一种电子式泥浆比重测量装置及测量探头的制作方法

1.本发明涉及建筑地基基础工程施工领域，特别是涉及一种电子式泥浆比重测量装置及测量探头。


背景技术：

2.在建筑地基基础工程施工领域，很多施工作业过程均需采用密度测量装置来测定泥浆的比重，如钻孔灌注桩成孔及清孔作业、地下连续墙成槽及清槽作业时，必须对桩孔或地下连续墙槽段内护壁泥浆比重进行测量，并根据测量结果及时调整钻机钻孔速度、成槽机挖槽速度、混凝土灌注时间等相关施工参数，以此保证施工过程质量符合规范要求。
3.现有常用的泥浆比重测量方法主要有泥浆比重秤法、量筒或量杯与称重天平组合法、波美比重计法三类，前两类方法均需要事先提取泥浆样品，然后再将泥浆样品放入测量装置中进行测量，而第三类即波美比重计法虽然不需要提取泥浆样品，但只能在泥浆液体表面进行测量。对于钻孔灌注桩桩孔内部或地下连续墙槽段内部等深度较深的泥浆，采用泥浆比重秤法、量筒或量杯与称重天平组合法进行测量时，泥浆样品的提取方法对测量结果的准确性影响很大，而波美比重计法不能对深度较深的泥浆进行内部测量。此外，采用泥浆比重秤法、量筒或量杯与称重天平组合法测量泥浆比重时，取样及测量过程较为繁琐，每次测量只能测定某一取样点所在深度位置处的泥浆比重数据，不能连续测量某一深度区间内的泥浆比重数据。
4.较新的改进型泥浆测量技术方法有多种，如申请号为202021480049.9的中国专利文献报道了一种电子式泥浆比重计，该文献对电子式泥浆比重计的总体构造进行了简单研究，即电子式泥浆比重计由密度传感器、功能主板、连接线缆及卷线器组成，但该文献并未对电子式泥浆比重计的各个功能部件尤其是较为关键的核心部件即密度传感器的详细构造及实现原理进行深入探究。
5.据此，为克服常用的泥浆比重秤法、量筒或量杯与称重天平组合法及波美比重计法测量泥浆比重时所存在的不足，以及现有电子式泥浆比重计核心传感部件的设计缺失，需要一种新的泥浆比重测量装置予以弥补。


技术实现要素：

6.本发明主要解决的技术问题是提供一种电子式泥浆比重测量装置及测量探头，用于在无需提取样品的情况下即可快速、精确测量钻孔灌注桩桩孔内部或地下连续墙槽段内部等深度较深的泥浆，同时还对现有的电子式泥浆比重计的核心传感部件进行了精确设计。
7.为实现上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种电子式泥浆比重测量装置及测量探头，包括保护壳体、簿式电阻应变片、压力平衡杆、销轴、应变调节弹簧、柔性防水膜、信号传输线、信号显示部件及电源；所述压力平衡杆通过保护壳体内部的销轴铰接在保护壳体内部且压力平衡杆可以绕销轴中心在保护壳体内部局部范围内转动。
8.进一步，所述簿式电阻应变片固定于保护壳体内部，所述压力平衡杆内侧一端与簿式电阻应变片紧贴， 所述压力平衡杆内侧另一端与固定于保护壳体内的应变调节弹簧连接。
9.进一步，所述保护壳体上下两端外侧分别设有1处开孔，开孔处均采用柔性防水膜密封，所述压力平衡杆的外侧上下两端对称设置2个面积相同的凸起，凸起大小略小于保护壳体上下两端所设置的开孔的面积，并与所述保护壳体上下两端开孔处的柔性防水膜紧贴，所述保护壳体与柔性防水膜一起将所述簿式电阻应变片、压力平衡杆、销轴、应变调节弹簧密闭于保护壳体内。
10.进一步，所述簿式电阻应变片通过信号传输线与信号显示部件及电源连接，所述信号传输线穿过保护壳体的孔洞处采用防水材料密封。
11.进一步，所述信号传输线内部采用加强纤维进行加强，并在表面设有长度刻度。
12.工作时，将所述泥比重浆测量装置的保护壳体连同内部密封的各种部件通过信号传输线垂直吊放并浸没在泥浆液体内部，则泥浆液体将通过所述柔性防水膜对压力平衡杆上下两端的凸起产生一定压力，该压力将使所述压力平衡杆绕销轴中心在保护壳体内部一定范围内发生局部转动，并带动与所述压力平衡杆紧贴的簿式电阻应变片产生变形，从而使得簿式电阻应变片的电阻阻值大小发生变化，再通过所述信号显示部件及电源装置对电阻阻值的变化量进行检测，从而可以推算出所述压力平衡杆绕销轴中心的转动变形量，并最终推导出泥浆液体产生的压力差及泥浆液体的比重。
13.本发明的有益效果是：能够在不取样的情况下直接对泥浆比重进行测量，测量结果的准确度不受取样方法的影响，而且还可以快速测定出桩孔或地下连续墙槽段内任意深度、任意部位护壁泥浆的比重，操作简便快捷，从而可以为施工过程提供快速、精准的施工参数。
附图说明
14.图1是本发明一种电子式泥浆比重测量装置及测量探头一个较佳实施例的剖面结构示意图。
15.附图中各部件的标记如下：1、保护壳体；2、簿式电阻应变片；3、压力平衡杆；4、销轴；5、应变调节弹簧；6、柔性防水膜；7、信号传输线；8、信号显示部件及电源。
具体实施方式
16.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
17.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上部”、“下部”、“垂直”、“内”、“外”、“一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
18.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“紧贴”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的
普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
19.请参阅图1， 一种电子式泥浆比重测量装置及测量探头，包括：保护壳体1、簿式电阻应变片2、压力平衡杆3、销轴4、应变调节弹簧5、柔性防水膜6、信号传输线7、信号显示部件及电源8；所述压力平衡杆3中间通过保护壳体1内部的销轴4固定在保护壳体1内部，所述压力平衡杆3可以绕销轴4中心在保护壳体1内部局部范围内自由转动，通过上述各个部件之间的配合，能够解决泥浆比重秤法、量筒或量杯与天平组合法测量泥浆比重时，测量结果受取样方法影响大、取样及测量过程繁琐、不能连续测量某一深度区间内的泥浆比重数据的问题。
20.具体的，所述簿式电阻应变2固定于保护壳体1内部，所述压力平衡杆3内侧一端与簿式电阻应变片2紧贴， 所述压力平衡杆3内侧另一端与固定于保护壳体1内的应变调节弹簧5连接。
21.具体的，所述保护壳体1外侧上下两端分别设有1处开孔，开孔处均采用柔性防水膜6密封，所述压力平衡杆3的外侧上下两端对称设置2个面积相同的凸起，凸起大小略小于保护壳体1上下两端所设置的开孔的面积，并与所述保护壳体1上下两端开孔处的柔性防水膜6紧贴，所述保护壳体1与柔性防水膜6一起将所述簿式电阻应变片2、压力平衡杆3、销轴4、应变调节弹簧5密闭于保护壳体1内。
22.具体的，所述簿式电阻应变片2通过信号传输线7与信号显示部件及电源8连接，所述信号传输线7穿过保护壳体1的孔洞处采用防水材料密封。
23.具体的，所述信号传输线7内部采用加强纤维进行加强，并在表面设有长度刻度。
24.具体使用操作时，将所述保护壳体1连同内部密封的各种部件通过信号传输线7垂直吊放并浸没在泥浆液体内部，则泥浆液体将通过所述柔性防水膜6对压力平衡杆3上下两端的凸起产生一定压力，该压力将使所述压力平衡3杆绕销轴4中心在保护壳体1内部一定范围内发生局部转动，并带动与所述压力平衡杆3紧贴的簿式电阻应变片2产生变形。
25.具体的，因所述压力平衡杆3上下两端的凸起面积大小相同，故自泥浆液体表面至所述压力平衡杆3上部凸起处的深度区间范围内，泥浆液体对所述压力平衡杆3上部凸起及压力平衡杆3下部凸起所产生的静压力大小相同，假定该静压力大小为f，并假定压力平衡杆3上部凸起中心至压力平衡杆下部凸起中心的距离为l。
26.具体的，因所述压力平衡杆3上部凸起与压力平衡杆3下部凸起沿销轴4中心对称，静压力f对压力平衡杆3上部凸起沿销轴4中心产生的转动力矩为f
·
l/2，静压力f对压力平衡杆3下部凸起沿销轴4中心产生的转动力矩为
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l/2，两个转动力矩大小相等、方向相反而相互抵消，故所述压力平衡杆3受到的沿销轴4中心的转动力矩仅与压力平衡杆3上部凸起中心到压力平衡杆3下部凸起中心之间的深度范围内的泥浆液体所产生的压力有关，所述压力平衡杆3沿销轴4中心的总转动力矩不受装置浸入泥浆液体内部的深度影响。
27.具体的，因所述压力平衡杆3的另一端与固定在保护壳体1上的应变调节弹簧5相连接，根据胡克定律，所述压力平衡杆3产生的转动变形大小仅与应变调节弹簧5的弹性系数及压力平衡杆3受到的沿销轴4中心的转动力矩有关，而所述应变调节弹簧5的弹性系数为一常量，故所述压力平衡杆3产生的转动变形大小与泥浆液体比重线性相关。
28.具体的，通过所述信号显示部件及电源8对簿式电阻应变片2的电阻变化大小进行检测，可以换算出所述簿式电阻应变片2的变形大小，进一步推算出所述压力平衡杆3产生
的转动变形大小，并最终推算出装置所在深度处泥浆液体的比重，无需事先采取泥浆样品。
29.具体的，通过所述信号传输线7上设置的长度刻度，可以直接读取测量装置所处的具体深度数值，再根据测得的不同深度处的泥浆液体比重数据，即可快速绘制出某一深度区间范围内泥浆比重连续变化曲线。
30.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。