大坝安全监测仪器和监测设备.pdf

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1、大坝安全监测仪器和监测设备储海宁2013年5月14日大坝安全监测仪器和监测设备前言应力应变及温度监测仪器发展目应力应变及温度监测仪器选型的基本要求录应力应变及温度监测仪器的选型分析变形监测仪器渗流监测仪器2013年5月大坝安全监测仪器和监测设备前言大坝安全监测项目主要有四类，即应力应变和温度监测,变形监测，渗流监测及环境量监测。前三类监测直接关系大坝安全，各类监测都要选用适当的专用传感器，才能长期稳定，准确实现所需监测，否则，不仅浪费工程资金，得不到可靠资料，甚至导致对大坝安全的误判。因此，充分了解监测仪器的性能，正确选型，正确施工

2、安装，及时维护，保证仪器正常运行，至关重要。2013年5月大坝安全监测仪器和监测设备1.1应力应变及温度监测仪器的发展上世纪30年代，欧洲和北美兴起筑坝的高潮,认识到使用专门的仪器对大坝工作性态进行监测。1932年,美国加利福尼亚大学卡尔逊发明了差阻式仪器。1933年，美国垦务局首先在奥怀希（Owyhee）拱坝上埋设了应变计，用于研究拱坝的应力状态。1933年，在莫瑞斯（Morris）、诺里斯（Norris）、海瓦西（Hiawassee）、方坦那（Fontana）等坝上埋设了大量的应变计，同时埋设了铜电阻温度计，以监测混凝土的温度。

3、上世纪40年代，美国的夏斯塔（Shasta）高重力坝埋设了大量差阻式仪器，取得了良好成果。1947年，葡萄牙即采用观测方法研究大坝的应力状态，1952年前用的是钢弦式仪器，1952年后改用差阻式仪器2013年5月大坝安全监测仪器和监测设备1.2中国差阻式仪器的研制上世纪五十年代,中国开始建设大型工程,对混凝土坝埋设仪器进行了选型个研究,,认为差阻式仪器优于钢弦式仪器.当时只能从瑞士和日本进口,来满足建设需要。1956年北京航空学院首先研制出差阻式大应变计,此后,上海南京多家工厂仿制和生产了大量差阻式仪器,但因质量不高,只能予以销毁.

4、水电部决定由南京水利电力仪表厂(本单位前身)独家重新研制，1964年首先研制了四个品种，三个品种通过鉴定，此后，陆续研制和改进到了八十年代已可供应全国，且有一定出口。现在生产厂家已不止一家，国电南自仍因历史悠久，产品质量优良，成为客户首选。2013年5月大坝安全监测仪器和监测设备2应力应变监测仪器应力应变监测：主要监测大坝的应力应变及温度等物理量,包括裂缝或接缝，以了解大坝在施工中和蓄水后的性态，验证设计,评估施工质量，评判大坝安全度，为安全运行及改进设计提供依据。2013年5月大坝安全监测仪器和监测设备2.1差阻式仪器的基本原理基

5、本原理：差动电阻式仪器采用了两根钢丝，经过预拉张紧交叉缠绕固定在两个方铁杆上的两组绝缘瓷子上，形成内外两圈。拉力的大小由仪器的最大拉压范围和钢丝强度决定。在两端受到外界的拉、压变形时，一根钢丝受拉，电阻增加，一根受压，电阻减小。电阻差动变化，故称差动电阻式仪器，简称差阻式仪器。R1R2LΔL图1差阻式仪器的基本原理2013年5月大坝安全监测仪器和监测设备2.2电桥的基本原理差阻式传感器的测量装臵采用电阻比电桥（惠斯通电桥）。电桥内有一可以调节的可变电阻R，两个串联在一起的50Ω固定电阻M/2。仪器钢丝电阻R1、R2、可变电阻R、固定

6、电阻构成电桥电路，可以测得电阻比R1/R2及电阻和R1+R2，见图2.R1RM/2M/2检流计指零时：RR由图（a）有：1RR2M2MR1+R2R由图（b）有：M/2M/2RRR12进而有：RRR（a）测电阻比（b）测电阻和12图2电阻比电桥测量原理2013年5月大坝安全监测仪器和监测设备3V3VG0G1G0G150Ω50Ω300Ω50Ω50Ω300ΩGGRR黑红绿白黑红绿白r4r3r2r1r4r3r1R2R1R2R1（a）四芯测电阻（b）三芯测电阻RRRrrRSR1R2r4r1T1241图3电阻比电桥—三

7、芯、四芯测法原理（SBQ-2）2013年5月大坝安全监测仪器和监测设备G0G0300ΩG1300ΩG1100Ω100ΩR3VR3VGG黑红绿白黑红绿白r4r3r2r1r4r3r1R2R1R2R1（c）四芯测电阻比（d）三芯测电阻比RR1r1RR1r1100R2r4100R2r4图4电阻比电桥—三芯、四芯测法原理（SBQ-2）2013年5月大坝安全监测仪器和监测设备2应力应变监测仪器r蓝Ｒ5s接五芯电缆传感器R为标准电阻，I为恒流电s0U流。如图可得出：sr黑4U=I*Rs0sR2U2U1=I0*R1r红U=I*R3202

8、I0U=I*(R+r)3011UR1１UUURRR12Rr绿3t12s2UsRU11Zr1白RU22图5电阻比电桥—恒流源五芯测法原理（SQ-5/PRM-1）2013年5月大坝安全监测仪器和监测设备3差阻式仪器的技术改革