建筑結構全壽命周期內都會持續(xù)受到重力作用，產生沉降趨勢。因此沉降監(jiān)測成為結構健康監(jiān)測系統(tǒng)中的主要監(jiān)測內容。能夠實現(xiàn)自動化沉降監(jiān)測的靜力水準儀成為了結構自動化健康監(jiān)測系統(tǒng)中用量較多的傳感器之一。
靜力水準儀是利用連通器原理，通過液體連通管連接各個靜力水準儀，測量靜力水準儀內的液體液位變化，從而計算出各測點的沉降變化值。因此，在沉降自動化監(jiān)測系統(tǒng)中，液體的選擇非常關鍵，但往往在使用過程中被忽略，導致數據不準確。
近些年在安銳從事結構健康自動化監(jiān)測傳感器的研發(fā)，跑了不少工地實測產品，倍受現(xiàn)場數據不準的折磨，發(fā)現(xiàn)影響靜力水準儀測量精度的因素很多，下面就靜力水準儀的液體選擇及相關操作做一些闡述，希望能夠幫助到剛進入這個行業(yè)的朋友們。
一、靜力水準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儀中，只要是同一種液體，對靜力水準儀的液位影響可以忽略。但是對于壓差式靜力水準儀來說，密度對數據的準確性有較大的影響，需要考慮。壓差式靜力水準儀是通過測量液體的壓強來間接計算液位高度的。我們知道，對于靜止的液體，液體的壓強P與密度ρ、重力加速度和液位高度h有關，壓強公式：P=ρgh ，因此液位高度公式為：h=P/(ρg)。對于同一個監(jiān)測項目來說，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儀時，盡量選擇配套的軟件中可以根據實際液體的密度對液位高度公式進行修正的產品。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。有些項目限于條件，不便于使用純凈水，只能使用現(xiàn)場取水的，有可能水的硬度較大，相比純凈水含有較多的礦物質，導致密度有所變化。是對水取樣，測量出水的密度后，通過靜力水準儀廠家提供的平臺軟件對密度進行修正。因此選擇壓差式靜力水準儀時，選用能提供配套平臺軟件，能夠對密度數據進行輸入調整的，如安銳測控云平臺、安信云平臺等。
2、腐蝕性
測量結構沉降的靜力水準系統(tǒng)是由液體、氣體及電纜連接多個靜力水準儀組成的自動化測量系統(tǒng)，需要長期使用，對工作環(huán)境要求較高。特別是對工作介質的水，具有一定的要求。水中的礦物質會影響水的酸堿度。酸堿度描述的是水溶液的酸堿性強弱程度，用pH來表示。熱力學標準狀況時，pH=7的水溶液呈中性，pH<7者顯酸性，pH>7者顯堿性。根據在安銳多年工作的現(xiàn)場經驗，發(fā)現(xiàn)靜力水準儀測量系統(tǒng)的水的PH值如果偏離7，具有腐蝕性，長期使用時，會對系統(tǒng)有以下危：
（1）管道中容易結晶、結垢，導致液體管道管徑變窄，影響流動性，導致壓力的傳導滯后，特別是在測量頻率較高時，有可能導致測量的數據出現(xiàn)誤差。
（2）腐蝕管道的接頭、金屬構件；
（3）對塑膠管道具有腐蝕作用，長期使用時，可能會導致塑膠管道的龜裂、破損、漏液等。（4）對靜力水準儀的內部結構造成腐蝕：很多靜力水準儀使用來平衡氣壓的氣體管路與靜力水準儀內部的電路系統(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，容易通過儲液罐上的氣體管路進入靜力水準儀內，長期工作時，會導致電路系統(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儀。
3、粘滯性
靜力水準儀測量時，必須保證液位的靜止。因此需要選擇粘滯系數比較小的液體，使沉降導致的液位變化能夠較快的通過液體的流動來反映出來。
4、溫度傳導性
當溫度變化時，會導致液體的密度產生變化。如果溫度的變化不能很快得到傳導，那么將導致液體管路系統(tǒng)中產生溫度梯度，進而產生液體密度梯度，進而影響測量數據的精度，因此需要盡量使用熱傳導性能良好的液體。同時對液體管路進行保溫隔熱處理，避免太陽暴曬等天氣原因導致管路系統(tǒng)各部分的溫差過大。
5、可視化
液體長期使用時，會有一定的蒸發(fā)及氣泡的產生，需要定期檢視處理。與環(huán)境對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，也醒目的提醒工地現(xiàn)場人員注意，避免被疏忽破壞。
6、抗微生物
根據現(xiàn)場經驗，純凈水在使用1個月左右即有較多的微生物產生，如比較明顯的藻類、水草類。這些微生物會導致管路堵塞，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
靜力水準儀監(jiān)測系統(tǒng)中的氣泡在溫度變化時，相比液體的體積變化巨大，會導致液位誤差，因此需要盡量避免氣泡的產生。有些項目液體管路較長，充液的時間較長，有人使用給液體加壓力的方式進行充液，以縮小充液時間。但氣體在較高的壓力下容易溶解在水中，當壓力減小時，會逐漸析出，導致氣泡的產生。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，價格低廉。只需要使用*少量即可。在安銳科技工作時，使用的是食品行業(yè)的消泡劑。
總結：
1、在靜力水準儀液體選擇方面，主要選擇純凈水，若無條件也可用靜置后的自來水代替，主要是為了避免雜質、異物進入傳感器和通液管，且水的比熱容較大，又是現(xiàn)實中比較常見容易**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而導致傳感器、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，該成分的特點是防凍，其次是它的熱穩(wěn)定性，具有高沸點特性，受溫度變化影響小，所以在沉降監(jiān)測過程中狀態(tài)*穩(wěn)定，而且防凍液大多具有顏色，可清晰看見透明PU管內液體流動狀態(tài)，同時又具備防腐殺菌功效，**相對簡單成本也不高，因此，防凍液也可以作為沉降自動化監(jiān)測系統(tǒng)液體選擇方案之一。
3、可以使用消泡劑來減少氣泡的產生。
二、靜力水準儀液體用量
在一套沉降自動化監(jiān)測系統(tǒng)中，為了避免不必要的浪費，又要滿足整套自動化監(jiān)測系統(tǒng)液體需要的同時，前期需準備多少液體呢？不管是“液位式靜力水準儀”的還是“壓差式靜力水準儀”液體的用量都需根據整個靜力水準系統(tǒng)實際衡量，例如壓差式靜力水準儀需根據儲液罐的容量、通液管的長度等因素來估算液體的體積，但在加液過程中會有通液、排氣等操作，因此在前期準備液體時需考慮到通液以及排氣等操作所需要的液體，所以建議多準備1/3左右的液體（根據實際情況出發(fā)），為了避免浪費，也可以將排除的液體用干凈的容器收集起來循環(huán)利用。
三、靜力水準儀監(jiān)測系統(tǒng)充液
在加液之前需將各個靜力水準儀通過連通管串聯(lián)起來，管線鋪設時，應避免打折、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，以免產生氣泡。
灌液時，要注意水壓的高低平衡，先將靜力水準系統(tǒng)首尾兩端測點儀器的氣口打開，將其形成高低差，然后由儲液罐的上端口緩慢不間斷地充入液體，同時觀察液管內是否有氣泡產生，如果發(fā)現(xiàn)氣泡要及時排除，當液體充滿液管且液管內的氣泡排完后先把末端的水管接頭堵住，直到儲液罐內的水位到達1/2高度時停止充液。
加液過程中，需要注意觀察靜力水準儀管路的通液情況，同時安排一人在通液管末端查看排液進度，并保證能夠正常通訊及時溝通。
人工倒入液體時，需要注意液體倒入管道的速度，避免倒入過程中管內產生大量氣泡。加液前可以將*個測點儀器的通液管捏住，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。此時需要持續(xù)勻速加液。
四、液壓型靜力水準儀排氣：
液體抵達通液管末端時，還需繼續(xù)觀察通液管末端排出的液體內是否含有長條狀的大段氣泡。必要時，可以持續(xù)加注液體，直至整個管內無氣泡。在排氣過程，需要有人在各個傳感器之間進行巡查，查看各點接頭、三通等部位是否有氣泡聚集，可以通過晃動、敲打通液管將氣泡逐漸聚集，進而排除管外。在通液管末端無氣泡排出，且各個靜力水準儀中間的通液管內也無氣泡時，可以結束排氣泡，將通液管末端封閉。
五、靜力水準測量系統(tǒng)管路檢測：
加液后要認真檢查，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。確定加液工作無誤之后，方可以進行下一步工作內容。
六、系統(tǒng)管路保護：
在確保各液管連接頭密封情況完好，且管線無損傷之后，再進行管線保護措施，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或是埋入土內，儀器蓋上保護罩等措施（具體保護措施應根據項目現(xiàn)場環(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液體溫度的保護。
