[实用新型]振弦式仪器的温度测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及岩土工程的健康监测技术领域，特别是一种岩土工程的安全监测仪器中的振弦式仪器的温度测量装置。

背景技术

在对岩土工程的安全监测中，通常采用振弦式(或称钢弦式)仪器等安全监测仪器监测岩土工程的应力应变、温度、接缝开度、渗漏和变形等物理量，用以分析判断岩土工程的安全。

振弦式仪器(或称振弦式传感器)由一根两端固定、均质的钢弦组成。钢弦长度为L，在感知外界作用力F(可以是岩土工程的应力应变、温度、接缝开度、渗漏和变形等)的时候，钢弦会产生ΔL的拉伸变形，在弹性范围内，同时考虑温度T的影响，其中ΔT＝T-T₀，α为线膨胀系数，T₀、α、K均为已知的恒常数。钢弦的机械振动固有频率f可以按如下公式获得：其中E是钢弦的弹性模量，ρ_v是钢弦的密度，λ是钢弦材料的泊松系数，这些均是定常数。将上述两个公式进行整理，消除这一共同变量，得出F是f和T的确定函数，通过测量f和T就能实现F的测量。其中，温度参量T是一个关键的测量因子。

传统的温度参量T的测量方法通常是在振弦式仪器内设置热敏电阻，热敏电阻对温度敏感，会随温度的变化而呈现不同的阻值，通过测量热敏电阻的阻值来得到温度参量T。现实情况是，热敏电阻的阻值在工作温度范围内，其理论最大值将达到50KΩ，相对于岩土工程领域同样应用广泛的其它类型安全监测仪器如差动电阻式传感器120Ω的测温电阻值，高出1个数量级以上，从电阻值测量精度考虑，就需要对测量系统的绝缘性提出很高的要求，甚至苛刻到难以工程实现的程度，若无法保证足够高的绝缘性指标，则会带来很大的测量误差；同时由于受到从振弦式仪器内引出的导线电阻的影响，也会使得测量的阻值有误差，故最终计算得到的温度T的测量精度和可靠性下降。而岩土工程的安全监测对安全监测仪器的可靠性以及测量数据的准确性有非常严格的要求，这就要求在测量原理和测量方法上力求准确可靠，所以安全监测领域使用的振弦式仪器采用上述温度测量方法已不能满足测量的要求。

实用新型内容

本实用新型针对现有的振弦式仪器的温度测量采用热敏电阻进行温度感应时存在测量误差，导致测量精度和可靠性下降的问题，提供一种新型振弦式仪器的温度测量装置，该装置提高了振弦式仪器温度测量的准确性和可靠性。

本实用新型的技术方案如下：

一种振弦式仪器的温度测量装置，其特征在于，包括互相连接的电阻测量装置和电阻温度换算装置，所述电阻测量装置通过四线电阻测量法测量振弦式仪器在频率测量时采用的频率测量线圈在某时刻的电阻值，并将该电阻值输出至电阻温度换算装置；所述电阻温度换算装置利用频率测量线圈的电阻温度特性，得到所述时刻的温度值，实现振弦式仪器温度参数测量。

所述频率测量线圈的电阻温度特性公式为R_t＝R₀[1+β×(T_t-T₀)]；其中，R₀和T₀分别为频率测量线圈的初始电阻值及与之对应的温度值，R_t和T_t分别为频率测量线圈在t时刻的电阻值及与之对应的温度值，β为频率测量线圈的电阻温度系数。

所述电阻测量装置包括在频率测量线圈的其中一个测量端引出的第一电流导线和第一电压导线以及在另一测量端引出的第二电流导线和第二电压导线，电阻测量装置还包括恒流源、第一电压跟随器、第一测压点、第二电压跟随器、第二测压点和电压测量处理装置，电压测量处理装置与电阻温度换算装置相连；所述第一电流导线和第二电流导线分别连接到恒流源两端以构成电流回路，第一电压导线通过第一电压跟随器传递至第一测压点，第二电压导线通过第二电压跟随器传递至第二测压点；通过电压测量处理装置测量第一测压点和第二测压点之间的电压及实现频率测量线圈在某时刻的电阻值的测量。

所述电阻测量装置还包括第一连接导线和第二连接导线，所述第一连接导线设置于第一电压导线与第一电压跟随器之间，所述第二连接导线设置于第二电压导线与第二电压跟随器之间。

本实用新型的技术效果如下：