變介質(zhì)圓柱形電容器測(cè)量真空壓力的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種土體真空壓力的測(cè)量裝置,具體涉及真空預(yù)壓和真空堆載聯(lián) 合預(yù)壓處理軟土地基時(shí)的觀測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在對(duì)軟土地基進(jìn)行加固時(shí),工程上常用真空預(yù)壓或真空堆載聯(lián)合預(yù)壓技術(shù),其中 現(xiàn)場(chǎng)真空度的測(cè)量是真空預(yù)壓處理軟基監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容,可為工程的監(jiān)測(cè)分析和真空排水 預(yù)壓技術(shù)研宄提供資料。目前工程中普遍采用彈簧管式真空表測(cè)量真空度,測(cè)量裝置一般 由真空度測(cè)頭、真空表和軟管組成。在施工過程中,在土層中埋設(shè)真空管并延伸至地面與真 空表相連,將土層里的壓力通過真空管傳至地表,用真空表進(jìn)行測(cè)量來監(jiān)測(cè)土層中真空壓 力的大小及傳遞規(guī)律。然而,由于工程現(xiàn)場(chǎng)的影響使得這種測(cè)量效果并不理想。尤其是埋 設(shè)在土體中的真空管容易受到橫向土壓力的影響,甚至由于土體變形受到擠壓破壞,導(dǎo)致 真空壓力的測(cè)量出現(xiàn)偏差,且真空管埋設(shè)在土中,出現(xiàn)各種意外情況不方便進(jìn)行處理;另外 真空表的讀數(shù)人為誤差大,會(huì)影響到對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的正確評(píng)價(jià)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足,本實(shí)用新型提供一種變介質(zhì)圓柱形 電容器測(cè)量真空壓力的裝置,在工程現(xiàn)場(chǎng)對(duì)真空壓力的觀測(cè)中,用導(dǎo)線代替真空管,用電信 號(hào)代替直接的壓力信號(hào),解決了傳統(tǒng)觀測(cè)方法中,埋設(shè)在土里的真空管易受土體干擾和損 壞且不易修復(fù)的問題,同時(shí)也解決了測(cè)量結(jié)果為指針讀數(shù)受人為影響大的問題。
[0004] 技術(shù)方案:為解決上述技術(shù)問題,本實(shí)用新型提供的變介質(zhì)圓柱形電容器測(cè)量真 空壓力的裝置,包括封閉的圓柱形電容器,所述圓柱形電容器具有作為電極的內(nèi)筒和外筒, 所述電容器內(nèi)容納有不導(dǎo)電液體;所述內(nèi)筒中穿設(shè)有傳遞管,所述內(nèi)筒、外筒和傳遞管同 軸,所述內(nèi)筒、外筒和傳遞管之間形成往復(fù)彎折的通道,所述傳遞管連接到電容器底壁的一 端包覆有擋水透氣墊片。擋水透氣墊片保證了真空壓力能順利傳遞到腔室且其他物質(zhì)不會(huì) 進(jìn)入裝置內(nèi)部,尤其是地下水不會(huì)進(jìn)入到裝置內(nèi)部。不導(dǎo)電液體保證電容器能正常工作,可 取密度的較大的有機(jī)溶劑,且取為環(huán)保材料不會(huì)對(duì)環(huán)境有不良影響。
[0005] 具體地,電容器的高度為10~15cm,外層涂覆防腐蝕防水材料形成外防水保護(hù) 層。且整個(gè)裝置除了傳遞管底部可傳遞真空壓力外,其余部分均密封,保證真空壓力測(cè)量的 準(zhǔn)確。
[0006] 具體地,所述電極通過導(dǎo)線連接到外部的阻抗測(cè)量儀。電信號(hào)通過導(dǎo)線傳遞至地 面,再利用檢測(cè)裝置進(jìn)行測(cè)量,即可得到真空壓力的數(shù)字讀數(shù),結(jié)果精確。
[0007] 具體地,所述傳遞管為圓柱形塑料管,所述圓柱形塑料管位于圓柱形電容器的中 心。
[0008] 具體地,所述傳遞管的直徑為1cm,所述內(nèi)筒和外筒的間距為1cm,所述內(nèi)筒和傳 遞管的間距為lcm。
[0009] 具體地,所述不導(dǎo)電液體位于傳遞管與外筒形成的環(huán)狀腔體內(nèi),所述不導(dǎo)電液體 上方的封閉腔室的氣壓為大氣壓強(qiáng),所述傳遞管與待測(cè)介質(zhì)相連接。
[0010] 具體地,所述內(nèi)筒的頂部與電容器的絕緣頂壁固定連接,所述內(nèi)筒的底部邊緣與 電容器底壁的距離為lcm。
[0011] 在真空預(yù)壓或真空堆載聯(lián)合預(yù)壓施工過程中,土體測(cè)量處的真空壓力通過塑料管 傳遞到裝置內(nèi),與土體連通的腔室中為真空壓力,裝置內(nèi)腔室為大氣壓,在抽真空前不導(dǎo)電 液體的液面保持平衡,抽完真空后兩腔室的壓力差使得兩側(cè)的液面產(chǎn)生液面差,電容器間 的液面高度發(fā)生變化,即電容器間的電介質(zhì)改變,使得電壓也發(fā)生變化。從而實(shí)現(xiàn)將所要測(cè) 量的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào),通過導(dǎo)線傳遞到地面再利用阻抗測(cè)量儀進(jìn)行測(cè)量。
[0012] 有益效果:本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比,具備以下顯著的進(jìn)步:
[0013] L利用電信號(hào)傳遞真空壓力,通過導(dǎo)線傳輸不受土壓力及土體變形的干擾,且不 受土體種類、土體雜質(zhì)影響,所測(cè)的結(jié)果為精確的真空壓力大?。?br>[0014] 2.讀數(shù)結(jié)果為數(shù)字讀數(shù),與真空表的指針讀數(shù)相比,受到人為誤差的影響??;
[0015] 3.該裝置制作成本低,使用方便,結(jié)構(gòu)簡單和靈敏度高。
[0016] 除了上面所述的本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題、構(gòu)成技術(shù)方案的技術(shù)特征以及由這 些技術(shù)方案的技術(shù)特征所帶來的優(yōu)點(diǎn)外,本實(shí)用新型的變介質(zhì)圓柱形電容器測(cè)量真空壓力 的裝置所能解決的其他技術(shù)問題、技術(shù)方案中包含的其他技術(shù)特征以及這些技術(shù)特征帶來 的優(yōu)點(diǎn),將結(jié)合附圖做出進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0018] 圖2是圖1的剖視圖;
[0019] 圖中:1圓柱形電容器,2圓柱形塑料管,3不導(dǎo)電液體,4擋水透氣墊片,5導(dǎo)線,6 與土體連通的腔室,7裝置內(nèi)部腔室。
【具體實(shí)施方式】 [0020] 實(shí)施例:
[0021] 本實(shí)施例的變介質(zhì)圓柱形電容器測(cè)量真空壓力的裝置如圖1和圖2所示,包括由 兩個(gè)同軸圓柱形電容板組成的電容器1、與電容器1同軸圓柱形塑料管2、位于電容器1內(nèi) 部與塑料管2之間的不導(dǎo)電液體3、包覆在塑料管2底部的擋水透氣墊片4、分別與兩個(gè)電 容板相連接的導(dǎo)線5且與外部檢測(cè)裝置構(gòu)成電路,可選用阻抗測(cè)量儀作為檢測(cè)電容變化的 測(cè)量電路。
[0022] 使用時(shí),先對(duì)裝置進(jìn)行檢查,如檢查裝置的封閉性和檢查電路的連通性,裝置內(nèi)的 腔室應(yīng)為全封閉,里面的壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng),初始時(shí)刻在外界大氣壓的作用下裝置內(nèi)的不導(dǎo) 電液體應(yīng)保持同一液面高度。在真空預(yù)壓或真空堆載聯(lián)合預(yù)壓施工時(shí),將該裝置先埋設(shè)在 所要測(cè)量真空壓力的土層處,通過導(dǎo)線引出地面與檢測(cè)裝置相連,可將多個(gè)裝置同時(shí)與同 一檢測(cè)裝置相連,以節(jié)省成本且方便讀數(shù)。
[0023] 當(dāng)土體觀測(cè)處的真空壓力發(fā)生變化時(shí),壓力通過塑料管底部的擋水透氣墊片經(jīng)由 塑料管傳遞進(jìn)腔室,擋水透氣墊片保證了真空壓力的正常傳遞、保證地下水不會(huì)進(jìn)入裝置 內(nèi)部,且防止土體顆粒及污染物等進(jìn)入裝置內(nèi)部造成破壞。此時(shí)腔室內(nèi)的壓力發(fā)生變化,即 為所要測(cè)量的真空壓力,而封閉的腔室內(nèi)仍為大氣壓,兩腔室產(chǎn)生的氣壓差為Δρ,由壓強(qiáng) 公式(1)可知液面兩測(cè)產(chǎn)生的液面高度差為Ah
[0024] Ap=PgAh (1)
[0025] 由于腔室內(nèi)為真空壓力,氣壓較低,因此此時(shí)腔室處液面降低腔室處液面身高,即 電容器間的介質(zhì)(該不導(dǎo)電液體與空氣)的相對(duì)量發(fā)生變化,電容也將發(fā)生變化,具體變化 過程見公式推導(dǎo):
[0026] 當(dāng)I >> D-d時(shí),由高斯定理可知兩電容器板間的電場(chǎng)強(qiáng)度為:
[0030] 式(2)中:E為電場(chǎng)強(qiáng)度;k為單位高度上電容器所帶的電量;ε為介電常數(shù)。
[0031] 式⑶中:U為電壓;R,r分別為兩電容器板的半徑;Q為電容器上所帶的電量;
[0032] 1為電容器板的高度。
[0033] 式(4)中:C代表電容,單位為F。
[0034] 由式⑴~⑷可知,電容的變化量為:
[0036] 式(5)中:AC為電容變化量;ε A空氣的介電常數(shù);ε $裝置內(nèi)液體的介電常 數(shù)。
[0037] 電容的變化量經(jīng)過電路的放大等處理之后,就能在地面的檢測(cè)裝置的顯示器上直 接讀出真空壓力的大小,將埋設(shè)土里的多個(gè)本實(shí)用新型同時(shí)連接同一個(gè)檢測(cè)裝置,就能得 到所有需要測(cè)量的真空壓力的大小。
[0038] 在測(cè)量結(jié)束之后,可將本實(shí)用新型從埋設(shè)處取出,注意將電容器進(jìn)行放電使得沒 有電荷殘留保證安全,且將外表擦拭干凈方便下次使用。
[0039] 使用過程中,要注意電容器的工作頻率不應(yīng)與諧振頻率相同,一般應(yīng)低于諧振頻 率,否則會(huì)破壞電容的正常應(yīng)用。還有需要注意的是,測(cè)量電容變化的電路比較復(fù)雜,在保 證線路連接正確后才可通電。
[0040] 以上結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式做出詳細(xì)說明,但本實(shí)用新型不局限于所 描述的實(shí)施方式。對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言,在本實(shí)用新型的原理和技術(shù)思想的范圍 內(nèi),對(duì)這些實(shí)施方式進(jìn)行多種變化、修改、替換和變形仍落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種變介質(zhì)圓柱形電容器測(cè)量真空壓力的裝置,其特征在于:包括封閉的圓柱形電 容器,所述圓柱形電容器具有作為電極的內(nèi)筒和外筒,所述電容器內(nèi)容納有不導(dǎo)電液體;所 述內(nèi)筒中穿設(shè)有傳遞管,所述內(nèi)筒、外筒和傳遞管同軸,所述內(nèi)筒、外筒和傳遞管之間形成 往復(fù)彎折的通道,所述傳遞管連接到電容器底壁的一端包覆有擋水透氣墊片。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變介質(zhì)圓柱形電容器測(cè)量真空壓力的裝置,其特征在于:所 述圓柱形電容器的外層具有防水保護(hù)層。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變介質(zhì)圓柱形電容器測(cè)量真空壓力的裝置,其特征在于:所 述電極通過導(dǎo)線連接到外部的阻抗測(cè)量儀。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變介質(zhì)圓柱形電容器測(cè)量真空壓力的裝置,其特征在于:所 述傳遞管為圓柱形塑料管,所述圓柱形塑料管位于圓柱形電容器的中心。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變介質(zhì)圓柱形電容器測(cè)量真空壓力的裝置,其特征在于:所 述圓柱形電容器的高度是l〇~15cm。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變介質(zhì)圓柱形電容器測(cè)量真空壓力的裝置,其特征在于:所 述傳遞管的直徑為lcm,所述內(nèi)筒和外筒的間距為lcm,所述內(nèi)筒和傳遞管的間距為lcm。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變介質(zhì)圓柱形電容器測(cè)量真空壓力的裝置,其特征在于:所 述不導(dǎo)電液體位于傳遞管與外筒形成的環(huán)狀腔體內(nèi),所述不導(dǎo)電液體上方的封閉腔室的氣 壓為大氣壓強(qiáng),所述傳遞管與待測(cè)介質(zhì)相連接。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變介質(zhì)圓柱形電容器測(cè)量真空壓力的裝置,其特征在于:所 述內(nèi)筒的頂部與電容器的絕緣頂壁固定連接,所述內(nèi)筒的底部邊緣與電容器底壁的距離為 Icm 0
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種變介質(zhì)圓柱形電容器測(cè)量真空壓力的裝置,包括封閉的圓柱形電容器,所述圓柱形電容器具有作為電極的內(nèi)筒和外筒,所述電容器內(nèi)容納有不導(dǎo)電液體;所述內(nèi)筒中穿設(shè)有傳遞管,所述內(nèi)筒、外筒和傳遞管同軸,所述內(nèi)筒、外筒和傳遞管之間形成往復(fù)彎折的通道,所述傳遞管連接到電容器底壁的一端包覆有擋水透氣墊片。本裝置測(cè)量時(shí)電信號(hào)穩(wěn)定,讀數(shù)精確,抵抗土壓力及土體變形的干擾能力強(qiáng),裝置操作方便簡單,制作成本低。
【IPC分類】E02D1/02, E02D3/10
【公開號(hào)】CN204690724
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520228656
【發(fā)明人】吳堯, 張蔚
【申請(qǐng)人】河海大學(xué)
【公開日】2015年10月7日
【申請(qǐng)日】2015年4月15日