專利名稱：測量大壩、河流湖泊底部土壤中水壓力傳感器及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種測量大壩、河流湖泊底部土壤中水壓力傳感器及測量方法，
測量介質(zhì)為土壤和泥漿，傳感器以天然火山石加工制作成圓形柱狀的膜為滲透部件，屬于 滲透膜土壤水壓傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)前測量水的壓力傳感器的種類很多，主要典型的硅壓阻式傳感器，工作范圍在 1Kpa 100Mpa，測量介質(zhì)為液體，對于粘稠泥漿和土壤中水的壓力測量有一定的缺陷；因 為硅壓阻式傳感器是硅微芯片結(jié)構(gòu)，不可以直接測量粘稠泥漿和土壤中水，必須把它封裝 在不銹鋼殼體內(nèi)，焊接厚度為0. 0254mm的316L不銹鋼膜做為感應(yīng)面，內(nèi)部充滿硅油做為傳 導(dǎo)壓力介質(zhì)，組成硅壓力芯體。因為粘稠泥漿和土壤易堵塞硅壓力芯體的316L不銹鋼膜片 感應(yīng)面，并且它們中可能有較硬的顆粒物狀易破壞316L不銹鋼膜片感應(yīng)面，以至于影響傳 感器的測量精度，更有可能損壞傳感器，使測量無法進行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的是一種測量大壩、河流湖泊底部土壤中水壓力傳感器及測量方法， 其目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺陷，利用天然火山石的滲透及抗壓性能強的特點，將 其加工成圓柱形狀；加以硅壓阻式壓力傳感器小型化、耐腐蝕、測量范圍寬及穩(wěn)定性能好的 特點，可以預(yù)埋在大壩的體內(nèi)和河流湖泊的底部，測量大壩的體內(nèi)和河流湖泊的底部土壤 中的水壓力，將測量采集信號傳出，采用實時監(jiān)測的方式，對大壩體內(nèi)和河流湖泊底部土壤 中的水壓進行檢測。 本發(fā)明的技術(shù)解決方案其特征是天然火山石滲透膜安裝在固定保護套中，固定 保護套和壓力接頭通過螺紋連接，硅壓力芯體通過"O"型密封圈密封安裝在壓力接頭中， 壓環(huán)通過螺紋和壓力接頭連接壓緊硅壓力芯體，電信號放大處理板用安裝螺釘固定在壓環(huán) 上，殼體和壓力接頭通過氬弧焊接成整體，該整體內(nèi)部灌封硅膠；輸出電纜和電信號放大處
理板連接，檔圈和"o"型密封圈套在輸出電纜上，用壓緊螺母緊固，熱縮護套熱縮在殼體、壓
緊螺母及輸出電纜的連接部位；測量時，土壤中的水從滲透口經(jīng)過天然火山石滲透膜進入 壓力腔室中，經(jīng)過滲透的水壓力作用在硅壓力芯體的316L不銹鋼膜片上，硅壓力芯體感受 壓力并將壓力轉(zhuǎn)換為電信號輸出；硅壓力芯體輸出的電信號傳輸?shù)诫娦盘柗糯筇幚戆迳希?經(jīng)過電信號放大處理板上的電信號放大電路的信號放大及電壓轉(zhuǎn)換成電流4 20mA信號； 4 20mA電流信號經(jīng)輸出電纜傳輸?shù)娇刂撇蓸邮摇?本發(fā)明的優(yōu)點熱縮護套熱縮在殼體、壓緊螺母及輸出電纜的連接部位。起保護 輸出電纜的根部；固定保護套、壓力接頭、壓環(huán)、殼體及壓緊螺母采用1Crl8Ni9Ti不銹鋼加 工，使傳感器整體密封，耐土壤和水的壓力，耐土壤和水長期腐蝕。本傳感器具有滲透性能 好、體積小、重量輕、全不銹鋼水密結(jié)構(gòu)、耐壓防腐蝕的特點；穩(wěn)定性能好，綜合精度高，誤差 小等優(yōu)點。


附圖1是滲透膜土壤水壓傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2是壓力芯體補償電路圖。 附圖3是放大電路板的4 20mA輸出電路框圖。 圖中的1是固定保護套、2是土壤水滲透口、3是天然火山石滲透膜、4是固定安裝 孔、5是壓力腔室、6是316L不銹鋼膜片、7是硅壓力芯體、8是"0"型密封圈、9是壓力接頭、 10是壓環(huán)、11是安裝螺釘、12是電信號放大處理板、13是殼體、14是灌封硅膠、15是檔圈、 16是"0"型密封圈、17是壓緊螺母、18是熱縮護套、19是輸出電纜。
具體實施例方式
對照附圖l，其結(jié)構(gòu)包括固定保護套1、天然火山石滲透膜3、硅壓力芯體7、"0"型 密封圈8、壓力接頭9、壓環(huán)10、安裝螺釘11、電信號放大處理板12、殼體13、灌封硅膠14、檔 圈15、"0"型密封圈16、壓緊螺母17、熱縮護套18、輸出電纜19。其中天然火山石滲透膜3 安裝在固定保護套1中，固定保護套1和壓力接頭9通過螺紋連接，硅壓力芯體7通過"O" 型密封圈8密封安裝在壓力接頭9中，壓環(huán)10通過螺紋和壓力接頭9連接壓緊硅壓力芯體 7，電信號放大處理板12用安裝螺釘11固定在壓環(huán)10上；殼體13和壓力接頭9通過氬弧 焊接成整體，該體內(nèi)內(nèi)部灌封硅膠14 ;輸出電纜19和電信號放大處理板12連接，從殼體13 后端部輸出，檔圈15禾P"O"型密封圈16套在輸出電纜19上并用壓緊螺母17緊固，熱縮護 套18熱縮在殼體13、壓緊螺母17及輸出電纜19的連接部位，起保護輸出電纜的根部；固 定保護套、壓力接頭、壓環(huán)、殼體及壓緊螺母采用1Crl8Ni9Ti不銹鋼加工，使傳感器整體密 封，耐土壤和水的壓力，耐土壤和水長期腐蝕。 測量時，土壤中的水從滲透口 2經(jīng)過天然火山石滲透膜3進入壓力腔室5中，經(jīng)過 滲透的水壓力作用在硅壓力芯體7的316L不銹鋼膜片6上，硅壓力芯體7感受壓力并將其 轉(zhuǎn)換為電信號輸出；硅壓力芯體7輸出的電信號傳輸?shù)诫娦盘柗糯筇幚戆?2上，經(jīng)過電信 號放大處理板12上的電信號放大電路的信號放大及電壓轉(zhuǎn)換成電流4 20mA信號；4 20mA電流信號經(jīng)輸出電纜19傳輸?shù)娇刂撇蓸邮摇?對照附圖2，電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4是壓力敏感芯電橋，電阻R5、電阻R6 是調(diào)整壓力芯體的零點輸出，電阻R7、電阻R8是零點溫度補償作用，二極管Dl、電阻R9是 靈敏度溫度補償和調(diào)整壓力輸出信號的作用。Vin+、Vin-是壓力芯體電源的輸入端，Vout+、 Vout是壓力芯體信號的輸出端。 對照附圖3，由現(xiàn)有技術(shù)穩(wěn)壓電路、壓力芯體、電壓放大電路和V/I轉(zhuǎn)換電路組成， 穩(wěn)壓電路對外界供電電源進行二次穩(wěn)壓再提供給壓力新芯體和電壓放大電路；電壓放大電 路將壓力芯體的信號進行放大處理；V/I轉(zhuǎn)換電路將電壓信號轉(zhuǎn)換成恒定的電流信號。 [OOM] 硅壓力芯體7采用S19型壓力敏感芯體，其結(jié)構(gòu)是硅壓力敏感芯片粘貼在316L不 銹鋼玻璃燒結(jié)體上，焊環(huán)和316L不銹鋼膜片及316L不銹鋼玻璃燒結(jié)體焊接，內(nèi)部灌充硅 油，溫度補償電路安裝在不銹鋼玻璃燒結(jié)體的引腳上；工作原理是壓力作用在316L不銹鋼 膜片，316L不銹鋼膜片將感受的壓力通過硅油傳遞到硅壓力敏感芯片上，硅壓力敏感芯片 將壓力轉(zhuǎn)換為電信號，電信號通過玻璃燒結(jié)體的引腳傳遞到溫度補償板，溫度補償板再將信號傳遞到電信號放大處理板12上。 電信號放大處理板12工作原理是穩(wěn)壓模塊將輸入電源進行二次穩(wěn)壓， 放大電路將硅壓力芯體的毫伏級信號放大到伏級電壓信號，V/I轉(zhuǎn)換電路將電壓
信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的4 20mA電流信號。
權(quán)利要求
測量大壩、河流湖泊底部土壤中水壓力傳感器及測量方法，其特征是天然火山石滲透膜安裝在固定保護套中，固定保護套和壓力接頭通過螺紋連接，硅壓力芯體通過“O”型密封圈密封安裝在壓力接頭中，壓環(huán)通過螺紋和壓力接頭連接壓緊硅壓力芯體，電信號放大處理板用安裝螺釘固定在壓環(huán)上，殼體和壓力接頭通過氬弧焊接成整體，該整體內(nèi)部灌封硅膠；輸出電纜和電信號放大處理板連接，檔圈和“O”型密封圈套在輸出電纜上，用壓緊螺母緊固，熱縮護套熱縮在殼體、壓緊螺母及輸出電纜的連接部位；測量時，土壤中的水從滲透口經(jīng)過天然火山石滲透膜進入壓力腔室中，經(jīng)過滲透的水壓力作用在硅壓力芯體的316L不銹鋼膜片上，硅壓力芯體感受壓力并將壓力轉(zhuǎn)換為電信號輸出；硅壓力芯體輸出的電信號傳輸?shù)诫娦盘柗糯筇幚戆迳希?jīng)過電信號放大處理板上的電信號放大電路的信號放大及電壓轉(zhuǎn)換成電流4～20mA信號；4～20mA電流信號經(jīng)輸出電纜傳輸?shù)娇刂撇蓸邮摇?br> 全文摘要
本發(fā)明是一種測量大壩、河流湖泊底部土壤中水壓力傳感器及其測量方法，其特征是土壤中的水從滲透口經(jīng)過天然火山石滲透膜進入壓力腔室中，經(jīng)過滲透的水壓力作用在硅壓力芯體的316L不銹鋼膜片上，硅壓力芯體感受壓力并將其轉(zhuǎn)換為電信號輸出；硅壓力芯體輸出的電信號傳輸?shù)诫娦盘柗糯筇幚戆迳希?jīng)電信號放大及電壓轉(zhuǎn)換成電流4～20mA信號；4～20mA電流信號經(jīng)輸出電纜傳輸?shù)娇刂撇蓸邮?。?yōu)點熱縮護套熱縮在殼體、壓緊螺母及輸出電纜的連接部位起保護輸出電纜的根部；采用1Cr18Ni9Ti不銹鋼加工，使傳感器整體密封，耐土壤和水的壓力，耐土壤和水長期腐蝕。另具滲透性能好、體積小、重量輕、穩(wěn)定性好，綜合精度高，誤差小等特點。
文檔編號G01L9/00GK101718605SQ20091023263
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月3日
發(fā)明者佘德群, 李維平, 黃標(biāo) 申請人:李維平;黃標(biāo);佘德群