18. Precyzyjne techniki pomiarowe w tzw. pomiarach względnych

Jak ktos bardzo chce to opis dokładny każdego z urządzeń:

Szczelinomierz indukcyjno - transformatorowy

Przyrząd działający na zasadzie różnicowej, zbudowany z trzech cewek cylindrycznych, ustawionych względem siebie w jednej osi, oraz łączącego je rdzenia magnetycznego. Przez uzwojenie cewki środkowej płynie prąd zmienny wysokiej częstotliwości. Zmienny strumień magnetyczny indukuje w dwóch sąsiednich cewkach dwie siły elektromotoryczne. W przypadku występowania całkowitej symetrii układu napięcie wyjściowe równe jest 0. Zmiana położenia rdzenia żelazowo - niklowego lub przesunięcie jednej z cewek wywołuje pojawienie się sygnału elektrycznego na wyjściu układu. Przekroczenie przez rdzeń przesuwny położenia zerowego (spoczynkowego) powoduje, że faza napięcia wyjściowego zmienia się o 200^g. Błąd pomiaru szczelinomierzami transformatorowymi wynosi około 0,5% maksymalnego zakresu pracy przyrządu, który może osiągnąć kilkadziesiąt mm. Dokładność odczytu wynosi 0,002 mm.

Szczelinomierz strunowy

W szczelinomierzach strunowych wykorzystuje się zależność pomiędzy odkształceniem wewnętrznym struny a kwadratem częstotliwości drgań napiętej pomiędzy dwoma punktami struny. Wyznaczając częstotliwość drgań poprzecznych struny, określić można odkształcenie podłużne struny dochodzące do 0,3 mm, a tym samym przyrost przemieszczenia punktów zamocowania czujnika szczelinomierza. Mocując do jednego końca struny sprężynę rozciągającą, można znacznie zwiększyć zakres pomiarowy, nawet do 50 mm. Dokładność pomiaru przyrostu przemieszczeń liniowych wynosi około 1% zakresu pomiarowego. Uwzględniając wpływ temperatury na strunę, uzyskać można dokładności o około 50% wyższe, tj. około 0,02 mm dla przemieszczenia o 5 mm. Szczególną zaletą szczelinomierzy stunowych jest możliwość telemetrycznego pomiaru przemieszczeń względnych względnych odległości do kilkudziesięciu kilometrów od zapory wodnej.

Klinometr strunowy

W klinometrach klinometrach z drgającą struną wykorzystana jest fizyczna zasada zależności kwadratu częstotliwości drgań poprzecznych od wydłużenia liniowego napiętej struny. Klinometr strunowy, w zależności od przeznaczenia, służy do pomiaru odchyleń od pionu lub od poziomu elementu konstrukcyjnego budowli. Dolny koniec naciągniętej struny, przesuniętej od osi czujnika, jest przytwierdzony do korpusu klinometru, a górny do cięgna z obciążnikiem wahadłowym zawieszonym za pomocą płaskiej blaszki sprężynującej. Odchylenie od pionu pionowego elementu konstrukcji budowli wraz z zamocowanym na nim klinometrem powoduje odchylenie obciążnika wahadłowego, wahadłowego tym samym zmianę naprężenia struny i w konsekwencji zmianę częstotliwości jej drgań poprzecznych. Zakres pomiarowy mieści się na ogół w przedziale od 0⁰ do 1⁰. Dokładność pomiaru wynosi około 1% zakresu pomiarowego, natomiast rozdzielczośćwynosi od 2” do 3”. Dla zwiększenia dokładności pomiaru w nowszych konstrukcjach stosuje się strunowe klinometry kątowo-różnicowe, kompensujące wpływ temperatury otoczenia na wskazania przyrządu.

Na podobnej zasadzie zbudowane są inklinometry strunowe, składające się z trzech równoległych strun. Przyrząd ten dzięki możliwości wykorzystania równań trzech strun pozwala na wyznaczenie azymutu wychylonego inklinometru.

Dokładność oraz rozdzielczość pomiaru inklinometu jest taka sama jak w przypadku klinometru.

Klinometr naddźwiękowy

Przyrząd ten służy do wyznaczania zmian pochylenia elementu budowli, na którym jest ustawiony lub zainstalowany na stałe. Klinometr składa się z układu elektronicznego oraz z systemu ultradźwiękowych przetworników umieszczonych w hermetycznej obudowie. Wewnątrz szczelnej obudowy znajduje się ciecz, której aktualny poziom wyznaczany jest w kilku punktach. Zmiany odczytów na czujnikach pozwalają na wyznaczanie wartości kąta pochylenia klinometru w określonym kierunku. Produkowane są klinometry zarówno jedno- jaki i dwukierunkowe, umożliwiające wyznaczenie kątów pochylenia w dwóch wzajemnie prostopadłych kierunkach. Klinometry ultradźwiękowe wyposażone są w elektroniczne czujniki temperatury o dokładności odczytu 0,01 K. Zakres pomiarowy przyrządu wynosi 1^g.

Stabilność krótkookresowa (do ok. 1 godz.) wynosi 0,02”, stabilność długookresowa (1 rok i więcej) wynosi 2”.

Klinometr i inklinometr tensometryczny

Podstawowym elementem konstrukcyjnym klinometru lub inklinometru tensometrycznego jest zawieszony w obudowie na sprężystym, stalowym cięgnie obciążnik wahadłowy, który na skutek wychylenia lub pochylenia korpusu czujnika powoduje zmianę naprężenia cięgna. Elementem pomiarowym jest tensometryczny czujnik, w postaci przymocowanej na cięgno płytki krzemowej z rezystorami, w układzie mostka Wheatstone'a. Wychylanie się obciążnika wahadłowego powoduje w elemencie krzemowym zmianę rezystancji mostka, na wyjściu którego pojawia się napięcie wprost proporcjonalne do wielkości wychylenia. Zakres pomiarowy mieści się w przedziale od 0 do 1^g, a dokładność pomiaru wynosi 15^cc.

Z innego źródła:

a) wahadło zwykłe - pracuje na zasadzie pionu mechanicznego, którego punkt zawieszenia znajduje się w możliwie najwyższej części specjalnego małego szybu pomiarowego w zaporze, natomiast jego ruch obserwuje się w części możliwie najniższej.

Zmiany położenia obciążnika o masie od 6 do 200 kg, zamocowanego na wahadle o długości powyżej 50 m odczytuje się urządzeniami optycznymi lub mechanicznymi (stałymi lub przenośnymi) instalowanymi w obudowie szybu, np. stolik z otworem, przez który przechodzi struna wahadła. Obciążnik zanurzony jest w naczyniu z olejem tłumiącym wahania drutu. Odczytu dokonuje się na 2 wzajemnie prostopadłych podziałkach mikrometrycznych za pomocą lunetki przesuwanej wzdłuż obu podziałek, z dokładnością 0,01-0,1 mm.

b) wahadło wertykalne - jest połączeniem pionu zwykłego oraz reperu głębinowego, zastabilizowanego w litej skale, na znacznej głębokości pod zaporą, do połowy jej wysokości. Na tej głębokości znajduje się też punkt zamocowania struny. Struna przechodzi swobodnie przez pionowy mały szyb do górnego punktu pod koroną zapory, gdzie zostaje przerzucona przez bloczek i zwisa obciążona ciężarkiem do poziomu podstawy zapory. Tutaj znajduje się urządzenie odczytowe, pozwalające na rejestrację położenia obu niezależnych gałęzi linki pionu z dokładnością około 0,02 mm.

c) wahadło rewersyjne - działa na zasadzie odwróconego wahadła zwykłego. Punkt zamocowania struny znajduje się na znacznej głębokości w litej skale pod zaporą. Struna wahadła znajduje się w rurze stalowej wypełnionej wodą. Górny koniec struny połączony jest z pływakiem, swobodnie unoszącym się w szczelnym pojemniku wypełnionym wodą. Za pomocą systemu odczytowego znajdującego się powyżej pływaka, odczytuje się położenie fragmentu stalowego pręta, będącego przedłużeniem struny.

Często stosuje się jednocześnie pion zwykły i odwrotny, obserwowane na wspólnym poziomie szybu. Umożliwia to uzyskanie bezwzględnych wartości przemieszczeń w płaszczyznach XY i XH z błędami średnimi od 0,05 do 0,10 mm.

d) inklinometr - Za pomocą elektronicznego zestawu inklinometrycznej sondy otworowej wyznaczane są na różnych głębokościach gruntu przemieszczenia specjalnych rur inklinometrycznych, z błędem 0,1 mm/ 1m. Rury mogą być instalowane w gruncie, skale lub betonie, do 50 m głębokości. Na korpusie sondy osadzone są rolki jezdne i dociskowe do jej swobodnego przesuwania wewnątrz kolumny rur. Jeśli kolumna rur przechodzi przez warstwy ulegające przemieszczeniom w określonym kierunku, to będzie się ona również odkształcać w tym samym kierunku. Wielkości tych odkształceń w funkcji czasu wyznaczane są za pomocą sondy inklinometrycznej. Na podstawie mierzonych kątów odchylenia od pionu rur na określonych głębokościach wyznaczane są wielkości przesunięć cząstkowych. Sumowanie tym wartości od punktu zakotwiczenia rury daje w efekcie krzywą, obrazującą przebieg osi symetrii kolumny rur. Różnice położeń tej krzywej, uzyskane na podstawie pomiarów okresowych pozwalają na precyzyjne śledzenie przemieszczeń.

e) klinometry (pochyłomierze) - podstawowymi częściami składowymi są: libela rurkowa o przewadze około 2" (czuła) oraz śruba mikrometryczna. Libela rurkowa przytwierdzona jest do płytki, mającej możliwość obrotu dookoła poziomego trzpienia. Obrót płytki uzyskuje się za pośrednictwem śruby mikrometrycznej, zmieniając tym samym nachylenie względem płyty podstawowej. Płyta podstawowa mocowana jest za pomocą cylindrycznej osi do metalowej głowicy, przytwierdzonej na stałe do badanego elementu budowli.

Różnica kątów nachylenia badanego elementu w płaszczyźnie pionowej jest różnicą odczytów pomnożoną przez wartość kątową jednej działki mikrometru. Odczytu z mikrometru dokonuje się po sprowadzeniu pęcherzyka libeli do punktu głównego.

f) szczelinomierze - służą do pomiaru wzajemnych przemieszczeń bloków budowli w poszczególnych miejscach szczelin dylatacyjnych. Najprostszymi i najczęściej stosowanymi są szczelinomierze liniowe, w postaci dwóch bolców stalowych osadzonych po obu stronach szczeliny tak, aby linia je łącząca była prostopadła do krawędzi szczeliny. Odległości między określonymi powierzchniami obu bolców mierzy się okresowo za pomocą suwmiarki warsztatowej. Błąd odczytu suwmiarki wynosi 0,1 mm, jednak błąd pomiaru odległości między bolcami wynosi 0,3-0,5 mm. Uzyskanie błędu średniego pomiaru odległości poniżej 0,01 mm umożliwia szczelinomierz Huggenbergera.

---