土壓力傳感器技術文檔

1. 概述

土壓力傳感器是用于測量土體壓力的專用儀器，在巖土工程監測中提供壓力數據支持。本文檔介紹其基本原理、分類、應用范圍及使用要點。

2. 測量原理

土壓力傳感器將土體壓力轉換為可測量的電信號,常見技術類型包括:

壓阻式傳感器 應變片或半導體材料受力后電阻值發生變化,通過惠斯通電橋電路輸出電壓信號。結構相對簡單,但對溫度較敏感。

振弦式傳感器 鋼弦在壓力作用下張力改變,導致固有頻率變化。通過激振線圈和拾振線圈測量頻率,計算壓力值。抗干擾能力較強,適合長期監測。

電容式傳感器 壓力使電容極板間距改變,引起電容量變化。靈敏度較高,但受環境濕度影響較大。

光纖式傳感器 基于光纖布拉格光柵(FBG)技術,壓力使光柵周期改變,反射波長發生漂移。具有抗電磁干擾、可分布式測量等特點,但成本較高。

3. 產品分類

埋入式土壓力計

1.       埋設于土體內部,測量土體自身壓力

2.       常用于路基、堤壩等填土工程

3.       需考慮安裝過程對土體的擾動影響

接觸式土壓力計

1.       安裝在結構物與土體接觸面

2.       用于擋土墻、襯砌等結構受力監測

3.       測量結果受接觸面狀態影響

微型土壓力計

1.       尺寸較小,主要用于室內試驗

2.       不適合野外長期監測

4. 應用領域

土壓力傳感器在以下工程中有實際應用:

基坑支護工程中監測圍護結構所受土壓力;隧道及地下工程中測量襯砌壓力;路基邊坡工程中評估土體穩定性;水利大壩中監測壩體及地基壓力;橋梁樁基礎中測量側向土壓力。

具體應用效果取決于工程地質條件、傳感器選型、安裝質量等多種因素。

5. 技術指標

量程范圍: 0.1~10 MPa,需根據實際壓力水平選擇

測量精度: 一般為±0.5%~±2% FS,受制造工藝和環境條件影響

溫度范圍: -20℃~+80℃(常規型),特殊型號可擴展

輸出方式: 模擬量(4-20mA/0-5V)或數字量(RS485/Modbus等)

防護等級: IP67或IP68,滿足野外埋設要求

長期穩定性: 年漂移通常在±1%~±3% FS范圍

6. 安裝要求

埋入式安裝

1.       開挖尺寸應大于傳感器外形,回填材料需與原土相似

2.       傳感器受力面應垂直于主應力方向

3.       分層回填壓實,避免架空或局部應力集中

4.       電纜應有適當余量并做防水保護

接觸式安裝

1．        接觸面應平整清潔,必要時使用薄層砂漿找平

2．       固定方式需確保傳感器不會滑移或脫落

3．       避免點接觸,確保受力均勻

通用注意事項

1．        施工中防止沖擊、過載或電纜損傷

2．       記錄安裝位置、方向、編號等信息

3．       安裝后進行初讀數記錄

7. 校準與維護

出廠校準 制造商應提供校準證書,包括量程、精度、溫度系數等參數。使用前核對校準有效期。

現場檢查 安裝后檢查零點讀數是否合理;定期檢查數據連續性和趨勢;對比同一斷面多個傳感器的數據一致性。

常見問題

1.       讀數異常波動可能因接觸不良、進水或電纜損傷

2.       長期零漂可能與溫度變化、材料老化相關

3.       局部應力集中可能導致讀數偏高

8. 數據解讀

土壓力監測數據受多種因素影響:

土體非均質性導致相鄰測點差異較大;施工擾動、降雨、溫度變化等引起壓力波動;傳感器尺寸效應和安裝質量影響測量代表性;結構變形會改變接觸面壓力分布。

因此數據分析應結合工程實際,綜合判斷,不宜單純依賴數值大小得出結論。必要時應與其他監測手段(如位移、應變等)相互驗證。

9. 局限性說明

土壓力傳感器存在以下局限:

1.       測量的是局部點壓力,可能不能代表整體情況

2.       埋設過程對土體的擾動難以消除干凈

3.       傳感器剛度與土體差異可能導致應力集中

4.       長期埋設中可能發生蠕變、腐蝕等老化現象

5.       對于動態快速加載響應能力有限

因此監測方案設計需合理布點,數據應用應謹慎判斷。