Датчик влажности грунта Советский патент 1982 года по МПК G01N25/56 

1

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.ценной в ионитовую смолу, расположженную между катушкой, индуктивности и внутренней стенкой керамического стакана ||l .

Недостатком устройства является невозможность измерения влажности в диапазоне положительных и отрицательных температур, обусловленная особыми свойствами использованного чув- , ствительного элемента, а также активное воздействие на чувствительный элемент и окружающий анализируемый грунт электромагнитного поля, что вызывает погрешности из-за перераспределения влаги за счет активного искусственного воздействия. Кроме того, при отрицательных темпера10турах лед разрушает керамический стакан, что снижает долговечность устройства.

Наиболее близким по технической

,5 сущности к изобретению является датчик, содержащий корпус с размещенным в нем чувствительным элементом, соединенным с нагружающим устройством и датчиком его его деформации 2j.

20 Однако известным датчиком невозможно измерение влажности исследуемого грунта в диапазоне отрицательных температур из-за отсутствия зависиМости между количеством льда в грунте и измеряемой характеристикой - изменением длины чувствительного элемента; неопределенные погреш ности измерений влажности немерзлого грунта при значениях влажности больше чем максимальная гигроскопическая влагоемкость, вызванные наличием воздушного слоя между исследуемым грунтом и чувствит.ельным элементом. Цель изобретения - повышение точности измерения в диапазоне положительных и отрицательных температур. Поставленная цель достигается тем, что в датчике влажности, содержащем корпус с размещенным в нем чув ствительным элементом, соединенным с нагружающим устройством и датчиком деформации чувствительного элемента чувствительный элемент выполнен в ви де полости, заполненной набухающим м териалом, 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 анализируемомугрунту 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 влагона копления - выдыхания и промерзания оттаивания чувствительного элемента исследуемого грунта. Регистрация влажности грунта по изменению объема чувствительного эле мента становится тем более возможной благодаря выполнению тарировок: пред варительной (перед установкой датчик в грунт) и контрольной (после его уд ления 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 выпол няться стандартным весовым методом. Тарировочные соотношения влажности грунта - показания датчика измерения деформаций (объема) используют 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 набухаю1цих 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 , P lToil i . где 3 - объемный вес 1 -го слоя грун. . высота 1-го слоя грунта, расположенного выше датчика влаж-, ности} Р - вертикальное напряжение от воздействия здания или сооружения, 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 герметичная упругая оболочка, например сферическая каучуковая, соединенная гидравлически, преимущественно жестким шлангом, с пьезометрической трубкой, например стеклянной, выведенной через корпус и расположен ной выше датчика влажности и заполненной незамерзающей жидкостью. Благодаря тому, что заполненная незамерзающей жидкостью гидравлйческая система (оболочка, размещенная внутри чувствительного элемента, сое динительный шланг и пьезометрическая трубка) совмещает функции уплотняющего устройства и датчика измерения деформаций одновременно, констру ция датчика влажности грунта упрощается, надежность его работы увеличивается и для выполнения измерений влажности не требуется внешнего источника энергии. Давление , уплотняющее чувствитель ный элемент, создается гидростатичес ким напорам столба жидкости, располо женнрй в сЬединительном шланге и пье зометрической трубке, а деформации чувствительного элемента при изменении влажности грунта регистрируют по изменению уровня жидкости в пьезо метрической трубке. На чертеже схематически изображен датчик влажности грунта, разрез. Датчик влажности грунта/включает жесткий корпус 1, во влагопроводной части которого размещен чувствительный элемент 2, выполненный из структуроподобного анализируемому грунту дисперсного материала, набухаю114его грунта, а во влагонепроницаемой части - уплотняющее устройство, содержащее поршень 3, неподвижно закрепленный на нем стержень Ц и упругий элемент 5 выполненный, налример, в виде замкнутой герметичной упругой оболочки, заполненной газом, или в виде пружины,-а также .соединенный с уплотняющим устройством датчик дефор маций, включаю1ций измерительный элемент 6, например тензометрического типа или индикатор перемещений часового типа, и соединительные провода Работа датчика осуществляется сле дующим образом. При увеличении влажности анализируемого грунта, расположенного вокру Kojjnyca 1, чувствительный элемент 2 также увлажняется и набухает, поднимает поршень 3 с установленным на нем стержнем Л и сжимает упругий эле мент.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 объеме под воздействием упругого элемента 5f усилие которого передается на чувствительный элемент 2 через поршень 3, перемещающийся вместе с закрепленным на нем стержнем 4. Перемещение стержня k регистрирует 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 окружаю{чий 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 чув ствительным элементом, соединенным с нагружающим устройством и датчиком деформации, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерения в диапазоне положительных и отрицательных температур, чувствительный элемент выполнен в виде полости,заполненной набухающим материалом, соедийенной через подвижный элемент с уплотняющим устройстBOM, выполненным в виде упругой обо лочки, заполненной газом,и соединен ным с датчиком деформации,

2, Датчик по п. 1, отличающийся тем, что набухающий материал выполнен из структуроподоб наго анализируемому грунту дисперсного материала.

96657118

Источники информации, принятые во внимание при эkcпepтизe

1.Авторское свидетельство СССР S V , кл. G 01 N 27/22, 197,

2.Авторское свидетельство СССР

№ 29993, кл. G 01 N 1/11, 1933 (прототип) .

II II Н II II