Датчик влажности грунта

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ВТОР СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22)Заявлено 02,02.81 (21) 32с присоединением заявки РЙ м. к.6 01 М 18-25 Гоеударвкнный квинте СССР пю делам нэабретеннй н аткрытнй .3) П риоритет. Опубликовано 15, 10,82. Битл Дата опубликования описан.Р.Голли г Е ,Юута,1 Ленинградскии Филиал Государственного про явитель изыскательского и научно-исследовательско(54) ДАТЧИК ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА точн устройс змерени ительны 1Изобретение 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 повышенияости и чувствительности измерений .чувствительный элемент выполнен в виде катушки индуктивности, поме,щенной в ионитовую смолу, расположженную между катушкой индуктивности и внутренней стенкой керамического стакана 1,Недостатком твневозможность и ядиапазоне полож х р ных температур, обусловленная особыми свойствами использованного чув"ствительного элемента, а также ак"тивное воздействие на чувствитель"ный элемент и окружающий анализиру"емый грунт электромагнитного поля,что вызывает погрешности из-за перераспределения влаги за счет активного искусственного воздействия. Кроме того, при отрицательных температурах лед разрушает керамическийстакан, что снижает долговечностьустройства,Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является дат.чик, содержащий корпус с размещенным в нем чувствительным элементом,соединенным с нагружающим устройством и датчиком его его деформации 1 212 о Однако известным датчиком невоз"можно измерение влажности исследуемого грунта в диапазоне отрицательных температур из-за отсутствия за3 Эббе висимости между количеством льда в грунте и измеряемой характеристикой - изменением длины чувствительного элемента, неопределенные погрев- ности измерений влажности немерзлого грунта при значениях влажности больше чем максимальная гигроскопическая влагоемкость, вызванные наличием воздушного слоя между исследуемым грунтом и чувствительным элемен том.Цель изобретения - повышение точности измерения в диапазоне положительных и отрицательных температур.Поставленная цель достигается 1 З тем, что в датчике влажности, содержащем корпус с размещенным в нем чувствительным элементом, соединенным с нагружающим устройством и датчиком деформации чувствительного элемента чувствительный элемент выполнен в ви" де полости, заполненной набухающим материалом, соединенной через подвижный элемент с уплотняющим устройством, выполненным в виде упругой обо" лочки, заполненной газом и соединенным с датчиком деформации,В качестве набухающего материала для чувствительного элемента может быть использовано структуроподобный анализируемому грунту дисперсный материал.В связи с тем, что чувствительный элемент выполнен из подобного по структуре анализируемому грунту мате риала и имеет одинаковый с ним по.тенциал увлажнения - осушения, обеспечивается подобие процессов влагонакопления - выдыхания и промерзанияоттаивания чувствительного элемента и исследуемого грунта.Регистрация влажности грунта по изменению объема чувствительного элемента становится тем более возможной благодаря выполнению тарировок: предварителЬной (перед установкой датчика 4 ф в грунт) и контрольной (после его удаления 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 выполняться стандартным весовым методом. Ы Тарировочные соотношения влажности грунта - показания датчика измерения деформаций (объема) используют 1 4затем для непрерывных наблюдений завлажностью 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 набухающих грунтов следует использоватьграфики корреляционной зависимостивеличины набухания чувствительногоэлемента отвлажности окружающегоанализируемого грунта.Уплотняющее устройство датчикавлажности служит для уплотнения чувствительного элемента в процессе набухания - усушки и пучения (промерзание) - оттаивания, причем создаваемоеим давление на чувствительный элементимитирует давление вышележащего грунта на исследуемый и определяется извыраженияР =ХЬ+Р,где 3 - объемный вес 1 -го слоя грунта;.Ь 1 - высота 1-го слоя грунта, расположенного выше датчика влажности" вертикальное напряжение отвоздействия здания или ссоружения, 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.В 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 размещена966571 6 герметичная упругая оболочка, например сферическая каучуковая, соединенная гидравлически, преимущественно жестким шлангом, с пьезометрической трубкой, например стеклянной, 3выведенной через корпус и расположенной выше датчика влажности и заполненной незамерзающей жидкостью.Благодаря тому, что заполненнаянезамерзающей жидкостью гидравлическая система (оболочка, размещеннаявнутри чувствительного элемента, соединительный шланг и пьезометрическая трубка) совмещает функции уплотняющего устройства и датчика измере- Иния деформаций одновременно, конструкция датчика влажности грунта упрощается, надежность его работы увеличивается и для выполнения измеренийвлажности не требуется внешнего источника энергии.Давление, уплотняющее чувствитель"ный элемент, создается гидростатическим напорам столба жидкости, расположенной в соединительном шланге и пье- Изометрической трубке, а деформациичувствительного элемента при измене"нии влажности грунта регистрируютпо изменению уровня жидкости в пьезометрической трубке. 30На чертеже схематически изображендатчик влажности грунта, разрез.Датчик влажности грунта включаетжесткий корпус 1, во влагопроводнойчасти которого размещен чувствительный элемент 2, выполненный из структуроподобного анализируемому грунтудисперсного материала, набухающегогрунта, а во влагонепроницаемой части - уплотняющее устройство, содержащее поршень 3, неподвижно закрепленный на нем стержень 4 и упругийэлемент 5, выполненный, например, ввиде замкнутой герметичной упругойоболочки, заполненной газом, или ввиде пружины,. а также соединенный суплотняоцим устройством датчик деформаций, включающий измерительный элемент 6, например тензометрическоготипа или индикатор перемещений часового типа, и соединительные провода 7.МРабота датчика осуществляется следующим образом,При увеличении влажности анализируемого грунта, расположенного вокругкорпуса 1, чувствительный элемент 2также унлажняется и набухает, поднимает поршень 3 с установленным нанем стержнем 4 и сжимает упругий элемент. 5. Величину перемещения стержня 4 регистрирует измерительный элемент 6 и по соединительным проводам 7 передает соответствующий сигнал к месту наЬлюдений, 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 обьеме под воздействием упругого элемента 5, усилие которого передается на чувствительный элемент 2 через поршень 3, перемещающийся вместе с закрепленным на нем стержнем 4. Перемещение стержня 4 регистрирует измерительный элемент 6 и по осисоединительным 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 треЬуется дополнительных источников энергии, Датчик влажности не оказывает на окружающий анализируемый грунт искусственного воздействия (излучением, электромагнитный полем и т.п,), поэтому точность его измерений повышается и появляется воз" можность 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 чувствительным элементом, соединенным с нагружающим устройством и датчиком деформации, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерения в диапазоне положительных и отрицательных температур, чувствительный элемент выполнен в виде полости, заполненной набухающим материалом, соединенной через подвижный элемент с уплотняющим устройст7вом, выполненным в виде упругой оболочки, заполненной газом,и соединенным с датчиком деформации.2. Датчик по и, 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что набухающий материал выполнен из структуроподоб" ного анализируемому грунту дисперсного материала. 9 б 6571Источники информации принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР11 549726, кл. 6 01 й 27/22, 1974,2. Авторское свидетельство СССРУ 29993, кл, 6 01 М 1/11, 1933 (прототип) .А,Платовааточка СоставителТехред Т. Редактор О.Колесников Корректор 1,Бокаан Подписное каз 7 33 ал ППП Патент , г,ужгород, ул. Проектная,Тираж 7 ВНИИПИ Государственного комипо делам изобретений и отк 113035, Иосква, Ю, Раушска а СССРийаб д. 4/