Принцип работы пьезометра кратко

Обновлено: 02.07.2024

Сложные гидротехнические сооружения (ГТС), такие, как гидроэлектростанции, плотины, дамбы, объекты инфраструктуры морского порта (доки, шлюзы, причалы и проч.), по последствиям возможных аварий относятся к категории наиболее опасных объектов. В целях прогнозирования, своевременного предотвращения аварий и оценки безопасности ГТС Федеральный закон 21 июля 1997 г. N 117-ФЗ устанавливает необходимость ведения непрерывного мониторинга технического состояния этих гидротехнических сооружений.

В автоматизированных системах контроля промышленной безопасности ГТС широко используется пьезометрия как базовая методология производственного измерения гидростатического или гидродинамического давления жидкостей и деформации твердых тел

.С помощью пьезометров разных типов в структуре автоматизированных систем геотехнического мониторинга ГТС решаются важнейшие контрольные задачи:

- фильтрационное давление на основания бетонных гидротехнических сооружений (плотины, дамбы), фильтрационные деформации конструкции и оснований;

- пьезометрические напоры и гидравлический режим ГТС, их оснований и береговых примыканий;

- напряжения в материалах сооружений, в точках мониторинга различных зон внутри сооружений (в том числе поровое давление);

- уровень и температурные параметры грунтовых вод, позволяющие оценивать изменения плотности и водопроницаемости грунтов ГТС в процессе длительной эксплуатации и влияния этих процессов на надежность их оснований;

- вертикальные и горизонтальные смещения ГТС, осадки, взаимные смещения их элементов и оснований;

- зоны, величины и размеры деформаций сооружения, протяженность и раскрытие трещин.

1). По способу установки:- закладные - устанавливаются во время строительства гидротехнического сооружения;- опускные - применяются в строящихся и построенных ГТС.

2) По местоположению водоприемника измерительного средства:

3) По местоположению устья датчика:

Принцип работы струнного пьезометра - зависимость частоты колебаний струны от степени ее натяжения. При изменении давления воды в конструкции, где установлен датчик, изменяется натяжение струны, которая является измерительным элементом. Частота колебаний струны датчика пропорциональна давлению воды в конструкции. Один конец струны закреплен внутри корпуса датчика, а второй - на чувствительной диафрагме. Данные пьезометра с передаются на считывающее устройство через закрепленный на датчике сигнальный кабель.

Фильтр сообщается с поверхностью двумя полыми трубками, в которых и ведутся измерения. Уровень воды (мм) в безнапорных пьезометрах измеряются с помощью лота-хлопушки или лота-свистка, опускаемых в скважину на маркированном тросе. Точность измерений устройства составляет 1 см при глубине скважины до 10 м и 2 - 3 см - при глубинах более 25 м.

Количество и месторасположение пьезометров определяется в каждом конкретном проекте в зависимости от поставленных контрольных задач и проектной схемы, конструкции гидротехнического сооружения, геологических и гидрологических особенностей объекта и других условий.

Для различных вариантов конструкций грунтовых плотин, дамб и типовых вариантов инженерно-геологических условий основания разрабатываются принципиальные схемы оборудования пьезометрических наблюдательных) створов.На плотинах или дамбах пьезометрические створы располагают на расстоянии 100-150 м в русловой части и 150-250 м в пойме. В теле ГТС и в береговых примыканиях размещают не менее трех створов. В каждом створе должно быть не менее трех пьезометров и минимум 1 в НБ гидротехнических сооружения.

В проектах геотехнического мониторинга ГТС нередко применяют автоматические пьезометры с сенсорами различного типа (электрический или вибрационный струнный пьезометр).Датчики устанавливаются в дисперсных грунтах для автоматического контроля изменения порового давления гидротехнического сооружения, а также уровня грунтовых вод (УГВ) в массиве грунтов основания ГТС.

На такие устройства возможна установка фильтров с различным диаметром пор для решения комплексных измерительных задач.Автоматические пьезометры позволяют:• наблюдать за изменением гидростатического давления и градиента в процессе и эксплуатации ГТС;• оценивать эффективность противофильтрационных мероприятий;• составлять гидрогеодинамические модели.

Пьезометры могут быть использованы для наблюдения за изменением гидрогеологических параметров (динамика уровня грунтовых вод) в изолированных водоносных горизонтах.

С помощью этого датчика удобно проводить замеры уровня воды в любое время, поскольку устройство опускается в специально установленную пьезометрическую трубку со смонтированным на ней насосом погружного типа, а не напрямую на собственном кабеле в водозаборную скважину. Пьезометрические измерения могут проводиться как в ручном, так и в автоматическом режиме.

Внедрение автоматизированной системы дает возможность в режиме реального времени получать исчерпывающую достоверную информацию о состоянии гидротехнического объекта, а значит минимизировать риски возникновения аварий, ЧС, исключить материальные и человеческие потери.

• проектирование системы, включая экспертизу гидротехнического сооружения;

• разработку рабочей документации;

• проведение строительно-монтажных и пуско-наладочных работ на объекте;• приемочные испытания системы;

• сопровождение опытной эксплуатации и обучение персонала объекта.

Мы предоставим вам всю необходимую информацию, подберем оптимальное решение для Вашего объекта, сделаем предварительную оценку бюджета.

Измерение давления различных жидкостей необходимо для многих областей, включая офтальмологию. Для измерений могут быть использованы различные виды манометров, пьезометров и вакуумметров.

Пьезометры получили наибольшее распространение благодаря точности и практичности. Принцип действия пьезометра основан на физических законах гидростатики и гидродинамики.

Что такое пьезометр?

Принцип действия пьезометра

Пьезометр чаще всего применяется в геоинженерии

Пьезометр – это устройство небольшого размера, используемое для исследования давления различных видов жидкостей. Чаще всего прибор используется в геоинженерии.

В офтальмологии пьезометр используется для диагностики экзофтальма. Приборы такого типа предназначены для работы только с ньютоновскими жидкостями.

Ньютоновские жидкости также называют истинными. Такие жидкости подчинены определенным параметрам вязкости. Самой широко представленной ньютоновской жидкостью на земле является вода.

С принципом действия пьезометра Вайнгольдавас онакомит видеоматериал:

Устройство прибора

Хотя конструкция прибора может изменяться, стандартный пьезометр всегда имеет короткую металлическую трубку с острым наконечником. Трубка имеет отверстия на боковых сторонах, пропускающие жидкость или воздух внутрь устройства.

Отверстия трубки покрыты специальными фильтрами. Внутренняя часть трубки полая, что позволяет делать забор образцов жидкости и транспортировать их на поверхность.

В зависимости от цели применения пьезометр может быть прикреплен к поверхности земли с помощью специальных кабелей или труб.

Существует несколько различных типов пьезометров, удовлетворяющих потребности различных технологических проектов. Стандартные пьезометры являются самыми простыми и доступными по цене. Кроме того, стандартное устройство не требует калибровки.

Такой прибор будет состоять из собственно пьезометра и обычной металлической трубки. Верхняя часть трубки расположена над поверхностью земли, а сам пьезометр можно поднимать и опускать с помощью кабелей специальной катушки.

Когда устройство попадает в толщу поверхностных вод, оно посылает специальный сигнал, информирующий об уровне и давлении воды.

Пьезометр также является простейшей формой манометра. Простой манометр – это стеклянная трубка, один конец которой соединен с областью измерения давления, а другой конец открывается во внешнюю среду.

Пьезометрия в офтальмологии

Принцип действия пьезометра

Прибор пьезометр

Принцип работы пьезометра находит свое применение в офтальмологической диагностике. С помощью специализированного оборудования, состоящего из пьезометра и динамометра, специалисты проверяют степень смещения тканей, расположенных позади глазного яблока.

Метод называется орбитотонометрией. Такое исследование необходимо для диагностики экзофтальма. Для проведения исследования пациент должен находиться в лежачем положении.

Непосредственно перед диагностикой применяют специальные капли для снижения чувствительности глаза, поскольку орбитотонометрия является инвазивным методом.

Во время исследования грузики различной массы оказывают давление на глазное яблоко. Специалист регистрирует степень смещения глазного яблока относительно соседних тканей.

Для дополнительной защиты глазного яблока перед диагностикой роговица пациента покрывается специальной линзой.

Что такое экзофтальм?

Принцип действия пьезометра

Экзофтальм диагностируется с помощью пьезометра

Экзофтальм – это заболевание в офтальмологии, характеризующееся смещением глазного яблока. При этом состоянии глаза пациента становятся чрезмерно выпуклыми и выступающими.

Патологическое состояние связано со смещением тканей в глазнице. Экзофтальм может быть связан с патологиями щитовидной железы и другими заболеваниями органа зрения.

Симптомы болезни, как правило, со временем пропадают, хотя этот процесс может заняться несколько лет. Без коррекционной операции не всегда удается достичь внешнего улучшения.

У многих пациентов с экзофтальмом возникают вторичные осложнения, связанные со зрительными недугами. Пациенты нередко жалуются на раздвоение фокуса и ухудшение остроты зрения. Постепенное ухудшение зрительных функций встречается сравнительно редко.

Помимо орбитотонометрии, для диагностики экзофтальма используются следующие методы:

  • Компьютерная и магнитно-резонансная томография.
  • Анализ крови на гормоны щитовидной железы (для оценки работы органа).
  • Нужно учитывать, что экзофтальм может также возникать из-за аутоиммунных болезней и травмы глаза.

Лечение болезни проводится следующими методами:

  1. Медикаментозная терапия для коррекции уровня гормонов щитовидной железы. Этот метод не избавляет от последствий экзофтальма, но предотвращает ухудшение состояния.
  2. Кортикостероидные препараты для снятия воспаления.
  3. Коррекционная хирургия для улучшения внешнего вида глаз.
  4. Современные методы лечения позволяют полностью устранить последствия этого заболевания.

Зачем еще используют пьезометры?

Пьезометры используются во многих технологических сферах, но чаще всего их применяют в геотехнической инженерии с целью разработки скважин. Помимо высокотехнологичных областей, пьезометры могут быть использованы в любом хозяйстве для строительства колодцев.

Также пьезометры могут быть использованы для различных лабораторных измерений в области гидростатического и гидродинамического давления.

Таким образом, принцип действия пьезометра связан с особенностями гидростатического и гидродинамического давления жидкости. В частности, пьезометры находят свое применение в диагностике заболеваний.

Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter, чтобы сообщить нам.

Исторически первыми, используемыми для измерения давления, были жидкостные приборы, в основу которых положен принцип уравновешивания измеряемого давления или разности давлений гидростатическим давлением столба жидкости в приборе. Величина измеряемого давления определяется из основного уравнения гидростатики:


Ра абс = Р0 + gh, (1.1)


где Ра абс – абсолютное давление в точке А; Р0- внешнее давление (над свободной поверхностью); h –высота столба жидкости с плотностью (между уровнями т. А и свободной поверхностью).

Если точка А и свободная поверхность разделены несколькими столбами (слоями) жидкости с различными плотностями, то абсолютное давление находится суммированием давлений всех i столбов жидкости с внешним давлением



(1.2)

1.2.2. Пьезометр

Пьезометр (рис. 1.1.) применяется для измерения превышения давления над атмосферным, т.е. избыточного (манометрического) давления. Пьезометр представляет собой открытую прозрачную (стеклянную) трубку с измерительной шкалой, которая подключается к сосуду в точке, расположенной на одном уровне с точкой искомого давления. Уровень жидкости в пьезометре определяет величину гидростатического напора (h + h1) (или пьезометрическую высоту):

откуда (1.3)

где h1 – поправка на положение прибора, определяемая глубиной точки А от нулевого уровня шкалы прибора.

При определении давления пьезометром вводится поправка на капиллярность мм, если трубка имеет малый диаметр (обычно d 5 мм), и поправка на температурное расширение (изменение плотности) жидкости.

Погрешности при измерении связаны обычно с неточным определением плотности, неточностью установки и градуирования шкалы и визуальным снятием показаний.


Рис. 1.1. Пьезометр:

1 – открытая трубка; 2 – сосуд (трубопровод) под давлением; 3 – место измерения давления в произвольно выбранной т. А; 4 – кран для удаления воздуха из трубки; 5 – кран для отключения прибора.

1.2.3. Обратный пьезометр

Вакуум в закрытом сосуде можно измерить с помощью обратного пьезометра (рис. 1.2.), представляющего собой стеклянную трубку, опущенную в открытую емкость с жидкостью. Второй конец трубки присоединен к сосуду. Трубка снабжена шкалой. Жидкость в пьезометрической трубке поднимается на некоторую высоту (ваккуметрическую) hвак. Уравнение равновесия записывается в виде


(1.4)


Обратным пьезометром можно также определить избыточное или манометрическое давление в закрытом сосуде (рис. 1.3.)


(1.5)


Рис. 1.2. Обратный пьезометр при измерении вакуума: 1- пьезометрическая трубка; 2 – сосуд с вакуумом; 3 – кран для отключения прибора; 4 – емкость с жидкостью. Рис. 1.3. Обратный пьезометр при измерении избыточного давления: 1 - пьезометрическая трубка; 2 – сосуд с избыточным давлением; 3 – кран для отключения прибора; 4 – емкость с жидкостью.

В качестве рабочей жидкости в обратном пьезометре используется вода, ртуть, трансформаторное масло и т.д.

Диапазон измерения определяется только плотностью жидкости и длиной пьезометрической трубки.

1.2.4. Чашечные (однотрубные) мановакууметры.

Близки по конструкции к обратному пьезометру чашечные однотрубные мановакууметры (рис. 1.4.). На рис. 1.4а показано применение мановакууметра для измерения избыточного давления, а на рис. 1.4б – вакуума.

Объем жидкости, вытесненной из чашки, равен объему жидкости, поступившей в измерительную трубку

или (1.6)


где f и F – площади поперечного сечения измерительной трубки и чашки. Если f

Из условия равенства объемов рабочей жидкости в сосуде 2 и трубке 1 имеем


(1.7)

где h1 – изменение уровня в широком сосуде; f и F – соответственно площади поперечного сечения трубки и сосуда, а n – длина столба жидкости в трубке.


(1.8)


(1.9)


Рис. 1.5. Наклонный микроманометр 1- измерительная трубка; 2 – чашка; 3 – шкала с кронштейном; 4 – сектор с фиксированными положениями К = 0,25; 0,5; 0,8; 1,0. Рис. 1.6. Схема измерения избыточного давления (а) и вакуума (б) наклонным микроманометром.


где - угол наклона трубки к горизонту, определяемой положением кронштейна с трубкой на секторе. Изменение h1 мы не наблюдаем визуально и не вычисляем, причем h1

Исторически первыми, используемыми для измерения давления, были жидкостные приборы, в основу которых положен принцип уравновешивания измеряемого давления или разности давлений гидростатическим давлением столба жидкости в приборе. Величина измеряемого давления определяется из основного уравнения гидростатики:


Ра абс = Р0 + gh, (1.1)


где Ра абс – абсолютное давление в точке А; Р0- внешнее давление (над свободной поверхностью); h –высота столба жидкости с плотностью (между уровнями т. А и свободной поверхностью).

Если точка А и свободная поверхность разделены несколькими столбами (слоями) жидкости с различными плотностями, то абсолютное давление находится суммированием давлений всех i столбов жидкости с внешним давлением



(1.2)

1.2.2. Пьезометр

Пьезометр (рис. 1.1.) применяется для измерения превышения давления над атмосферным, т.е. избыточного (манометрического) давления. Пьезометр представляет собой открытую прозрачную (стеклянную) трубку с измерительной шкалой, которая подключается к сосуду в точке, расположенной на одном уровне с точкой искомого давления. Уровень жидкости в пьезометре определяет величину гидростатического напора (h + h1) (или пьезометрическую высоту):

откуда (1.3)

где h1 – поправка на положение прибора, определяемая глубиной точки А от нулевого уровня шкалы прибора.

При определении давления пьезометром вводится поправка на капиллярность мм, если трубка имеет малый диаметр (обычно d 5 мм), и поправка на температурное расширение (изменение плотности) жидкости.

Погрешности при измерении связаны обычно с неточным определением плотности, неточностью установки и градуирования шкалы и визуальным снятием показаний.


Рис. 1.1. Пьезометр:

1 – открытая трубка; 2 – сосуд (трубопровод) под давлением; 3 – место измерения давления в произвольно выбранной т. А; 4 – кран для удаления воздуха из трубки; 5 – кран для отключения прибора.

1.2.3. Обратный пьезометр

Вакуум в закрытом сосуде можно измерить с помощью обратного пьезометра (рис. 1.2.), представляющего собой стеклянную трубку, опущенную в открытую емкость с жидкостью. Второй конец трубки присоединен к сосуду. Трубка снабжена шкалой. Жидкость в пьезометрической трубке поднимается на некоторую высоту (ваккуметрическую) hвак. Уравнение равновесия записывается в виде


(1.4)


Обратным пьезометром можно также определить избыточное или манометрическое давление в закрытом сосуде (рис. 1.3.)


(1.5)


Рис. 1.2. Обратный пьезометр при измерении вакуума: 1- пьезометрическая трубка; 2 – сосуд с вакуумом; 3 – кран для отключения прибора; 4 – емкость с жидкостью. Рис. 1.3. Обратный пьезометр при измерении избыточного давления: 1 - пьезометрическая трубка; 2 – сосуд с избыточным давлением; 3 – кран для отключения прибора; 4 – емкость с жидкостью.

В качестве рабочей жидкости в обратном пьезометре используется вода, ртуть, трансформаторное масло и т.д.

Диапазон измерения определяется только плотностью жидкости и длиной пьезометрической трубки.

1.2.4. Чашечные (однотрубные) мановакууметры.

Близки по конструкции к обратному пьезометру чашечные однотрубные мановакууметры (рис. 1.4.). На рис. 1.4а показано применение мановакууметра для измерения избыточного давления, а на рис. 1.4б – вакуума.

Объем жидкости, вытесненной из чашки, равен объему жидкости, поступившей в измерительную трубку

или (1.6)

где f и F – площади поперечного сечения измерительной трубки и чашки. Если f

устройство, служащее для измерения изменения объёма веществ под воздействием гидростатического давления (см. Давление высокое). Пьезометрические измерения используются для получения данных о сжимаемости (См. Сжимаемость) (объёмной упругости) веществ, для исследования диаграмм состояния (См. Диаграмма состояния), фазовых переходов (См. Фазовый переход) и др. физико-химических процессов.

Конструкция П. определяется диапазоном применяемых давлений и температур, агрегатным состоянием исследуемого вещества (газообразное, жидкое, твёрдое). его сжимаемостью. Различают в основном 2 типа П. В П. первого типа масса М исследуемого вещества постоянна, а его объём V изменяется с изменением давления р и температуры Т. П. такого типа представляет собой толстостенный сосуд, в котором сжимают исследуемое вещество; его применяют для определения сжимаемости газов, жидкостей и твёрдых тел. В процессе эксперимента измеряют изменение V с р, при этом температура вещества обычно поддерживается постоянной. В П. второго типа М — переменная величина, а объём сосуда с исследуемым веществом не изменяется (с точностью до деформации П. под действием давления, которая учитывается как поправка). Для исследования жидкостей, обладающих значительной вязкостью, и твёрдых тел П. второго типа не применяются. При работе с этими П. измеряют р, а величину М определяют после каждого изменения М (например, взвешиванием) или после разгрузки (например, измерением объёма заполнявшего П. газа при стандартных условиях).

Для определения сжимаемости жидкостей и твёрдых тел при высоких давлениях (р Пьезометр 10 8 —10 10 н/м 2 ) применяются П. плунжерного или поршневого типа. Схема подобной установки показана на рис. 16, а. В процессе сжатия определяются V (по смещению поршней, оптически или при помощи находящихся в сосуде электрических датчиков) и р (по величине усилия, приложенного к поршню, или при помощи электрических датчиков). В ряде случаев передающей давление средой служит само исследуемое вещество. При р ≥ 10 9 —10 10 н/м 2 (10—100 кбар) сжимаемость определяют др. методами, например методами рентгеновского структурного анализа (См. Рентгеновский структурный анализ). Изменение линейных размеров тел под гидростатическим давлением измеряют линейными П. (см. Дилатометр).

В технике физического эксперимента при высоких давлениях П. иногда называют толстостенные сосуды высокого давления с цилиндрическим каналом, не предназначенные для измерения сжимаемости. В английской литературе П. называют также устройства для измерения давления в проточных системах, давления воды в морских глубинах, газов в канале ствола орудия.

Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .

Читайте также: