建筑結(jié)構(gòu)全壽命周期內(nèi)都會(huì)持續(xù)受到重力作用，產(chǎn)生沉降趨勢(shì)。因此沉降監(jiān)測(cè)成為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容。能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化沉降監(jiān)測(cè)的靜力水準(zhǔn)儀成為了結(jié)構(gòu)自動(dòng)化健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中用量較多的傳感器之一。

       靜力水準(zhǔn)儀是利用連通器原理，通過(guò)液體連通管連接各個(gè)靜力水準(zhǔn)儀，測(cè)量靜力水準(zhǔn)儀內(nèi)的液體液位變化，從而計(jì)算出各測(cè)點(diǎn)的沉降變化值。因此，在沉降自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，液體的選擇非常關(guān)鍵，但往往在使用過(guò)程中被忽略，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

       近些年在安銳從事結(jié)構(gòu)健康自動(dòng)化監(jiān)測(cè)傳感器的研發(fā)，跑了不少工地實(shí)測(cè)產(chǎn)品，倍受現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)的折磨，發(fā)現(xiàn)影響靜力水準(zhǔn)儀測(cè)量精度的因素很多，下面就靜力水準(zhǔn)儀的液體選擇及相關(guān)操作做一些闡述，希望能夠幫助到剛進(jìn)入這個(gè)行業(yè)的朋友們。

一、靜力水準(zhǔn)儀液體選擇需要考慮的因素

1、密度

       在連通器里的液體，靜態(tài)時(shí)的液面保持相同的高度。這是連通管原理的描述，前提是液體的密度保持一致。因此在液位式的水準(zhǔn)儀中，只要是同一種液體，對(duì)靜力水準(zhǔn)儀的液位影響可以忽略。但是對(duì)于壓差式靜力水準(zhǔn)儀來(lái)說(shuō)，密度對(duì)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有較大的影響，需要考慮。壓差式靜力水準(zhǔn)儀是通過(guò)測(cè)量液體的壓強(qiáng)來(lái)間接計(jì)算液位高度的。我們知道，對(duì)于靜止的液體，液體的壓強(qiáng)P與密度ρ、重力加速度和液位高度h有關(guān)，壓強(qiáng)公式：P=ρgh ，因此液位高度公式為：h=P/(ρg)。對(duì)于同一個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，重力加速度可看作常量。如果采用純水，密度為110千克/立方米(t=4℃)。因此在選擇靜力水準(zhǔn)儀時(shí)，盡量選擇配套的軟件中可以根據(jù)實(shí)際液體的密度對(duì)液位高度公式進(jìn)行修正的產(chǎn)品。如果是使用純凈水，密度可近似采用1。如果使用液體，如防凍液等，液體密度可以咨詢廠家。有些項(xiàng)目限于條件，不便于使用純凈水，只能使用現(xiàn)場(chǎng)取水的，有可能水的硬度較大，相比純凈水含有較多的礦物質(zhì)，導(dǎo)致密度有所變化。是對(duì)水取樣，測(cè)量出水的密度后，通過(guò)靜力水準(zhǔn)儀廠家提供的平臺(tái)軟件對(duì)密度進(jìn)行修正。因此選擇壓差式靜力水準(zhǔn)儀時(shí)，選用能提供配套平臺(tái)軟件，能夠?qū)γ芏葦?shù)據(jù)進(jìn)行輸入調(diào)整的，如安銳測(cè)控云平臺(tái)、安信云平臺(tái)等。

2、腐蝕性

       測(cè)量結(jié)構(gòu)沉降的靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)是由液體、氣體及電纜連接多個(gè)靜力水準(zhǔn)儀組成的自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)，需要長(zhǎng)期使用，對(duì)工作環(huán)境要求較高。特別是對(duì)工作介質(zhì)的水，具有一定的要求。水中的礦物質(zhì)會(huì)影響水的酸堿度。酸堿度描述的是水溶液的酸堿性強(qiáng)弱程度，用pH來(lái)表示。熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)狀況時(shí)，pH=7的水溶液呈中性，pH<7者顯酸性，pH>7者顯堿性。根據(jù)在安銳多年工作的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)靜力水準(zhǔn)儀測(cè)量系統(tǒng)的水的PH值如果偏離7，具有腐蝕性，長(zhǎng)期使用時(shí)，會(huì)對(duì)系統(tǒng)有以下危：

（1）管道中容易結(jié)晶、結(jié)垢，導(dǎo)致液體管道管徑變窄，影響流動(dòng)性，導(dǎo)致壓力的傳導(dǎo)滯后，特別是在測(cè)量頻率較高時(shí)，有可能導(dǎo)致測(cè)量的數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差。

（2）腐蝕管道的接頭、金屬構(gòu)件；

（3）對(duì)塑膠管道具有腐蝕作用，長(zhǎng)期使用時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致塑膠管道的龜裂、破損、漏液等。（4）對(duì)靜力水準(zhǔn)儀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成腐蝕：很多靜力水準(zhǔn)儀使用來(lái)平衡氣壓的氣體管路與靜力水準(zhǔn)儀內(nèi)部的電路系統(tǒng)是聯(lián)通的。雖然使用了三防漆做了*處理。但具有腐蝕性的水，在系統(tǒng)時(shí)，容易通過(guò)儲(chǔ)液罐上的氣體管路進(jìn)入靜力水準(zhǔn)儀內(nèi)，長(zhǎng)期工作時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電路系統(tǒng)的故障。因此建議使用氣路和管路相互隔絕分離的靜力水準(zhǔn)儀。

3、粘滯性

       靜力水準(zhǔn)儀測(cè)量時(shí)，必須保證液位的靜止。因此需要選擇粘滯系數(shù)比較小的液體，使沉降導(dǎo)致的液位變化能夠較快的通過(guò)液體的流動(dòng)來(lái)反映出來(lái)。

4、溫度傳導(dǎo)性

       當(dāng)溫度變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致液體的密度產(chǎn)生變化。如果溫度的變化不能很快得到傳導(dǎo)，那么將導(dǎo)致液體管路系統(tǒng)中產(chǎn)生溫度梯度，進(jìn)而產(chǎn)生液體密度梯度，進(jìn)而影響測(cè)量數(shù)據(jù)的精度，因此需要盡量使用熱傳導(dǎo)性能良好的液體。同時(shí)對(duì)液體管路進(jìn)行保溫隔熱處理，避免太陽(yáng)暴曬等天氣原因?qū)е鹿苈废到y(tǒng)各部分的溫差過(guò)大。

5、可視化

       液體長(zhǎng)期使用時(shí)，會(huì)有一定的蒸發(fā)及氣泡的產(chǎn)生，需要定期檢視處理。與環(huán)境對(duì)比度較高的液體顏色，有利于提高檢視效果。因此建議使用帶顏色的防凍液，或者在純凈水中加入水溶性染色劑。液體鮮艷的顏色，賞心悅目的同時(shí)，也醒目的提醒工地現(xiàn)場(chǎng)人員注意，避免被疏忽破壞。

6、抗微生物

       根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，純凈水在使用1個(gè)月左右即有較多的微生物產(chǎn)生，如比較明顯的藻類、水草類。這些微生物會(huì)導(dǎo)致管路堵塞，影響系統(tǒng)的使用效果。建議在水中添加一定的抑制劑。

7、起泡性

       靜力水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的氣泡在溫度變化時(shí)，相比液體的體積變化巨大，會(huì)導(dǎo)致液位誤差，因此需要盡量避免氣泡的產(chǎn)生。有些項(xiàng)目液體管路較長(zhǎng)，充液的時(shí)間較長(zhǎng)，有人使用給液體加壓力的方式進(jìn)行充液，以縮小充液時(shí)間。但氣體在較高的壓力下容易溶解在水中，當(dāng)壓力減小時(shí)，會(huì)逐漸析出，導(dǎo)致氣泡的產(chǎn)生。減小氣泡可使用減小液體表面張力的活化劑，效果顯著。表面張力活化劑在食品、環(huán)保行業(yè)用途廣，價(jià)格低廉。只需要使用*少量即可。在安銳科技工作時(shí)，使用的是食品行業(yè)的消泡劑。

總結(jié)：

1、在靜力水準(zhǔn)儀液體選擇方面，主要選擇純凈水，若無(wú)條件也可用靜置后的自來(lái)水代替，主要是為了避免雜質(zhì)、異物進(jìn)入傳感器和通液管，且水的比熱容較大，又是現(xiàn)實(shí)中比較常見容易**的液體，所以在液體選擇上可以**考慮純凈水。

2、考慮到低溫環(huán)境因素，液體還可以選擇防凍液，或是以1：1比例與水混合，主要防止低溫情況下液體凍結(jié)而導(dǎo)致傳感器、通液管凍脹而損壞。在防凍液選擇方面，可以選擇含有乙二醇成分的防凍液，該成分的特點(diǎn)是防凍，其次是它的熱穩(wěn)定性，具有高沸點(diǎn)特性，受溫度變化影響小，所以在沉降監(jiān)測(cè)過(guò)程中狀態(tài)*穩(wěn)定，而且防凍液大多具有顏色，可清晰看見透明PU管內(nèi)液體流動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)又具備防腐殺菌功效，**相對(duì)簡(jiǎn)單成本也不高，因此，防凍液也可以作為沉降自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)液體選擇方案之一。

3、可以使用消泡劑來(lái)減少氣泡的產(chǎn)生。

二、靜力水準(zhǔn)儀液體用量

       在一套沉降自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，為了避免不必要的浪費(fèi)，又要滿足整套自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)液體需要的同時(shí)，前期需準(zhǔn)備多少液體呢？不管是“液位式靜力水準(zhǔn)儀”的還是“壓差式靜力水準(zhǔn)儀”液體的用量都需根據(jù)整個(gè)靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)實(shí)際衡量，例如壓差式靜力水準(zhǔn)儀需根據(jù)儲(chǔ)液罐的容量、通液管的長(zhǎng)度等因素來(lái)估算液體的體積，但在加液過(guò)程中會(huì)有通液、排氣等操作，因此在前期準(zhǔn)備液體時(shí)需考慮到通液以及排氣等操作所需要的液體，所以建議多準(zhǔn)備1/3左右的液體（根據(jù)實(shí)際情況出發(fā)），為了避免浪費(fèi)，也可以將排除的液體用干凈的容器收集起來(lái)循環(huán)利用。

三、靜力水準(zhǔn)儀監(jiān)測(cè)系統(tǒng)充液

       在加液之前需將各個(gè)靜力水準(zhǔn)儀通過(guò)連通管串聯(lián)起來(lái)，管線鋪設(shè)時(shí)，應(yīng)避免打折、彎曲和劃傷，且確保各儀器之間的接頭連接完好，盡量避免液體晃動(dòng)，以免產(chǎn)生氣泡。

       灌液時(shí)，要注意水壓的高低平衡，先將靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)首尾兩端測(cè)點(diǎn)儀器的氣口打開，將其形成高低差，然后由儲(chǔ)液罐的上端口緩慢不間斷地充入液體，同時(shí)觀察液管內(nèi)是否有氣泡產(chǎn)生，如果發(fā)現(xiàn)氣泡要及時(shí)排除，當(dāng)液體充滿液管且液管內(nèi)的氣泡排完后先把末端的水管接頭堵住，直到儲(chǔ)液罐內(nèi)的水位到達(dá)1/2高度時(shí)停止充液。

       加液過(guò)程中，需要注意觀察靜力水準(zhǔn)儀管路的通液情況，同時(shí)安排一人在通液管末端查看排液進(jìn)度，并保證能夠正常通訊及時(shí)溝通。

       人工倒入液體時(shí)，需要注意液體倒入管道的速度，避免倒入過(guò)程中管內(nèi)產(chǎn)生大量氣泡。加液前可以將*個(gè)測(cè)點(diǎn)儀器的通液管捏住，防止液體下流。慢慢加入液體，直至液面接近罐體口，然后松開被捏住的液管，液體開始沿著通液管流動(dòng)。此時(shí)需要持續(xù)勻速加液。

四、液壓型靜力水準(zhǔn)儀排氣：

       液體抵達(dá)通液管末端時(shí)，還需繼續(xù)觀察通液管末端排出的液體內(nèi)是否含有長(zhǎng)條狀的大段氣泡。必要時(shí)，可以持續(xù)加注液體，直至整個(gè)管內(nèi)無(wú)氣泡。在排氣過(guò)程，需要有人在各個(gè)傳感器之間進(jìn)行巡查，查看各點(diǎn)接頭、三通等部位是否有氣泡聚集，可以通過(guò)晃動(dòng)、敲打通液管將氣泡逐漸聚集，進(jìn)而排除管外。在通液管末端無(wú)氣泡排出，且各個(gè)靜力水準(zhǔn)儀中間的通液管內(nèi)也無(wú)氣泡時(shí)，可以結(jié)束排氣泡，將通液管末端封閉。

五、靜力水準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)管路檢測(cè)：

       加液后要認(rèn)真檢查，檢查液管各連接頭密封情況是否完好，必須保證其密封，查看管道是否有漏液、氣泡滯留等。確定加液工作無(wú)誤之后，方可以進(jìn)行下一步工作內(nèi)容。

六、系統(tǒng)管路保護(hù)：

       在確保各液管連接頭密封情況完好，且管線無(wú)損傷之后，再進(jìn)行管線保護(hù)措施，可以用開口的保溫管包裹住所有裸露在地面的PU管，然后用警示膠帶纏繞密封布于管槽內(nèi)或是埋入土內(nèi)，儀器蓋上保護(hù)罩等措施（具體保護(hù)措施應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境而定），主要為了防止線路或是儀器被外在因素破壞以及對(duì)液體溫度的保護(hù)。