9 apkrovos elementų tipų supratimas: inžinerinio pasirinkimo vadovas

Krovinio elemento tipas nėra produkto pasirinkimas – tai inžinerinis sprendimas

Tiltų poliniuose pamatuose, tunelių atraminėse sistemose, užtvankų saugos projektuose ir giliųjų pamatų duobių monitoringe net ir vieną kartą pasirinkus netinkamą jutiklį, kaina gerokai viršija sutaupymą dėl mažesnės pirkimo kainos. Renkantis apkrovos jutiklį, svarbu ne tik „kokį prekės ženklą pirkti“, o „koks fizinis principas atitinka mano laikančiąją konstrukciją“. Šiame straipsnyje apžvelgiami devyni „Kingmach“ jutiklių gaminiai, apimantys tiek vibracinę laidą (VW), tiek diferencinio slėgio technologijas, siekiant padėti inžinieriams tiksliai suderinti įrangą pagal išmatuotus fizinius parametrus, pvz., sutelktą jėgą, paskirstytą įtempį, vandens slėgį porose ir vandens lygį, ir išvengti dažnos klaidos renkantis jutiklius, kurie tik „atrodo panašiai“.”

Greita produkto nuoroda (greitasis lokatorius)

Išmatuotas fizinis kiekis	Rekomenduojamas jutiklis	Pagrindinė technologija
Koncentruota jėga – strypo / kabelio kiaurymė	Tuščiaviduris apkrovos elementas JMZX-3XXXHAT	VW, kelių eilučių žiedinė konstrukcija
Koncentruota jėga – tiesioginis suspaudimas	Kietasis apkrovos elementas JMZX-35XXHAT	VW, kelių stygų tvirta konstrukcija
Ašinė jėga – ilgalaikis strypų / kabelių stebėjimas	Ašinis jėgos matuoklis JMZX-38XXAT	VW, deformacijos izoliacija
Ašinė jėga – statybos etapas	Klojinių ašinės jėgos matuoklis	VW, Konstrukcinis patvarus
Paskirstytas žemės slėgis	Žemės slėgio elementas JMZX-50XXAT / 51XXAT	VW, didelio ploto slėginis paviršius
Porų vandens slėgis - gilus sluoksnis	Pjezometras JMZX-55XXHAT	VW, įmontuotas tipas
Vandens lygis – laidinis stebėjimo vamzdis	Vandens lygio matuoklis JMYC-67XXAD	Slėgio skirtumas, RS485
Vandens lygis – belaidis / nuotolinis plotas	Vandens lygio matuoklis JMYC-67XXAWL	Slėgio skirtumas, 4G

Jutimo technologijos už diapazono

Dvi skirtingos jutimo technologijos apima šį platų devynių gaminių asortimentą. Vibracinės vielos (VW) technologija yra visų konstrukcinių jėgos jutiklių ir pjezometrų pagrindas. VW jutiklio viduje įtempta plieninė viela vibruoja natūraliu dažniu. Apkrovos metu supančio elastingo elemento deformacija keičia laido įtempimą, o tai keičia jo vibracijos dažnį. Šis išmatuojamas dažnio ir jėgos santykis yra matavimo pagrindas. VW technologija dominuoja geotechninės ir konstrukcinės būklės stebėjimo (SHM) programose. Jo dažniu pagrįsta išvestis išlieka visiškai atspari kabelių varžos svyravimams, drėgmės patekimui ir elektromagnetiniams trukdžiams (EMI). Šios tikslios sąlygos dažnai panaikina varžinio deformacinio matuoklio jutiklius palaidotuose, panardintuose ir ilgalaikiuose lauko įrenginiuose.

Antroji šeima naudoja diferencinio slėgio jutimo technologiją. Slėgiui jautri diafragma nukrypsta veikiant hidrostatiniam skysčio slėgiui. Integruotas procesorius ir 16 bitų AD keitiklis paverčia šį fizinį įlinkį į skaitmeninę vandens lygio vertę. Ši technologija idealiai tinka atviro vandens lygio stebėjimui. Vėdinamas kabelis pašalina atmosferos trukdžius, todėl jutiklis veikia tiksliai esant barometriniams pokyčiams. Šie jutikliai išveda 4G belaidžius arba RS485 skaitmeninius signalus neprižiūrimoms nuotolinėms stotims ir pasiekia milimetro lygio skiriamąją gebą vandens lygio vamzdeliuose. Vibruojantys vieliniai pjezometrai paprasčiausiai nėra sukurti taip, kad atitiktų šiuos konkrečius veikimo atvirame vandenyje reikalavimus. Galiausiai pagrindinę technologiją sudaro platforma, tačiau specifinė projekto jėgos konfigūracija lemia tikslų reikalingą produkto tipą.

1 tipas – kietosios apkrovos elementas: struktūrinis suspaudimo įdėklas

Kietasis apkrovos elementas tiesiogiai neša konstrukcinę apkrovą, o ne tik ją jaučia.

Pakrovimo kelias: Jėga patenka į viršutinį jutiklio guolio paviršių. Tada jėga juda per visą kieto elastingo plieno korpuso skerspjūvio plotą. Galiausiai jėga išeina per apatinį guolio paviršių.

Programos: Inžinieriai naudoja šį tipą tilto atramos guolių sėdynės stebėjimui ir polių apkrovos bandymams. Atliekant polių bandymą, visa bandymo apkrova visiškai praeina per ląstelės korpusą. Jis taip pat tarnauja hidraulinio kėliklio jėgos patikrinimui atliekant įtempimo operacijas ir laikinųjų darbų suspaudimo stebėjimą.

Pagrindinės specifikacijos: Galia svyruoja nuo 1 000 iki 10 000 kN, o griežta 0,1 kN skiriamoji geba visame diapazone. Modeliuose yra 3 eilučių konfigūracija žemesniems diapazonams ir 6 eilučių konfigūracija aukštesniems diapazonams. Darbinė temperatūra svyruoja nuo –30°C iki +80°C. Įrenginys toleruoja 300–400% vardinės talpos perkrovą. Įmontuota HAT mikroschema saugo kalibravimo koeficientus, automatiškai koreguoja temperatūrą ir išsaugo 600 matavimo įrašų. Jutiklis turi GB/T 13606-2007 sertifikatą.

Kieta riba: ši kamera pasižymi tvirtu dizainu be centrinės angos. Vartotojai negali jo montuoti ant jokio strypo ar kabelio, kuris turi praeiti per jutiklį. Bandant pritaikyti, susidaro ekscentrinė apkrova, kuri anuliuoja visus įrašytus matavimus.

2 tipas – tuščiaviduris apkrovos elementas: perforuoto strypo inkaro monitorius

Tuščiaviduris apkrovos elementas turi žiedinę konstrukciją ir tarnauja 50 metų.

Pakrovimo kelias: Jutiklis turi žiedinį arba žiedo formos korpusą su centrine anga. Strypas, varžtas arba sausgyslė praeina per šią angą niekada nesiliesdami su vidine sienele. Konstrukcinė veržlė arba inkaro plokštė laikosi tiesiai ant žiedinio paviršiaus. Žiedo korpusas tolygiai suspaudžiamas aplink savo perimetrą, o keli VW akordai vidutiniškai perduoda signalą visame žiede.

Programos: Įprasti pritaikymai apima iš anksto įtempto inkaro ir uolienų varžtų stebėjimą. Jis efektyviai matuoja kabelio jėgą tiltuose ir atraminėse sienose. Inžinieriai ja pasitiki užtvankų ir hidroelektrinių inkaro jėgos stebėjimui. Jis idealiai tinka esamų konstrukcijų modernizavimui, nes nereikia išardyti konstrukcijos elemento.

Pagrindinės specifikacijos: Standartiniai pajėgumai svyruoja nuo 500 iki 8 000 kN, nors ir toliau galimi pasirinktiniai modeliai. Jame naudojama matavimo konfigūracija nuo 3 iki 6 akordų. Suprojektuotas tarnavimo laikas yra 50 metų. Šis ilgaamžiškumas priklauso nuo kelių pakopų stabiliai apdoroto elastingo plieno korpuso, ypač didelio stiprumo VW laidų ir tarptautinio standarto inkaro suvirinimo. Įmontuotas HAT lustas aktyviai išsaugo 800 matavimo įrašų. Jis turi dvigubą sertifikatą pagal GB/T 13606-2007 ir DL/T 269-2022. Pastarasis yra hidrotechnikos standartas, kuris yra griežtai privalomas užtvankų ir hidroenergijos projektų atitikčiai.

Kieta riba: Žiedinei geometrijai reikalingas tinkamo dydžio skersinis strypas. Įdėjus tuščiavidurį elementą į plokščią suspaudimo krūvą be perėjimo elemento, susidaro nevienodas įtempių laukas ir gaunami labai nepatikimi rodmenys.

4. 3 tipas – ašinės jėgos apkrovos matuoklis: kabelio ir statramsčio jėgos matavimas laikui bėgant

Ašinis jėgos matuoklis užima atskirą matavimo nišą tarp kietų ir tuščiavidurių elementų.

Pakrovimo kelias: Jutiklis tiesiogiai pritvirtinamas prie pailgos konstrukcijos elemento arba suspaudžiamas aplink jį. Jis aktyviai matuoja ašinės jėgos komponentą išilgai pagrindinės elemento ašies. Konstrukcija sąmoningai izoliuoja ašinę jėgą nuo bet kokio lenkimo momento. Standartinis suspaudimo elementas negali užtikrinti šios kritinės izoliacijos galimybės.

Programos: Tai užtikrina ilgalaikį trosinių tiltų, pakabinamų tiltų ir pažangių šlaitų stabilizavimo sistemų kabelių jėgos stebėjimą. Jis stebi atramos ir surišimo jėgą atraminėse sienose ir giliuose iškasuose. Jis taip pat aptinka priešįtempių atsipalaidavimą ir apkrovos perskirstymą kabeliais laikomose konstrukcijose per jų eksploatavimo laiką.

Pagrindinės specifikacijos: Jutiklis naudoja vibruojančio laido jutiklį, suporuotą su integruotu HAT išmaniuoju lustu. Pirkėjai gali rinktis įprastą VW išvestį arba išmaniojo RS485 skaitmeninio išėjimo variantus. Pasirinkimas tiesiog priklauso nuo kabelio ilgio ir nuo to, ar svetainėje naudojamas automatinis duomenų rinkimas.

Kodėl šis tipas yra svarbus: Konstrukcijose, laikomose kabeliu, laipsniškas apkrovos perskirstymas, atsirandantis dėl kabelio nuovargio arba inkaro nusidėvėjimo, lieka nepastebimas atliekant įprastinę vizualinę apžiūrą. Ašinės jėgos matuoklis generuoja kiekybinius tendencijų duomenis. Šie duomenys tiksliai nurodo inžinieriams, kada kabelis priartėja prie pakeitimo slenksčio, praėjus metams iki matomo konstrukcijos defekto atsiradimo.

5. 4 tipas – išmanusis klojinių ašinės jėgos matuoklis: konstrukcijos fazės apkrovos sauga

Išmanusis klojinių ašinės jėgos matuoklis tarnauja visiškai kitokiam projekto etapui ir vartotojo profiliui.

Pakrovimo kelias: Jame naudojamas identiškas ašinės jėgos matavimo principas kaip ir JMZX-38 modelyje. Tačiau inžinieriai optimizavo šią versiją specialiai laikiniems klojinių rekvizitų, atramų ir padirbinių. Svetainės komandos nuolat montuoja ir pašalina jutiklį, kai statyba palaipsniui vyksta per skirtingus aukštus ar dalis.

Programos: Jis užtikrina aktyvų betoninių klojinių atramų apkrovos stebėjimą pagrindinių liejimų metu. Jis užtikrina atramos jėgos stebėjimą giliuose kasinėjimuose, esančiuose greta pažeidžiamų esamų konstrukcijų. Ji taip pat užtikrina esminį tiltų ir paaukštintų konstrukcijų netikrų darbų stebėjimą jų statybos etape.

Kodėl statybos etapo stebėjimas yra svarbus: Klojinių ir suklastotų darbų gedimai yra tarp dažniausiai pasitaikančių mirtinų konstrukcijų griūties statant pastatą priežasčių. Realaus laiko ašinės jėgos duomenys atraminiuose statramsčiuose akimirksniu nustato pavojingą apkrovos perskirstymą. Šis pavojingas perskirstymas dažnai atsiranda dėl netolygaus betono išdėstymo, gretimų sunkių kranų apkrovų arba staigaus pagrindo nusėdimo. Jutiklis šias anomalijas aptinka gerokai anksčiau, nei konstrukcija pasiekia katastrofiško gedimo slenkstį.

Pagrindinis privalumas: Gamintojas specialiai sukūrė šį jutiklį neįtikėtinai greitam montavimo ciklui ir ypač tvirtam valdymui aktyviose statybvietėse. Išmanioji HAT išvestis leidžia saugiai rodyti realiuoju laiku tiesiogiai vietoje, nereikalaujant specialios duomenų registravimo sistemos.

6. 5 tipas – žemės slėgio elementas: pasiskirstyto dirvožemio sąlyčio įtempio matavimas

Žemės slėgio elementai išsprendžia sudėtingą matavimo problemą, kurios negali išspręsti joks kitas jutiklio tipas.

Matavimo problema: Dirvožemis veikia paskirstytą kontaktinį įtampą plačiame paviršiuje, o ne kaip atskira taškinė apkrova. Įprastas apkrovos elementas, esantis viename taške, tiksliai nuskaito tik labai lokalizuotą įtempį tame taške. Šis vietinis rodmuo gali būti žymiai didesnis arba mažesnis už tikrąją vidutinę konstrukcijos apkrovą. Žemės slėgio elementas turi ypač didelį plokščią paviršių. Šis didelis paviršius efektyviai suvidurkina įtempių koncentracijas, kurias sukelia dideli dalelių dydžio kitimai, sutankinimo netolygumas ir atsitiktinis agregatas.

Du Variantai:

JMZX-50XXAT naudojamas kaip standartinis modelis. Ji aktyviai stebi atramines sienas, požemines konstrukcijas, tunelių apmušalus, pylimus ir pamatų plokštes. Jis tiksliai matuoja, kaip gruntas ar užpildo medžiaga apkrauna konstrukciją per visą stebėjimo laikotarpį.

JMZX-51XXAT naudojamas kaip didelis modelis, skirtas didelės apkrovos darbams. Inžinieriai taiko šį modelį pagrindinėse užtvankų pylimo vietose, didelio skersmens kesonuose ir labai apkrautose konstrukcijų užpildymo zonose. Šiose ekstremaliose aplinkose standartinis ląstelės paviršiaus plotas žymiai nepakankamai atspindėtų tikrąjį įtempių pasiskirstymą gylyje.

Išmanusis bankomato priesagos variantas: Šiame variante yra integruota HAT mikroschema, skirta visiškai automatizuotai temperatūros korekcijai ir patikimam skaitmeniniam išėjimui. Ši technologija išlieka labai svarbi giliai palaidotoms ląstelėms, kurioms reikia ilgų kabelių. Tai taip pat labai svarbu tose vietose, kuriose yra didelis EMI dėl sunkių vandens šalinimo siurblių arba aktyvios kasimo įrangos.

Svarbi diegimo pastaba: Technikai turi aiškiai nukreipti ląstelės paviršių statmenai pagrindinei pagrindinei įtempių krypčiai. Netinkamu kampu sumontuotas elementas matuoja nereikšmingą įtempių komponentą, o ne specifinį įtempį, kurį dizaineris ketino stebėti. Ši klaida išlieka viena iš labiausiai paplitusių žemės slėgio elementų netinkamo taikymo klaidų šioje srityje.

7. 6 tipai. Skysčio slėgio stebėjimas: pjezometras ir vandens lygio matuokliai

Vanduo ir porų slėgis veikia kaip fizinės jėgos ploto vienetui. Jų matavimas iš esmės yra apkrovos elementų matavimas, taikomas tiesiai į skystą terpę. Šis procesas remiasi tuo pačiu fiziniu principu, bet naudoja skirtingą elastingą elementą ir skirtingą jutimo geometriją.

A potipis – išmanusis vibracinis vielos pjezometras (JMZX-55XXHAT): Šis prietaisas matuoja porų vandens slėgį ir dinamišką požeminio vandens slėgį gręžiniuose ir stovuose, naudodamas patikrintą VW jutiklį. Inžinieriai jį suprojektuoja taip, kad būtų galima montuoti nuolat giliai geotechniniuose dariniuose, pvz., užtvankų pamatuose, pylimo aikštelėse, šlaituose ir tunelio invertuose. Jame yra integruota HAT mikroschema su automatiniu temperatūros kompensavimu ir RS485 skaitmenine išvestimi. Tai yra absoliutus pirminis pasirinkimas, kai komandos palaidos arba glaistys jutiklį visam laikui, kad būtų galima stebėti metus ar net dešimtmečius. Didėjantis porų slėgis dažnai veikia kaip anksčiausiai išmatuojamas katastrofiško šlaito nestabilumo arba užtvankos pamato gedimo pirmtakas. Šis kritinis įspėjimas pasirodo duomenims likus kelioms dienoms ar savaitėms iki bet kokios matomos paviršiaus deformacijos.

B potipis – plataus diapazono išmanusis diferencinio slėgio vandens lygio matuoklis (JMYC-67XXAD): Šis labai specializuotas jutiklis matuoja gilų prasiskverbimo slėgį ir tikslų vandens lygį. Komandos jį montuoja į iš anksto sumontuotus pjezometro vamzdžius, slėgio mažinimo vamzdžių išleidimo angas ir minkštų pamatų gręžinius. Jame naudojama pažangi diferencinio slėgio technologija, suporuota su ventiliuojamu kabeliu. Kompaktiški φ24 mm × 71,5 mm matmenys užtikrina, kad jis yra pakankamai mažas, kad jį būtų galima sklandžiai nuleisti į bet kurį standartinį stebėjimo vamzdelį. Jis užtikrina išskirtinę 0,1 mm skiriamąją gebą ir 0,2 % FS tikslumą. Jis veikia su RS485 skaitmenine išvestimi (DC 9-24V) ir veikia temperatūros diapazone nuo –20°C iki +80°C. Inžinieriai pasirenka šį modelį, kai instaliacijai griežtai reikalinga mažesnė nei milimetrų vandens lygio skiriamoji geba vamzdyje, o vietoje jau yra laidinis maitinimas kartu su RS485 duomenų infrastruktūra.

C potipis – integruotas plataus diapazono diferencinio slėgio vandens lygio matuoklis su 4G (JMYC-67XXAWL): Šis modelis yra geriausias autonominio lauko diegimo variantas. Jis sklandžiai integruoja 4G belaidį DTU, didelės talpos 3,6 V/38 Ah neįkraunamą ličio bateriją ir specialią mobiliosios programėlės ekraną į itin kompaktišką 85 mm × 85 mm × 106 mm įrenginį. Jis užtikrina patikimą 1 mm skiriamąją gebą ir griežtą ±0,1 % FS tikslumą. Jis turi oficialų GB/T 11828.2-2022 standartų sertifikatą. Baterijos veikimo laikas agresyviai svyruoja nuo 5 mėnesių greitais 20 minučių intervalais iki gerokai daugiau nei 3 metų 6 valandų intervalais. Tai puikus pasirinkimas neprižiūrimoms hidrologinio stebėjimo stotims, nuotoliniam rezervuarų stebėjimui ir dideliems paviršinio / požeminio vandens stebėjimo tinklams, kur tradicinė elektros energijos tiekimo ir kabelių infrastruktūra lieka visiškai nepasiekiama.

Produktų pasirinkimo sprendimų lentelė

Vykdant pagrindines užtvankų saugos programas, inžinierių komandos vienu metu reguliariai diegia visus tris skysčių slėgio tipus. Jie įdeda VW pjezometrus giliai į pamatų glaistymo užuolaidą. Jie patikimai montuoja RS485 vandens lygio matuoklius apžiūros galerijos pjezometro vamzdžių viduje. Galiausiai jie tiksliai nustato 4G vandens lygio matuoklius ant paviršiaus rezervuaro matuoklio stočių. Kiekvienas atskiras jutiklis aptarnauja labai specifinį matavimo tašką tame pačiame išsamiame saugos stebėjimo tinkle.

8. Įprasta prieš išmaniąją SKRYBĘ: kiekvieno tipo sprendimas

Kiekvienas anksčiau minėtas VW tipo modelis yra tiek įprastų, tiek pažangių išmaniųjų HAT variantų.

Įprasta VW išvestis sukuria neapdoroto dažnio signalą. Šiam neapdorotam signalui absoliučiai reikia išorinio nuskaitymo įrenginio arba tam skirto duomenų kaupiklio, kad būtų galima kruopščiai konvertuoti dažnį į tinkamus inžinerinius vienetus. Jis siūlo mažiausią pradinę vieneto kainą ir gali pasigirti per kelis dešimtmečius įrodytu patikimumu. Tai tinkamas pasirinkimas mažiems jutiklių skaičiams, trumpiems kabelių atkarpoms ir senesnėms svetainėms, kuriose jau yra VW nuskaitymo infrastruktūra.

„Smart HAT“ išvestis naudoja integruotą lustą, kuris vartotojui pateikia visiškai sukalibruotas RS485 skaitmenines vertes. Tai pašalina bet kokį tarpinio signalo kondicionavimo poreikį. Temperatūros kompensavimas vyksta automatiškai. Įmontuota saugykla veiksmingai saugo svarbius duomenis, jei nutrūksta arba nutrūksta pagrindinio registratoriaus ryšys. Tai tinkamas pasirinkimas didelėms jutiklių matricoms, kuriose yra daugiau nei 20 prietaisų. Kaip pavyzdį imant projektą su 50 jutiklių per 10 metų, Smart HAT sprendimas, palyginti su tradicine atskira sistema, gali sutaupyti maždaug 30–40 % kabelių ir duomenų kaupimo kanalų, apie 50 % sumažinti priežiūros ir kelionės išlaidas bei 20–25 % sumažinti bendras gyvavimo ciklo sąnaudas. Tai būtina ilgiems kabelių skaitikliams, kai statybų aikštelės ilgis viršija 100 metrų. pabloginti standartinius analoginius VW signalus.

JMYC serijos diferencinio slėgio vandens lygio matuokliai iš prigimties yra protingi. Šioms specializuotoms priemonėms nėra įprasto varianto. JMYC-67XXAD išveda standartinį RS485 laidinėms automatizuotoms sistemoms. JMYC-67XXAWL išveda patikimą 4G ryšį, kad būtų galima naudoti visiškai belaidžiu būdu be priežiūros. Pasirinkimas tarp jų griežtai priklauso nuo svetainės infrastruktūros, o ne nuo pagrindinių jutiklių galimybių.

Nors išmanieji jutikliai kainuoja daugiau už vienetą iš anksto, jie drastiškai sumažina bendras nuosavybės išlaidas. Jie sumažina būtinų duomenų kaupiklio kanalų skaičių, supaprastina sudėtingus laidus ir agresyviai sumažina priežiūros apsilankymų dažnumą. Standartinėje 50 jutiklių užtvankos stebėjimo sistemoje ilgalaikio gyvavimo ciklo sąnaudų taupymas per 10 metų programą paprastai viršija pradinę išankstinę įmoką labai didele marža.

Tinkamą tipą apibrėžia jėga, o ne katalogas

Kiekvienas iš devynių skirtingų šio plataus asortimento gaminių egzistuoja, nes realiuose inžineriniuose projektuose egzistuoja labai specifinė jėgos konfigūracija. Tinkamas tipas niekada nėra paprastas produkto pasirinkimas; tai išlieka absoliučia geometrine būtinybe. Rimtos struktūrinės stebėsenos programos vienu metu reguliariai diegia nuo trijų iki penkių skirtingų tipų. Išsamus konstrukcijos saugos vaizdas iš esmės reikalauja kelių matavimo parametrų, o ne tik kelių pasikartojančių to paties tipo jutiklių.

Ar jau nustatėte savo laikančiosios konstrukcijos tipą?

[ Peržiūrėkite kietąsias / tuščiavidures apkrovos elementus ] · [ Peržiūrėkite ašinių apkrovos elementų seriją ] · [ Peržiūrėkite žemės slėgio / pjezometrų seriją ] · [ Peržiūrėkite vandens lygio stebėjimo sistemas ] · [ Susisiekite su Kingmach techniniu konsultantu → ]

DUK

---

Susiję skaitymai: Tvirtas ir tuščiaviduris apkrovos elementas: išsamus inžinerinio pasirinkimo vadovas (jėgos keliai ir tipiškos taikymas bei sertifikavimo reikalavimai)