувствительный элемент, воспринимающий давление, выполнен в виде продольной оболочки, а подвижный элемент - в виде гибкой ленты. В устройство введены барабан с приводом, датчик перемещения ленты, держатели и система блоков, состоящих из одного или нескольких неподвижных и подвижного блоков, расположенных перед барабаном, соединенным с первым держателем, при этом гибкая лента с одного конца перекинута через блоки и прикреплена к барабану, а датчик силы соединен с подвижным блоком и вторым держателем.

На фиг. 1 дана принципиальная схема устройства с одним неподвижным и одним подвижным блоками, установленного для измерения давления в теле грунтовой насыпи, где 1 - грунтовая насыпь, 2 - чувствительный элемент - гибкая оболочка, 3 - гибкая лента, 4 - барабан с приводом, 5 - датчик силы с датчиком перемещения ленты, 6 - держатели, 7 - неподвижный блок, 8 - подвижный блок.

Устройство используют следующим образом. При отсыпке грунтовой насыпи 1 в заданном уровне готовят площадку. Под прямым углом к оси насыпи укладывают продольную гибкую оболочку 2 с вложенной в нее гибкой лентой 3 таким образом, чтобы концы продольной оболочки 2 и ленты 3 выходили за пределы отсыпаемой насыпи. Насыпь возводят до необходимой отметки. Перед проведением измерений с двух сторон насыпи устанавливают держатели 6. К одному из держателей 6 закрепляют продольную оболочку 2, к другому держателю крепят натяжной механизм, включающий барабан с приводом 4, датчик силы с датчиком перемещения 5, неподвижный 7 и подвижный 8 блоки. Гибкую ленту 3 перекидывают через неподвижный 7 и подвижный 8 блоки и конец ее закрепляют на барабане 4. Включают привод барабана 4 и лента 3 постепенно вытягивается из продольной оболочки 2, наматываясь на барабан. По датчику силы с датчиком 5 перемещения определяют усилие протяжки ленты и соответствующее этому усилию положение конца ленты 3 в теле насыпи.

Среднее значение усилия перемещения ленты на любом из участков этого пути определяют как разницу значений усилия протяжки в начале F₁ и F₂ элементарного участка Δ l.

При использовании устройства, содержащего систему с одним неподвижным и одним подвижным блоками (фиг. 1), удельное давление определяют по формуле
q= ,
При использовании устройства, содержащего систему из двух неподвижных и одного подвижного блоков (фиг. 2), удельное давление q определяют по формуле
q= , где b - ширина гибкой ленты;
F₁ - значение усилия перемещения ленты в начале участка;
F₂ - то же, в конце участка;
μ - коэффициент трения стальной ленты по покрытию внутренней поверхности рукава - продольной оболочки.

Датчик, состоящий из гибкого рукава и ленты, имеет небольшую толщину, слагаемую из толщины стенок продольной оболочки и ленты. При соотношении толщины к ширине от 1: 10 до 1: 30 датчик как инородное включение не будет вносить искажения в напряженное состояние грунта, как и деформации корпуса, слагаемые только из упругих деформаций сжатия стенок оболочки и ленты.

Введение в натяжной механизм устройства системы неподвижных и подвижного блоков позволяет компактно расположить его узлы, исключает необходимость введения поправок в значение усилия протяжки на величину усилия перемещения барабана с приводом.

Продольная оболочка может быть изготовлена из пластмассы, например полиэтилена, внутренняя поверхность - фторопластовая пленка, гибкая лента, например из стали.

(56) 1. Авторское свидетельство СССР N 414503, кл. G 01 L 7/02, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР N 473917, кл. G 01 L 7/00, 1972.

Использование: изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения давления в сыпучих средах и грунтах. Сущность изобретения: чувствительный элемент устройства, воспринимающий давление грунта, выполнен в виде продольной оболочки, имеющей внутренние поверхности с низким коэффициентом трения. В оболочку вложена гибкая стальная лента. Устройство также содержит барабан с приводом, силоизмеритель с датчиком перемещения и систему блоков, предназначенных для протяжки стальной ленты через нагруженную грунтом оболочку и фиксации усилия протяжки и положения конца ленты. Давление грунта определяют по падению усилия протяжки ленты через чувствительный элемент - продольную оболочку. 2 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ В ГРУНТЕ, содержащее чувствительный элемент, воспринимающий давление грунта своими внешними поверхностями, подвижный элемент, расположенный между внутренними поверхностями чувствительного элемента с возможностью перемещения и связанный с датчиком силы, причем внутренние поверхности чувствительного элемента выполнены из материала с малым коэффициентом трения, отличающееся тем, что в нем чувствительный элемент выполнен в виде продольной гибкой оболочки, а подвижный элемент - в виде гибкой ленты, причем в устройство введены барабан с приводом, датчик перемещения ленты, держатели и система блоков, состоящая из одного или нескольких неподвижных и подвижного блоков, расположенных перед барабаном, соединенным с первым держателем, при этом гибкая лента с одного конца перекинута через блоки и прикреплена к барабану, а датчик силы соединен с подвижным блоком и вторым держателем.