液體靜力水準(zhǔn)測量原理

靜力水準(zhǔn)測量目前有連通管式靜力水準(zhǔn)和壓力式靜力水準(zhǔn)兩種裝置，其原理圖如圖1所示。

目前在用的靜力水準(zhǔn)測量系統(tǒng)多為連通管式靜力水準(zhǔn)，其利用相連容器中靜止液面在重力作用下保持同一水平這一特征來測量各監(jiān)測點(diǎn)間的高差。各監(jiān)測點(diǎn)間的液體通過管路連通，俗稱連通管法，其特點(diǎn)是各個容器中的液體是連通的，存在液體流動和交換。壓力式靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)是近年才出現(xiàn)的，其容器間的液體被金屬膜片分?jǐn)啵淮嬖谝后w間的相互交換，通過壓力傳感器測量金屬膜片壓力差的變化可計算監(jiān)測點(diǎn)間的高差。

量程和精度是靜力水準(zhǔn)的兩個重要指標(biāo)。對于同一型號的傳感器，一般情況下，量程越大，精度就越低。目前常用的連通管式液體靜力水準(zhǔn)儀有20mm~200mm多種量程，安裝時要求同組的傳感器大致位于同一水準(zhǔn)面高度。壓力式傳感器的量程較大，一般大于500mm，現(xiàn)場安裝要求可適當(dāng)放寬。靜力水準(zhǔn)的標(biāo)稱精度一般與量程相關(guān)，不同型號的傳感器標(biāo)稱精度通常為滿量程的O.l%~O.7%。一等及以上精度的觀測宜采用連通管式靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)。

靜力水準(zhǔn)測量具有結(jié)構(gòu)簡單、精度高、穩(wěn)定性好、無須通視等特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)自動化沉降測量。自動化測量應(yīng)有配套的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理與發(fā)布軟件系統(tǒng)。靜力水準(zhǔn)測量系統(tǒng)一般采用在監(jiān)測點(diǎn)上固定安裝的方式，在軌道交通、大壩、大型建筑底板等建筑結(jié)構(gòu)的差異沉降觀測中有較廣泛的應(yīng)用。在大型設(shè)備安裝的沉降觀測中，也可使用。

連通管式靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)要求所有測點(diǎn)的液面都位于一個水準(zhǔn)面上，初始安裝時要求各傳感器安裝在同一高度，安裝高度的偏差直接影響沉降測量的量程。壓力式靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)的高差限制較寬，但也有相應(yīng)要求。對于有縱坡的線路結(jié)構(gòu)，常常需分段分組安裝測線，相鄰測線交接處應(yīng)在同一結(jié)構(gòu)的上、下設(shè)置兩個傳感器作為轉(zhuǎn)接點(diǎn)(圖2)。變形測量作業(yè)現(xiàn)場，靜力水準(zhǔn)的參考點(diǎn)很難布設(shè)到穩(wěn)定區(qū)域，點(diǎn)位穩(wěn)定性很難滿足基準(zhǔn)點(diǎn)的要求，應(yīng)定期進(jìn)行水準(zhǔn)聯(lián)測。

靜力水準(zhǔn)浮子上、下的活動范圍有限，傳感器的安裝高度應(yīng)統(tǒng)一，較大的差異直接影響其量程。應(yīng)保證管路內(nèi)液體的流動性，環(huán)境溫度可能達(dá)到冰點(diǎn)的安裝現(xiàn)場，填充液應(yīng)采用防靜力水準(zhǔn)測量誤差源主要有液面高度(受外界環(huán)境影響)、液壓讀取元件等兩方面。液面高度受外界環(huán)境影響又分為:

1)非均勻溫度場下管路內(nèi)液體不均勻膨脹，導(dǎo)致液面高度變化;

2)不同氣壓、風(fēng)力導(dǎo)致局部液面壓力異常，導(dǎo)致液面高度變化;

對連通管式靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)，同一測段內(nèi)靜力水準(zhǔn)測量的沉降觀測值按下式計算：

經(jīng)驗表明，液面受外界強(qiáng)迫振動影響顯著。經(jīng)對安裝在地鐵隧道內(nèi)的一臺電容式靜力水準(zhǔn)液面高度進(jìn)行了跟蹤觀測，列車開過前后典型的液面振蕩曲線見圖3。該圖表明，此傳感器在列車通過前后的振蕩幅度達(dá)O.85mm。靜力水準(zhǔn)觀測時間應(yīng)選在氣溫最穩(wěn)定的時段，觀測讀數(shù)應(yīng)在液體完全呈靜態(tài)下進(jìn)行。

靜力水準(zhǔn)測量系統(tǒng)在長期運(yùn)營期間，難免發(fā)生液體蒸發(fā)引起的液面下降、個別傳感器損壞、局部管路滲漏等情況，應(yīng)定期對其進(jìn)行維護(hù)。發(fā)生意外情況時為保證數(shù)據(jù)能順延，靜力水準(zhǔn)測量系統(tǒng)應(yīng)與水準(zhǔn)測量進(jìn)行互校。