DE1235627B - Pore water pressure transducer - Google Patents

Description

Porenwasserdruckgeber Zur Überwachung von Vorgängen im Gebirge im Zuge der Herstellung und des Betriebes von Untertageräumen und im Tiefbau sind bekanntlich die verschiedensten Messungen, so die Messung der Druck-oder Spannungszustände, aber auch die Messung des sogenannten Porenwasserdruckes erforderlich. Porenwasserdruckgeber sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. So ist insbesondere eine Ausführungsform bekannt mit in einem Gehäuse eingebauter Membran und darauf befestigten Dehnungsmeßstreifen, die an ein in das Gehäuse eingeführtes Kabel angeschlossen sind. Unterhalb der Membran befindet sich ein Aufnahmeraum für das Porenwasser oder genauer ein Porenwasserdruckaufnahmeraum.Pore water pressure transducer For monitoring processes in the mountains in The course of the production and operation of underground spaces and civil engineering are well known the most varied of measurements, such as the measurement of pressure or tension states, but also the measurement of the so-called pore water pressure is necessary. Pore water pressure transducer are known in various embodiments. Such is one embodiment in particular known with a membrane built into a housing and strain gauges attached to it, which are connected to a cable inserted into the housing. Below the membrane there is a receiving space for the pore water or, more precisely, a pore water pressure receiving space.

Dieser Aufnahmeraum ist dazu mit schräg nach unten oder radial nach außen führenden Bohrungen an die Umgebung angeschlossen. Zuweilen ist ein Filterstein der eigentlichen Membran noch vorgeordnet. Die bekannten Ausführungsformen haben den großen Nachteil, daß die genannten Bohrungen das Druckwasser bis unter die Membran führen, so daß der Innenraum des Gehäuses und der Membranraum selbst dauernd mit Wasser gefüllt sind. Dadurch sind die bekannten Porenwasserdruckgeber im Frostbereich nicht geeignet. In Gefrierschichten beispielsweise, in denen Kältewerte von 300 C und noch darunter auftreten, friert das Wasser ein und macht jede Messung unmöglich. Darüber hinaus entstehen im eigentlichen Meßraum oder unter dem Filter alsbald Ablagerungen aus dem eingetretenen Wasser heraus, die die Meßwerte beeinträchtigen. Auch arbeiten die bekannten Porenwasserdruckgeber nicht trägheitslos, da das Wasser eindringen muß. An sich kennt man in der Druckmeßtechnik sogenannte Trennvorlagen, wobei Meßeinrichtung und Meßstelle durch eine z. B. in. die Meßleitung eingefüllte Schutzflüssigkeit getrennt sind. Durch diese bekannten Maßnahmen ist jedoch die Gestaltung von Porenwasserdruckgebern der eingangs beschriebenen Art bisher nicht beeinflußt worden.For this purpose, this receiving space is inclined downwards or radially outside leading bores connected to the environment. At times there is a filter stone upstream of the actual membrane. The known embodiments have the major disadvantage that the holes mentioned the pressurized water up to under the membrane lead, so that the interior of the housing and the membrane space itself permanently Are filled with water. As a result, the well-known pore water pressure transducers are in the frost area not suitable. For example, in freezing shifts where cold values of 300 C and below occur, the water freezes and makes any measurement impossible. In addition, deposits soon form in the actual measuring room or under the filter out of the water that has entered, which will affect the measured values. Work too the well-known pore water pressure transducers are not inertial because the water penetrates got to. So-called separating templates are known per se in pressure measurement technology, with a measuring device and measuring point by a z. B. in. The measuring line filled protective liquid are separated. However, by means of these known measures, the design of pore water pressure transducers of the type described above has not yet been influenced.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Porenwasserdruckgeber zu schaffen, der von den eingangs beschriebenen Nachteilen frei ist und trägheitslos arbeitet. The invention is based on the object of a pore water pressure transducer to create that is free of the disadvantages described above and inertia is working.

Die Erfindung betrifft einen Porenwasserdruckgeber, insbesondere zur Überwachung von Vorgängen im Gebirge im Zuge der Herstellung und des Betriebes von Untertage-Bauwerken, bestehend aus einem mit vertikaler Achse einzubauenden Gehäuse mit Kabeleinführung und eingebauter Membran und darauf befestigten Dehnungsmeßstreifen, die an das eingeführte Kabel angeschlossen sind, sowie unter der Membran angeordnetem Porenwasserdruckaufnahmeraum mit vorgeschalteter Filterkammer sowie darin eingesetztem Filter, wobei im Sinne einer Trennvorlage unterhalb der Membran eine inkompressible Flüssigkeit eingefüllt ist. Die Erfindung besteht darin, daß der Porenwasserdruckaufnahmeraum über schräg aufwärts geführte Bohrungen oberhalb der Membran an die Umgebung angeschlossen ist und daß alle Hohlräume unterhalb der Membran, unterhalb des Filters sowie die schräg aufwärts führenden Bohrungen und die Poren des Filters durch die inkompressible Flüssigkeit gefüllt sind. Zweckmäßig führen die schräg aufwärts geführten Bohrungen am Außenmantel des Gehäuses in eine Ringnut, so daß sie nicht unmittelbar vom Gebirge berührt werden. The invention relates to a pore water pressure transducer, in particular for monitoring processes in the mountains in the course of production and operation of underground structures, consisting of a vertical axis to be installed Housing with cable entry and built-in membrane and strain gauges attached to it, which are connected to the inserted cable, as well as arranged under the membrane Pore water pressure recording space with an upstream filter chamber as well as an inserted one Filter, an incompressible one below the membrane in the sense of a separator Liquid is filled. The invention consists in that the pore water pressure receiving space Connected to the environment via upward sloping bores above the membrane is and that all cavities below the membrane, below the filter as well as the obliquely upward bores and the pores of the filter through the incompressible Liquid are filled. The upwardly inclined bores expediently lead on the outer casing of the housing in an annular groove so that it is not directly from the mountains be touched.

Im einzelnen läßt sich die Erfindung auf verschiedene Weise gestalten. So ist eine Ausführungsform bevorzugt, die in fertigungstechnischer Hinsicht bezüglich der Gestaltung des Gehäuses aus einem Gehäuseoberteil mit Membran, Filterkammer, von oben aufgeschraubten Deckel mit druckdichter Kab ei einführung sowie aus einem in das Gehäuseoberteil von unten eingeschraubten Gehäuseunterteil besteht, das zugleich zur Halterung des Filters eingerichtet ist. Bei dieser Ausführungsform sind die schräg aufwärts führenden Bohrungen zweckmäßig im Gehäuseoberteil angeordnet. Die Membran kann dabei als Teil des Gehäuseoberteils selbst ausgeführt sein. In detail, the invention can be designed in various ways. Thus, an embodiment is preferred which, in terms of manufacturing technology, is related to the design of the housing from an upper housing part with membrane, filter chamber, Lid screwed on from above with pressure-tight cable entry and from one The lower housing part is screwed into the upper housing part from below, which at the same time is set up to hold the filter. In this embodiment, the Bores leading upwards at an angle are expediently arranged in the upper part of the housing. the The membrane can be designed as part of the upper part of the housing itself.

Im folgenden werden der erfindungsgemäße Porenwasserdruckgeber sowie seine Funktionsweise an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. The following are the pore water pressure transducer according to the invention and its mode of operation on the basis of an illustrative embodiment Drawing explained in more detail.

Der in der Figur dargestellte Porenwasserdruckgeber besteht in seinem grundsätzlichen Aufbau aus einem mehrteiligen Gehäuse, welches mit vertikaler Achse eingebaut wird. Dieses Gehäuse besitzt eine Kabeleinführung 1 sowie eine eingebaute Membran 2 mit darauf befestigten Dehnungsmeßstreifen 3, die an das eingeführte Kabel 4 angeschlossen sind. Unterhalb der Membran befindet sich eine Filterkammer 5 mit eingesetztem Filter 6. Bei diesem Porenwasserdruckgeber ist eine ringförmige Nut 7 vorgesehen, die höher liegt als die obere, als Membran dienende Fläche des Porenwasserdruckaufnahmeraums 11. Der Mantel des Gehäuseoberteils 9 besitzt schräg nach oben führende Bohrungen 10, die durch den ganzen Mantel hindurchgehen und so die Verbindung zwischen der Außenfläche des Gehäuses und dem Porenwasserdruckaufnahmeraum 11, in dem das Filter 6 untergebracht ist, herstellen. Dieses Filter 6 hat die Aufgabe, etwa durch die Bohrungen 10 eingeschleuste Staubteilchen oder Sandkörnchen aus dem das Gehäuseoberteil 9 umgebenden Erdreich von der Membran 2, dem oberen Abschluß des Porenwasserdruckaufnahmeraums 11 fernzuhalten, so jede Verschmutzung ausschließend. Der Raum 11 wird betriebsmäßig mit Öl gefüllt, wobei darauf zu achten ist, daß das Filter 6 mit Öl gesättigt ist, so daß nachfolgendes Aufsaugen des Öles unterbunden und so die Bildung eines Hohlraumes im Raum 11 ausgeschlossen wird. The pore water pressure transmitter shown in the figure consists in his basic structure of a multi-part housing with a vertical axis is installed. This case has a Cable entry 1 and a built-in membrane 2 with strain gauges 3 attached to it, which are attached to the Introduced cables 4 are connected. There is one underneath the membrane Filter chamber 5 with inserted filter 6. This pore water pressure transmitter is a annular groove 7 is provided, which is higher than the upper, serving as a membrane Surface of the pore water pressure receiving space 11. The jacket of the upper housing part 9 has obliquely upwardly leading holes 10, which go through the whole jacket and so the connection between the outer surface of the housing and the pore water pressure receiving space 11, in which the filter 6 is housed, produce. This filter 6 has the task of about through the holes 10 smuggled dust particles or grains of sand from the the upper housing part 9 surrounding soil from the membrane 2, the upper end of the pore water pressure receiving space 11, thus excluding any contamination. The space 11 is operationally filled with oil, whereby it must be ensured that the Filter 6 is saturated with oil, so that subsequent suction of the oil is prevented and so the formation of a cavity in space 11 is excluded.

Der Erfindungsgedanke besteht nun zunächst darin, daß die Mündungen der Bohrungen 1O höher angesetzt sind als die untere Fläche der Membran 2, so daß der Raum 11 mit den Bohrungen 10 unter Zwischenschaltung des Filters 6 ein System kommunizierender Röhren bildet, der erfindungsgemäß mit der inkompressiblen Flüssigkeit, nämlich Öl, voll ausgefüllt ist. Die höhere Lage der Ringnut 7 verhindert ein Auslaufen der Ölfüllung aus dem Raum 11. Infolge der Vollfüllung des Porenwasserdruckaufnahmeraums 11 unter dem durch die größere Höhenlage der Ringnut 7 bedingten Überdruck, der einer Membranvorspannung gleichzusetzen ist, ist ein absolut trägheitsfreies Ansprechen der als Meßelemente auf der oberen Fläche der Membran 2 aufgebrachten Dehnungsmeßstreifen 3 gewährleistet. Dies ist neu und bestimmt die Erfindungshöhe. The idea of the invention is now that the mouths the holes 1O are set higher than the lower surface of the membrane 2, so that the space 11 with the bores 10 with the interposition of the filter 6 a system communicating tubes formed according to the invention with the incompressible liquid, namely oil, is fully filled. The higher position of the annular groove 7 prevents leakage the oil filling from space 11. As a result of the full filling of the pore water pressure receiving space 11 under the overpressure caused by the greater height of the annular groove 7, the equates to a diaphragm preload, is an absolutely inertia-free response the strain gauges applied as measuring elements on the upper surface of the membrane 2 3 guaranteed. This is new and determines the level of invention.

Verfahrenstechnisch wird bei der Füllung des Gebers mit Öl so vorgegangen, daß die Ringnut 7 leicht luftdurchlässig mit einem Dichtungsstreifen oder -ring abgedeckt wird, um das freie Auslaufen des Öles beim Einfüllen zu verhindern, die Art der Dichtung ist aber so zu wählen, daß sie sich bei der Füllung gleichfalls mit Öl sättigt - etwa durch Verwendung eines feinmaschigen Gewebes -, so daß keinerlei Luftblasen in der Ölfüllung vorhanden sein können. Nach dem Anlegen der Dichtung erfolgt das Einbringen der Ölfüllung in der Weise, daß nach Abnahme des Gehäuseunterteils 8 der freie Raum, der durch die eine Fläche der Membran 2 abgeschlossen ist, nach oben zeigend sehr vorsichtig mit Öl bis zum oberen Rand des Gehäuseoberteils 9 gefüllt wird, wobei durch zeitweiliges Hindurchstoßen von Drähten durch die Bohrungen 10 die Bildung von Luftbläschen innerhalb dieser Bohrungen 10 verhindert wird. Nach dieser Füllung wird das vorher mit Öl gesättigte Filter 6 eingelegt, wobei eine bestimmte Ölmenge durch Verdrändung überiließt, sodann wird das Gehäuseunterteil 8 dicht aufgeschraubt. Abschließend wird der Porenwasserdruckgeber um 1800 geschwenkt, so daß beim Anschrauben, von der Kegelspitze ausgehend, das Öl von innen nach außen gedrückt und so die Bildung eines Luftpolsters mit Sicherheit vermieden wird. In terms of process technology, the procedure for filling the sender with oil is as follows: that the annular groove 7 is slightly air-permeable with a sealing strip or ring is covered in order to prevent the oil from running out freely when filling the The type of seal is to be chosen so that it is also used in the filling saturated with oil - for example by using a fine-meshed fabric - so that no There may be air bubbles in the oil filling. After applying the seal the oil filling is introduced in such a way that after removing the lower part of the housing 8 the free space which is closed off by one surface of the membrane 2, according to pointing up, very carefully filled with oil up to the upper edge of the upper part of the housing 9 by temporarily pushing wires through the bores 10 the formation of air bubbles within these bores 10 is prevented. To this filling the previously saturated with oil filter 6 is inserted, with one overflows a certain amount of oil due to displacement, then the lower part of the housing 8 screwed on tightly. Finally, the pore water pressure transducer is swiveled around 1800, so that when screwing on, starting from the tip of the cone, the oil flows from the inside to the outside pressed and thus the formation of an air cushion is avoided with certainty.

Damit ist der Geber in Betriebsstellung und kann unmittelbar in das zu vermessende Bohrloch oder aber an eine andere zu vermessende Stelle eingebracht werden. Als Ölfüllung ist ein gutes Kälteöl vorzusehen, das die Gewähr gibt, daß infolge von Temperatureinwirkungen keine Viskositätsänderung eintritt. Das Stromkabel für die Dehnungsmeßstreifen 3 und 12 ist in der üblichen Weise zentrisch zum Mantel unter Zuhilfenahme von Stopfbuchsen 13 angeschlossen, die in einem mittels Schrauben auf dem Gehäuseoberteil 9 befestigten Deckel 14 angeordnet sind.This means that the encoder is in the operating position and can go directly to the drilled hole to be measured or at another point to be measured will. A good refrigeration oil is to be provided as the oil filling, which guarantees that no change in viscosity occurs as a result of the effects of temperature. The power cord for the strain gauges 3 and 12 is centric to the jacket in the usual way connected with the aid of glands 13, which in one by means of screws on the upper housing part 9 attached cover 14 are arranged.

Claims (4)

Patentansprüche: 1. Porenwasserdruckgeber, insbesondere zur Überwachung von Vorgängen im Gebirge im Zuge der Herstellung und des Betriebes von Untertage-Bauwerken, bestehend aus einem mit vertikaler Achse einzubauenden Gehäuse mit Kabeleinführung und eingebauter Membran und darauf befestigten Dehnungsmeßstreifen, die an das eingeführte Kabel angeschlossen sind, sowie unter der Membran angeordnetem Porenwasserdruckaufuahmeraum mit vorgeschalteter Filterkammer sowie darin eingesetztem Filter, wobei im Sinne einer Trennvorlage unterhalb der Membran eine inkompressible Flüssigkeit eingefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daßderPorew wasserdruckaufnahmeraum (all) über schräg aufwärts geführte Bohrungen (10) oberhalb der Membran (2) an die Umgebung angeschlossen ist und daß alle Hohlräume unterhalb der Membran (2), unterhalb des Filters (6) sowie die schräg aufwärts führenden Bohrungen (10) und die Poren des Filters (6) durch die inkompressible Flüssigkeit gefüllt sind. Claims: 1. Pore water pressure transducer, in particular for monitoring of processes in the mountains in the course of the production and operation of underground structures, consisting of a housing to be installed with a vertical axis with cable entry and built-in membrane and strain gauges attached to it, attached to the inserted Cables are connected, as well as arranged under the membrane Porenwasserdruckaufuahmeraum with upstream filter chamber and filter inserted therein, with in the sense an incompressible liquid is filled into a separating template below the membrane is, characterized in that the Porew water pressure receiving space (all) over oblique upwardly guided bores (10) above the membrane (2) connected to the environment is and that all cavities below the membrane (2), below the filter (6) as well as the obliquely upward bores (10) and the pores of the filter (6) filled with incompressible fluid. 2. Porenwasserdruckgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus einem Gehäuseoberteil (9) mit Membran (2), Filterkammern und von oben aufgeschraubten Deckel (14) mit druckdichter Kabeleinführung (t sowie aus einem in das Gehäuseoberteil (9) von unten eingeschraubten Gehäuseunterteil (8) besteht, das zugleich zur Halterung des Filters (6) eingerichtet ist. 2. pore water pressure transducer according to claim 1, characterized in that that the housing consists of an upper housing part (9) with membrane (2), filter chambers and Cover (14) screwed on from above with pressure-tight cable entry (t as well as from a lower housing part (8) screwed into the upper housing part (9) from below exists, which is also set up to hold the filter (6). 3. Porenwasserdruckgeber nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schräg aufwärts geführten Bohrungen (10) im Gehäuseoberteil (9) angeordnet sind. 3. pore water pressure transducer according to claims 1 and 2, characterized in that that the obliquely upwardly guided bores (10) are arranged in the upper housing part (9) are. 4. Porenwasserdruckgeber nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (2) als Teil des Gehäuseoberteils (9) ausgeführt ist. 4. pore water pressure transducer according to claims 1 to 3, characterized in that that the membrane (2) is designed as part of the upper housing part (9). In Betracht gezogene Druckschriften: »Zeitschrift des VDI«, 1940, Nr. 2, 5. 25 bis 33. Considered publications: »Zeitschrift des VDI«, 1940, No. 2, 5. 25 to 33.