一种微型正负压测量孔隙水压力传感器的制作方法

本发明涉及测压装置，尤其涉及一种微型正负压测量孔隙水压力传感器。

背景技术：

孔隙水压力传感器(也称孔隙水压力计或渗压计)是一种用于测量土壤孔隙水压力的仪器，把水压力从测量的总土压力中分离出来并测量。孔隙水压力的测量，对研究土体变形和强度变化有着重要意义，是土介质力学特性研究常用的一种方法。

孔隙水压传感器现有标准化的产品中，基本以测正压和测负压区分，并没有一个既能测正压又能侧负压的产品。但在一些重要土工试验中，如冻土、及黏土试验中的测点会存在正负压的转变，因此需要一种能实现正负压测量的孔隙水压力传感器。

河北农业大学的冯苍旭在其硕士论文《土壤孔隙水压力检测系统试验研究及关系模型建立》中，以压阻式压力传感器为压力感应元件，通过微孔陶瓷筒水浸润后的透水阻气效应，使压力传感器和土壤间建立一个传递压力的水柱，并使用导气电缆，制作了一款正负压力测量的孔隙水压力传感器，实现了正负压力的测量，此种孔隙水压力传感器适合用于埋入式测量，但由于其体积较大，不适于多点测量和离心模型中测量。

技术实现要素：

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种微型正负压测量孔隙水压力传感器。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种微型正负压测量孔隙水压力传感器，包括微孔陶瓷板、弹性体、应变片、连接体、通气管和连接电缆，所述弹性体为中端设置有圆膜片的筒体，所述弹性体的上端与所述连接体的下端固定连接，所述连接体的下侧面与所述圆膜片之间设置有空腔，所述应变片贴合在所述圆膜片的上侧面，所述空腔通过穿过所述连接体的所述通气管与大气连通，所述连接电缆穿过所述连接体与所述应变片电连接，所述微孔陶瓷板固定在所述弹性体的下端内部，所述微孔陶瓷板与所述圆膜片之间设置有间隙。

具体地，所述连接体的上端固定设置有密封后盖，所述连接体上设置有用于固定所述通气管和所述连接电缆的连接端子板。

优选地，所述微孔陶瓷板的厚度大于所述圆膜片与所述弹性体的下端面之间的距离。

具体地，所述微控陶瓷杯的圆周与所述弹性体的内侧面、所述连接体的上侧面、所述连接体与所述连接端子板之间、所述通气管与所述连接体和所述密封后盖之间、所述连接电缆与所述连接体和所述密封后盖之间均设置有防水密封胶。

具体地，所述弹性体与所述连接体之间、所述后盖与所述连接体之间均通过激光焊接密封连接。

具体地，所述微孔陶瓷板的渗透率与所测土体空隙渗透率一致。

本发明的有益效果在于：

本发明一种微型正负压测量孔隙水压力传感器利用微型刚性圆膜片测量压力的原理，并采用与土体孔隙渗透率一致微孔陶瓷制作透水阻气的滤水结构，尽可能的模拟真实土体中的孔隙水压力环境，准确测量孔隙水压力变化，并通过通气孔实现以大气压力作为参考压力，实现了正负压力测量。

附图说明

图1是本发明所述一种微型正负压测量孔隙水压力传感器的结构示意图。

图2是本发明所述一种微型正负压测量孔隙水压力传感器的局部放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1和图2所示，本发明一种微型正负压测量孔隙水压力传感器，包括微孔陶瓷板10、弹性体7、应变片8、连接体5、通气管1和连接电缆2，弹性体7为中端设置有圆膜片的筒体，弹性体7的上端与连接体5的下端固定连接，连接体5的下侧面与圆膜片之间设置有空腔，应变片8贴合在圆膜片的上侧面，空腔通过穿过连接体5的通气管1与大气连通，连接电缆2穿过连接体5与应变片8电连接，微孔陶瓷板10固定在弹性体7的下端内部，微孔陶瓷板10与圆膜片之间设置有间隙，连接体5的上端固定设置有密封后盖3，连接体5上设置有用于固定通气管1和连接电缆2的连接端子板6，微孔陶瓷板10的厚度大于圆膜片与弹性体7的下端面之间的距离，微控陶瓷杯的圆周与弹性体7的内侧面、连接体5的上侧面、连接体5与连接端子板6之间、通气管1与连接体5和密封后盖3之间、连接电缆2与连接体5和密封后盖3之间均设置有防水密封胶4，弹性体7与连接体5之间、后盖与连接体5之间均通过激光焊接密封连接，微孔陶瓷板10的渗透率与所测土体空隙渗透率一致。

本发明一种微型正负压测量孔隙水压力传感器的工作原理如下：

传感器采用圆膜片压力测量结构，通过微孔陶瓷板10作为透水阻气的滤水结构实时传递土体中孔隙水压力的变化，通气孔实现以大气压力作为压力参考，通过安装在圆膜片上的应变片8将孔隙水压力转换为电信号进行测量。

微孔陶瓷滤板在饱和浸润后，可以透水阻气，通过控制微孔陶瓷板10的孔隙直径和孔隙率，从而模拟土体中孔隙水的流动状态，实现将孔隙水压力的实时传递。

弹性体7的圆膜片上粘贴微型圆膜式是应变片8，实时感应并将弹性体7的圆膜片感应的压力转换为电信号，圆膜片承受压力示意图如图2所示，当圆膜片承受均布压力时，圆膜片表面的径向应变εr和切向应变ε，应变片8感应圆膜片的径向应变变形，通过惠斯通全桥电路进行测量，从而将压力信号成比例的转换为电信号，准确测量压力变化。

传感器应变片8引线和连接电缆2通过通过连接体5上的通孔和连接端子板6进行互连，并组成惠斯通全桥测量电路。

整体结构利用通气管1实现大气与弹性体7空腔的连通，作为参照压力，而其他结构件之间均需保证防水密封。

(1)传感器采用微型圆膜片实现对正负压孔隙水压力的一体式测量，传感器整体密度与土体密度相当，并且结构尺寸小可用于离心模型试验。

(2)采用微孔陶瓷滤板结构实现透水阻气，真实模拟土体中孔隙水流动状态。

(3)采用微型通气管1实现以大气压作为压力参照的正负压变化测量，提高了测量精度。

(4)采用焊接和防水密封胶4结合的方式实现了传感器结构件的连接、固定和整体密封，满足孔隙水压力测量的环境要求。

从而实现了孔隙水压力的正负压变化的一体式测量；滤水结构模拟真实土工试验孔隙水压力流动状态，整体结构尺寸小，为土工模型试验研究，特别是通过土工离心模型试验手段进行土体结构研究提供了有效手段。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种微型正负压测量孔隙水压力传感器，包括微孔陶瓷板、弹性体、应变片、连接体、通气管和连接电缆，弹性体为中端设置有圆膜片的筒体，弹性体的上端与连接体的下端固定连接，连接体的下侧面与圆膜片之间设置有空腔，应变片贴合在圆膜片的上侧面，空腔通过通气管与大气连通，连接电缆穿过连接体与应变片电连接，微孔陶瓷板固定在弹性体的下端内部，微孔陶瓷板与圆膜片之间设置有间隙。本发明利用圆膜片测量压力的原理，并采用与土体孔隙渗透率一致微孔陶瓷制作透水阻气的滤水结构，尽可能的模拟真实土体中的孔隙水压力环境，准确测量孔隙水压力变化，并通过通气孔实现以大气压力作为参考压力，实现了正负压力测量。

技术研发人员：王莹;朱昌亚;曾永菊;王小龙
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院总体工程研究所
技术研发日：2017.07.17
技术公布日：2017.10.10