压差式静力水准仪
静力水准仪的工作原理
静力水准仪的工作原理静力水准仪是一种重要的测量仪器，主要用于测量地面或其他表面上两点之间的高差差异。
静力水准仪可以用来测量地震计的中心高度、建筑物的高度、土堆的高度、河水的水位等等。
静力水准仪的工作原理是基于液压平衡机制的。
下面我们就来具体介绍一下静力水准仪的工作原理。
1. 原理概述静力水准仪采用了一个水平管，同时通过两端连接的水银池建立了水平面的基准面。
静力水准仪的工作原理基于两个原理，即液压平衡与杠杆原理。
2. 液压平衡原理在静力水准仪的基础上，液压平衡是实现其测量精度的关键。
静力水准仪使用水和水银作为液体。
为了实现液压平衡，静力水准仪必须保证与传感器相连的两个水银池的水位相同。
由于液体压力与液体深度成正比，所以进入两个水银池中的水必须达到相同的水位高度，才能实现液压平衡。
3. 杠杆原理静力水准仪采用杠杆机构使得其灵敏度提高到极高，以便能够测量非常小的高差。
杠杆原理解释了为什么静力水准仪能够产生足够的力去推动气泡或直线度观测器。
静力水准仪的传感器与杠杆连接，杠杆的一个端点留给了用户的手，另一个用以支撑精度级别的传感器结构。
如果用户有足够的手指力量去推动杠杆，则杠杆就可以抵消水平管中的压力差，从而使水银池中的水平面保持平衡。
4. 工作步骤静力水准仪的工作步骤包括以下几个步骤：（1）首先，将水银池放在测量地点的高度以上。
（2）将两个水银池通过细长的水平管线连接起来。
（3）等待液压达到平衡，然后校准垂直刻度。
（4）用指尖轻轻推动杠杆，使气泡或直线度观测器保持在中央。
（5）读取某个位置的垂直刻度并记录结果，这个结果表示该位置相对于基准面的高度差。
5. 总结静力水准仪的工作原理基于液压平衡和杠杆原理。
通过利用杠杆机构提高灵敏度和变化的液压平衡来支持测量高差。
对于使用静力水准仪的测量人员来说，掌握静力水准仪的原理及工作步骤十分关键，这可以保证高质量的测量结果。
同时静力水准仪也可以作为测量地面高度的一种非常有效的方法而得到广泛的应用。
S6系列压差式静力水准仪用户手册
休眠 18
mA
停止刷新数据，可通过数字接口恢复到正常工作状态
掉电 0.5
uA
需要射频无线功能支持，可随时空中唤醒
RS485
物理连接
RF
无线连接
1.2~128
kbps
RS485 接口
1~500
kbps
射频空中速率
SF1212S4
电源、RS485、扩展传感共用接口（标准接口）
PC10-02
液体接口（标准接口）
概
概述 Description
S6 系列压差式静力水准仪是我公司自主研发的系列化全自 动变形监测系统，可对沉降变形、二维倾斜变形、收敛变形 （距离变化）进行全自动实时监测。结合多年的安全监测经验 及技术积累，针对静力水准监测方法普遍存在的诸多问题进行 了大量的性能优化和功能扩展，形成了多项自主产权专利技术。 内部集成多种传感元件，对监测数据进行实时校正（双区域温 度、大气压力），最大限度提高了监测精度；加速度检测回避算法 消除了环境震动对液体压力的不利影响；超低功耗无线通讯功 能为现场安装节省了材料成本、缩短了安装时间；多种安装接 口，增强了安装场地适用性。本系统可靠、稳定，可长期运行 于工业和复杂的施工现场，能保证足够的测量精度，广泛应用 于地铁、隧道、地下管廊、基坑、大坝等的施工及运营期安全 监测，具有施工简便、监测物理量多、可扩展性强等优良特性。
6 无线通讯（可选）
使用超低功耗射频无线通讯机制，通过现场无线组网、非接触通讯，彻底解决了常规 485 总线物理连接存在的通讯隐患（因某台设备出现故障导致整个总线失效）。
7 施工简化、费用降低
高精度气压测量、无线数据传输、超低功耗等这些技术的综合应用，带来了施工的简 便。超低功耗和无线通讯技术使每台设备可使用内置电池工作 2 年以上（使用无线唤醒功 能定时测量）并可根据实际需要外接扩展电池，省去了物理传输线路的布设和材料费用； 高精度气压测量省去了传统的静力水准系统的气体导管的布设和材料费用。
静力水准仪原理
静力水准仪原理
静力水准仪是一种常用的测量仪器，用于测量水平面的相对高差。
其原理基于静水压力的平衡关系。
静力水准仪的主要组成部分包括一个远离测量点的水池、连接测量点和水池的导管以及测量点和水池之间用于传递水压的软管。
同时，仪器上还装有一把校准水平的仪器和一个垂直精密水泡。
当静力水准仪被放置在参考点上时，水池内的水会通过导管和软管传递到测量点。
由于水是液体，在静力作用下，水面会自动保持平衡，使得水池内的水面与测量点上的水面达到同一水位。
此时，水压作用在导管和软管中的位置处于同一高度，即测量点与水池的水平面是相同的。
在测量过程中，测量员通过观察垂直精密水泡的位置变化来判断测量点的高低差。
垂直精密水泡是一个微小的玻璃管中封装了水和空气的尺度。
当水位差异引起水压变化时，垂直精密水泡会在系统中移动，通过观察其位置的变化，可以计算出测量点与参考点的高差。
通过静力水准仪测量，可以达到高精度和高稳定性的水平测量结果。
它广泛应用于土木工程、建筑测量、道路施工等领域。
压差式静力水准仪校准装置及校准方法
压差式静力水准仪校准装置及校准方法
（19）中华人民共和国国家知识产权局
（12）发明专利申请
（10）申请公布号
CN110285837A
（43）申请公布日2019.09.27（21）申请号CN201910659152.5
（22）申请日2019.07.22
（71）申请人湖南省计量检测研究院
地址410014 湖南省长沙市雨花区香樟路396号
（72）发明人张拥军;杨璐;陈勇;王理
（74）专利代理机构长沙市融智专利事务所(普通合伙)
代理人谢浪
（51）Int.CI
权利要求说明书说明书幅图
（54）发明名称
压差式静力水准仪校准装置及校准方法
（57）摘要
本发明公开了压差式静力水准仪校准装
置，包括标准压力源、标准压力表、水槽和三
通，水槽通过第一进水管道与三通的其中一进口
连通，标准压力源通过进气管道与三通的另一进
口连通，三通的出口通过第二进水管道与压差式
静力水准仪的腔体的进水口连接，腔体的出水口
上连接有出水管道，第一进水管道和出水管道上
分别设有进水开关和出水开关，标准压力表设置
在进气管道上。
本发明还公开了一种压差式静力。
压差式静力水准仪工作原理
压差式静力水准仪的工作原理1. 引言压差式静力水准仪是一种用于测量地面高程差异的精密仪器。
它通过测量液体在管道中的压力差来确定地面高度的变化。
本文将详细介绍压差式静力水准仪的工作原理及其基本原理。
2. 原理概述压差式静力水准仪基于液体静力学原理，利用液体在重力作用下形成的压力来测量地面高程差异。
其基本原理可以概括为以下四个步骤：•步骤1：将两个水平放置的垂直U型管连接在一起，形成一个密封的闭合系统。
•步骤2：在U型管中注入液体（通常为水），使其填满整个管道，并保持液面处于同一水平线上。
•步骤3：将一个或多个测量点连接到U型管的两端，以便将U型管与待测点联系起来。
•步骤4：通过测量U型管两端液面的高度差（即压力差），计算出待测点与基准点之间的高程差。
下面将详细介绍每个步骤及其相关原理。
3. 压差式静力水准仪的工作原理3.1 步骤1：连接U型管压差式静力水准仪通常由两个垂直放置的U型管组成，这两个U型管通过一根导管相连，形成一个闭合系统。
这样做的目的是为了保持液体在整个系统中保持平衡，并确保液面处于同一水平线上。
3.2 步骤2：注入液体并保持水平在连接好的U型管中注入液体，通常使用水作为测量介质。
注入液体的过程需要确保整个系统都处于水平状态，以使液面能够自由地移动，并且使得液面处于同一水平线上。
3.3 步骤3：连接测量点将待测点与U型管的两端相连，可以通过导管或其他合适的装置实现。
这样做的目的是为了将待测点与基准点联系起来，以便进行高程差测量。
3.4 步骤4：测量压力差并计算高程差在压差式静力水准仪中，使用压力传感器或压力计测量U型管两端液面的高度差（即压力差）。
通过测量液面的高度差，可以得到待测点与基准点之间的高程差。
具体计算方法如下：•首先，通过测量U型管两端液面的高度差（Δh），得到液体的压力差（ΔP）。
•然后，根据液体的密度（ρ）和重力加速度（g），可以得到液体对应高程差（ΔH）与压力差之间的关系：ΔH = ΔP / (ρ * g)。
沉降观测：静力水准仪的工作原理分类及选型
沉降观测：静力水准仪的工作原理分类及选型一、静力水准仪简介对结构影响最大的因素是重力，因此以结构的竖向位移最能代表结构位置的变化。
竖向位移通常也简称沉降。
传统的人工测量耗时太多，监测周期长，只能反应变化的长期趋势。
难以反应快速变化的竖向位移。
而静力水准仪可用来在线自动测量沉降数据。
二、静力水准仪的原理及分类静力水准仪的根据是“连通管”原理。
两端开口的U型管注入液体后，液体在大气压力和重力的作用下，最终会保持在同一个水平面。
根据这个原理，市面上出现了液位式静力水准仪和压差式静力水准仪。
液位式水准仪是通过测量每个测点液位变化的高度来计算沉降的，而压差式静力水准仪是通过计算不同测点间的液体压力变化量再除以液体的密度和重力加速度得到沉降值。
液位式水准仪按照液位测量的方式可分为磁致伸缩、超声波、电容三种。
三、磁致伸缩静力水准仪的原理及优缺点磁致伸缩指铁磁质中磁化方向的改变会引起介质晶格间距的改变，从而使得铁磁质的长度和体积发生改变的现象。
磁致伸缩液位传感器是利用磁致伸缩效应，利用两个不同磁场相交时产生的应变脉冲信号被检测到的时间来计算出磁场相交点的准确位置，从而测量出液位的高度。
在磁致伸缩液位水准仪的传感器测杆外配有一浮子，此浮子可以沿测杆随液位的变化而上下移动。
在浮子内部有一组永久磁环。
当脉冲电流磁场与浮子产生的磁环磁场相遇时，浮子周围的磁场发生改变从而使得由磁致伸缩材料做成的波导丝在浮子所在的位置产生一个扭转波脉冲，这个脉冲以固定的速度沿波导丝传回并由检出机构检出。
通过测量脉冲电流与扭转波的时间差可以精确地确定浮子所在的位置，即液面的位置。
优缺点：磁致伸缩液位静力水准仪价格较为便宜，较多的用于石油、化工原料储存、生化、医药、食品饮料、大坝水位、水库水位监测与污水处理等。
近些年有业内人士用来做建筑结构的沉降观测。
磁致伸缩静力水准仪的测量精度为1mm，测量的是浮子的移动高度。
能够直观地通过透明罐体看到液位的变化。
FST800-101S 液位压差式静力水准仪 产品说明书
液位压差式静力水准仪产品说明书（V1.0）湖南菲尔斯特传感器有限公司Hunan Firstrate Sensor Co.,Ltd●重要声明非常感谢您购买菲尔斯特产品，我们为您真诚服务到永远。
菲尔斯特追求卓越的品质，更注重优良的售后服务，如有需要请拔打：400-607-8500（7×24h）。
操作错误会缩短产品的寿命，降低其性能，严重时可能引起意外事故。
请您将本说明书交到最终用户手中，在产品使用前务必仔细熟读。
并请妥善保管好，以备需要时查阅。
本说明书仅供参考所用，具体产品外形以实物为准。
●产品概述FST800-101S液压式静力水准仪，也叫沉降监测静力水准仪，是一种高精密液位测量仪器，用于测量基础和建筑物各个测点的相对沉降。
由储液器、高精度芯体和特殊定制电路模块、保护罩等部件组成。
主要应用于综合管廊沉降监测。
广泛应用于大型建筑物、高层建筑物、大坝、水电站、核电站、水利枢纽工程、铁路、地铁、高铁、综合管廊等各测点不均匀沉降的测量。
●工作原理地基沉降是一个缓慢过程，在任何较短时期，反映到储液罐液面的变化都会非常细微，能否实时、精确地检测到这个微小变化，反映出地基的微小沉降，做到防微杜渐，是衡量一个静力水准仪产品好坏的关键，这对系统所集成液位传感器的实时性、精密性提出了极高要求。
由于是户外安装，液位传感器的温度系数、防水性、防雷击都是关键技术。
另外，静力水准仪整机的安装尺寸和易更换性也是重要的技术指标，加上储液罐、保护罩、调平支架、通联气、水管等部件组成。
液压式静力水准仪是基于连通器原理，通过测量若干个相互联通的安装于被测量点储液罐液位压力与测量基点（不动点）液罐液位压力的相对变化，反推出各个储液罐安装位置相对位置沉降变化量的一种精密仪器。
●应用领域3、隧道上部山体及建筑物；4、高速公路路基、边坡沉降检测；5、桥墩、基坑沉降检测；6、大坝及水利枢纽、高层建筑的基础；7、核电站、大型水电站；8、综合管廊沉降监测。
静力水准仪类型介绍
静力水准仪------产品技术静力水准仪是一种高精密液位测量系统，该系统适用于测量多点的相对沉降。
在使用中，多个静力水准仪的容器用通液管联接，每一容器的液位由磁致伸缩式传感器测出，传感器的浮子位置随液位的变化而同步变化，由此可测出各测点的液位变化量。
在静力水准仪的系统中，所有各测点的垂直位移均是相对于其中的一点(又叫基准点)变化，该点的垂直位移是相对恒定的或者是可用其它方式准确确定，以便能精确计算出静力水准仪系统各测点的沉降变化量。
液压式静力水准系统（压差式）是利用液压敏感单元测量各个测点储液器内压强变化值相对于基准点的变化计算出各测点压强变化量进而解算出沉降变化量。
主要应于地铁隧道、高铁路基、水利大坝等沉降变形监测领域。
------特点·稳定性好、抗干扰能力强，受外界温度环境影响小。
传感器可自动进行实时温度补偿，提高了传感器在不同气候条件下的适应性及监测数据的准确性。
·量程大故在其量程范围之内，现场安装不需要将测点调平，故适用于地铁运营、大型桥梁等项目自动化监测.·体积小、防潮防水，全密封结构可以埋设于路面以下方便道路交通，故适合高铁路基等自动化沉降监测项目。
------设备参数有效量程：500、1000mm、2000mm等可选显示精度：0.01mm实际精度：0.1mm（0.2mm）工作电压：12v-36v工作温度：-25℃~75℃伸缩式静力水准仪（电感式）采用的传感器是利用磁致伸缩原理开发出的新一代高精度液位测量产品，是一种非接触式液位测量传感器。
该传感器具有高分辨率、高精度、高稳定性、高可靠性、响应时间快，工作寿命长等优点。
磁致伸缩式传感器主要由测杆、电子仓和套在测杆上的非接触磁浮球组成。
测杆内装有磁致伸缩线(波导丝)，测杆由不导磁的不锈钢管制成。
测量时由电路发出起始脉冲，起始脉冲在波导丝中传输，产生沿波导丝方向的旋转磁场，当这个磁场与浮球中的永久磁场相遇时，产生磁致伸缩效应，使波导丝发生扭动，这一扭动被电子拾能机构所感知并转换成相应的电流脉冲，测量电路计算出两个脉冲之间的时间差，即可精确地测出被测液位值。
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压差式（硅晶式）静力水准仪
压差式（晶硅式）静力水准仪实物图
一、压差式（硅晶式）静力水准仪的应用
压差式（晶硅式）静力水准仪是由储液器、高精度感应器、处理模块、保护罩、联通管等部件组成。
适用于测量地铁隧道、建筑物、大坝、城市管道、路面等结构体的垂直位移差异变形。
我公司生产的压差式（硅晶式）静力水准仪具有兼容其他生产厂家的设备，安装简单、测量精度高、多重温度补偿、功耗低、抗干扰能力强、可靠性高等优点。
二、压差式（硅晶式）静力水准仪技术参数
1、型号：CS-JL020
2、精度：±0.1mm
3、量程：0.2～3000mm
4、工作温度：-40℃～+80℃
5、信号输出：R485输出
6、工作电压：DC12V～DC24V
7、防护等级：IP68
8、连接方式：采用串联方式一根主线
三、安装步骤
1、安装前对基点选择的要求，要求基点原理测点距离尽可能的＞15m 相对稳定无振源干扰。
落差不大于2m。
测点之间的间距根据设计要求进行布置。
2.安装前对传感器进行ID地址确认，并且记录在PC机软件内，将所所有要安装的传感器联机测试10分钟，安装时按照ID编号的顺序和测点位置确定传感器。
3、测点传感器采用膨胀螺栓固定安装并且要求固定牢固，然后将液体连通管串联至每个测点传感器，基点、储液罐相连接闭合，液体接口处螺丝锁死固定要求无漏液。
4、气压平衡管采用液体联通管同样连接方式串联，然后和基点、储液罐联通
5、通信电缆的连接，线缆采用双绞屏蔽PU4*0.4防滑电缆，颜色分白色信号R485A绿色信号R485B黑色12v-红色12v+采用接线盒按
照线缆的颜色对应连接至接线盒，连接方式采用穿蓝测点基地串联方式通信、然后与采集仪相连。
6、液体的添加不同的监测环境所对液体的要求也不一样，推荐两种液体，第一种为自来水，蒸馏水、一般采用该类液体首先要确定环境温度变换不大于10度，液体的膨胀系数子啊控制范围之内不会结冰上冻。
7、防冻液+自来水、比例1:1该液体一般用在北方寒冷地区温度范围-20°-30°使用。
主要目的防止液体结冰上冻。
8、液体的添加有储液罐一处添加，添加液体时后端测点传感器气门打开保证能够有空气排出液体添加时应保证连通管、传感器内尽可能的没有气泡。
气泡的最大直径不大于2mm。
这样传感器的稳定相更有保障。
气泡的排出方法，采用气门下压即可排出。
四、工程案例
图1上海地铁沉降监测图2、西安房屋沉降监测
图3湖南地铁监测图4株洲桥梁监测
以上是我公司在诸多工程当中的成功案例，如果您有这样的工程监测；遇到技术和方案问题，我很乐意跟您交流。
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