变介质圆柱形电容器测量真空压力的装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种土体真空压力的测量装置，具体涉及真空预压和真空堆载联 合预压处理软土地基时的观测装置。
【背景技术】
[0002] 在对软土地基进行加固时，工程上常用真空预压或真空堆载联合预压技术，其中 现场真空度的测量是真空预压处理软基监测的重要内容，可为工程的监测分析和真空排水 预压技术研宄提供资料。目前工程中普遍采用弹簧管式真空表测量真空度，测量装置一般 由真空度测头、真空表和软管组成。在施工过程中，在土层中埋设真空管并延伸至地面与真 空表相连，将土层里的压力通过真空管传至地表，用真空表进行测量来监测土层中真空压 力的大小及传递规律。然而，由于工程现场的影响使得这种测量效果并不理想。尤其是埋 设在土体中的真空管容易受到横向土压力的影响，甚至由于土体变形受到挤压破坏，导致 真空压力的测量出现偏差，且真空管埋设在土中，出现各种意外情况不方便进行处理；另外 真空表的读数人为误差大，会影响到对监测结果的正确评价。
【发明内容】
[0003] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种变介质圆柱形 电容器测量真空压力的装置，在工程现场对真空压力的观测中，用导线代替真空管，用电信 号代替直接的压力信号，解决了传统观测方法中，埋设在土里的真空管易受土体干扰和损 坏且不易修复的问题，同时也解决了测量结果为指针读数受人为影响大的问题。
[0004] 技术方案：为解决上述技术问题，本实用新型提供的变介质圆柱形电容器测量真 空压力的装置，包括封闭的圆柱形电容器，所述圆柱形电容器具有作为电极的内筒和外筒， 所述电容器内容纳有不导电液体；所述内筒中穿设有传递管，所述内筒、外筒和传递管同 轴，所述内筒、外筒和传递管之间形成往复弯折的通道，所述传递管连接到电容器底壁的一 端包覆有挡水透气垫片。挡水透气垫片保证了真空压力能顺利传递到腔室且其他物质不会 进入装置内部，尤其是地下水不会进入到装置内部。不导电液体保证电容器能正常工作，可 取密度的较大的有机溶剂，且取为环保材料不会对环境有不良影响。
[0005] 具体地，电容器的高度为10~15cm，外层涂覆防腐蚀防水材料形成外防水保护 层。且整个装置除了传递管底部可传递真空压力外，其余部分均密封，保证真空压力测量的 准确。
[0006] 具体地，所述电极通过导线连接到外部的阻抗测量仪。电信号通过导线传递至地 面，再利用检测装置进行测量，即可得到真空压力的数字读数，结果精确。
[0007] 具体地，所述传递管为圆柱形塑料管，所述圆柱形塑料管位于圆柱形电容器的中 心。
[0008] 具体地，所述传递管的直径为1cm，所述内筒和外筒的间距为1cm，所述内筒和传 递管的间距为lcm。
[0009] 具体地，所述不导电液体位于传递管与外筒形成的环状腔体内，所述不导电液体 上方的封闭腔室的气压为大气压强，所述传递管与待测介质相连接。
[0010] 具体地，所述内筒的顶部与电容器的绝缘顶壁固定连接，所述内筒的底部边缘与 电容器底壁的距离为lcm。
[0011] 在真空预压或真空堆载联合预压施工过程中，土体测量处的真空压力通过塑料管 传递到装置内，与土体连通的腔室中为真空压力，装置内腔室为大气压，在抽真空前不导电 液体的液面保持平衡，抽完真空后两腔室的压力差使得两侧的液面产生液面差，电容器间 的液面高度发生变化，即电容器间的电介质改变，使得电压也发生变化。从而实现将所要测 量的压力信号转变成电信号，通过导线传递到地面再利用阻抗测量仪进行测量。
[0012] 有益效果：本实用新型与现有技术相比，具备以下显著的进步：
[0013] L利用电信号传递真空压力，通过导线传输不受土压力及土体变形的干扰，且不 受土体种类、土体杂质影响，所测的结果为精确的真空压力大小；
[0014] 2.读数结果为数字读数，与真空表的指针读数相比，受到人为误差的影响小；
[0015] 3.该装置制作成本低，使用方便，结构简单和灵敏度高。
[0016] 除了上面所述的本实用新型解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这 些技术方案的技术特征所带来的优点外，本实用新型的变介质圆柱形电容器测量真空压力 的装置所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来 的优点，将结合附图做出进一步详细的说明。
【附图说明】
[0017] 图1是本实用新型实施例的结构示意图；
[0018] 图2是图1的剖视图；
[0019] 图中：1圆柱形电容器，2圆柱形塑料管，3不导电液体，4挡水透气垫片，5导线，6 与土体连通的腔室，7装置内部腔室。
【具体实施方式】 [0020] 实施例：
[0021] 本实施例的变介质圆柱形电容器测量真空压力的装置如图1和图2所示，包括由 两个同轴圆柱形电容板组成的电容器1、与电容器1同轴圆柱形塑料管2、位于电容器1内 部与塑料管2之间的不导电液体3、包覆在塑料管2底部的挡水透气垫片4、分别与两个电 容板相连接的导线5且与外部检测装置构成电路，可选用阻抗测量仪作为检测电容变化的 测量电路。
[0022] 使用时，先对装置进行检查，如检查装置的封闭性和检查电路的连通性，装置内的 腔室应为全封闭，里面的压强为大气压强，初始时刻在外界大气压的作用下装置内的不导 电液体应保持同一液面高度。在真空预压或真空堆载联合预压施工时，将该装置先埋设在 所要测量真空压力的土层处，通过导线引出地面与检测装置相连，可将多个装置同时与同 一检测装置相连，以节省成本且方便读数。
[0023] 当土体观测处的真空压力发生变化时，压力通过塑料管底部的挡水透气垫片经由 塑料管传递进腔室，挡水透气垫片保证了真空压力的正常传递、保证地下水不会进入装置 内部，且防止土体颗粒及污染物等进入装置内部造成破坏。此时腔室内的压力发生变化，即 为所要测量的真空压力，而封闭的腔室内仍为大气压，两腔室产生的气压差为Δρ，由压强 公式（1)可知液面两测产生的液面高度差为Ah
[0024] Ap=PgAh (1)
[0025] 由于腔室内为真空压力，气压较低，因此此时腔室处液面降低腔室处液面身高，即 电容器间的介质（该不导电液体与空气）的相对量发生变化，电容也将发生变化，具体变化 过程见公式推导：
[0026] 当I >> D-d时，由高斯定理可知两电容器板间的电场强度为：
[0030] 式（2)中：E为电场强度；k为单位高度上电容器所带的电量；ε为介电常数。
[0031] 式⑶中：U为电压；R，r分别为两电容器板的半径；Q为电容器上所带的电量；
[0032] 1为电容器板的高度。
[0033] 式（4)中：C代表电容，单位为F。
[0034] 由式⑴~⑷可知，电容的变化量为：
[0036] 式（5)中：AC为电容变化量；ε A空气的介电常数；ε $装置内液体的介电常 数。
[0037] 电容的变化量经过电路的放大等处理之后，就能在地面的检测装置的显示器上直 接读出真空压力的大小，将埋设土里的多个本实用新型同时连接同一个检测装置，就能得 到所有需要测量的真空压力的大小。
[0038] 在测量结束之后，可将本实用新型从埋设处取出，注意将电容器进行放电使得没 有电荷残留保证安全，且将外表擦拭干净方便下次使用。
[0039] 使用过程中，要注意电容器的工作频率不应与谐振频率相同，一般应低于谐振频 率，否则会破坏电容的正常应用。还有需要注意的是，测量电容变化的电路比较复杂，在保 证线路连接正确后才可通电。
[0040] 以上结合附图对本实用新型的实施方式做出详细说明，但本实用新型不局限于所 描述的实施方式。对本领域的普通技术人员而言，在本实用新型的原理和技术思想的范围 内，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形仍落入本实用新型的保护范围内。
【主权项】
1. 一种变介质圆柱形电容器测量真空压力的装置，其特征在于：包括封闭的圆柱形电 容器，所述圆柱形电容器具有作为电极的内筒和外筒，所述电容器内容纳有不导电液体；所 述内筒中穿设有传递管，所述内筒、外筒和传递管同轴，所述内筒、外筒和传递管之间形成 往复弯折的通道，所述传递管连接到电容器底壁的一端包覆有挡水透气垫片。2. 根据权利要求1所述的变介质圆柱形电容器测量真空压力的装置，其特征在于：所 述圆柱形电容器的外层具有防水保护层。3. 根据权利要求1所述的变介质圆柱形电容器测量真空压力的装置，其特征在于：所 述电极通过导线连接到外部的阻抗测量仪。4. 根据权利要求1所述的变介质圆柱形电容器测量真空压力的装置，其特征在于：所 述传递管为圆柱形塑料管，所述圆柱形塑料管位于圆柱形电容器的中心。5. 根据权利要求1所述的变介质圆柱形电容器测量真空压力的装置，其特征在于：所 述圆柱形电容器的高度是l〇~15cm。6. 根据权利要求1所述的变介质圆柱形电容器测量真空压力的装置，其特征在于：所 述传递管的直径为lcm，所述内筒和外筒的间距为lcm，所述内筒和传递管的间距为lcm。7. 根据权利要求1所述的变介质圆柱形电容器测量真空压力的装置，其特征在于：所 述不导电液体位于传递管与外筒形成的环状腔体内，所述不导电液体上方的封闭腔室的气 压为大气压强，所述传递管与待测介质相连接。8. 根据权利要求1所述的变介质圆柱形电容器测量真空压力的装置，其特征在于：所 述内筒的顶部与电容器的绝缘顶壁固定连接，所述内筒的底部边缘与电容器底壁的距离为 Icm 0
【专利摘要】本实用新型公开了一种变介质圆柱形电容器测量真空压力的装置，包括封闭的圆柱形电容器，所述圆柱形电容器具有作为电极的内筒和外筒，所述电容器内容纳有不导电液体；所述内筒中穿设有传递管，所述内筒、外筒和传递管同轴，所述内筒、外筒和传递管之间形成往复弯折的通道，所述传递管连接到电容器底壁的一端包覆有挡水透气垫片。本装置测量时电信号稳定，读数精确，抵抗土压力及土体变形的干扰能力强，装置操作方便简单，制作成本低。
【IPC分类】E02D1/02, E02D3/10
【公开号】CN204690724
【申请号】CN201520228656
【发明人】吴尧, 张蔚
【申请人】河海大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年4月15日