储罐基础沉降测量装置
1、仪器测量原理
选定16个观测点，在其中两个观测点上紧贴罐体外壁竖直放置两根PVC硬管并加以固定；在罐体底部放置一圈PVC软管，使用16个接头将硬管和软管连接起来，形成一个连通器。根据连通器原理，每根竖管里的液面必定在同一水平面，随着时间的推移，储罐基础沉降会使罐体底部发生倾斜和翘曲，每个观测点的高度将改变，则各个观测点中的液体即将开始流动，由液柱高的一端向液柱低的一端流动，直到各容器中的液面相平时，即停止流动而静止。
经由装置测量沉降后的各测点液位为H1、H2、H3…H16，选择液位最小值，假设
H1最小。
故各点相对基础沉降量为
X2=H2-H1X3=H3-H1 …X16=H16-H1 （1-1）液位变化状态直观反应了基础沉降状态,液位上升了说明该点基础沉降了。
若16个测点X值均等于0，说明罐体均匀沉降，各点沉降量相等；若X值不等于0且各不相等，说明各点基础沉降均不同；若X值存在为0的点或者X 值存在相等的点，说明基础沉降存在相同的点。
根据压强公式P=ρgH，液柱的静压与液位成正比，各测点液柱高度改变导致压强发生变化，该装置通过特制传感器感知压强变化从而得出液位变化，最终集成实时液位曲线图，通过观察各测点液位变化即可反向推出各点储罐基础沉降量。
图1-1 仪器示意简图
2、材料及仪器安装
该装置涉及使用长1.6m、直径10cm的透明PVC硬管，长320米、直径10cm 的PVC软管，管道接头16个，其中三向接头2个、两项接头14个，压差液位传感器16个，16路智能巡检仪一个。
PVC硬管接头 PVC软管
烨立工控 WMY2012-B 直引线液位计烨立工控 YL-MD80 16路智能巡检仪
图2-1 材料及实验器材
2.1液位计种类及选择
目前常用的液位计有磁性浮子液位计、无线电波液位计、超声波液位计、电容式液位计、静压（差压）式液位计、磁致伸缩式液位计等，选择合适的液位计对于实现方便、准确的测量至关重要。
2.1.1磁性浮子液位计
根据浮力原理和磁性耦合作用研制而成。当被测容器中的液位升降时，液位计本体管中的磁性浮子也随之升降，浮子内的永久磁钢通过磁耦合传递到磁翻柱指示器，驱动红、白翻柱翻转，当液位上升时翻柱由白色转变为红色，当液位下降时翻柱由红色转变为白色，指示器的红白交界处为容器内部液位的实际高度，
从而实现液位清晰的指示。
磁性浮子液位计可以做到高密封、防泄漏，适用于高温、高压、耐腐蚀的场合。对高温、高压、有毒、有害、强腐蚀介质更显其优越性。但是，该液位计与介质直接接触，浮球密封要求要严格，不能测量粘性介质。磁性材料如退磁易导致液位计不能正常工作，翻板容易卡死，造成无法远传指示。
2.1.2无线电波液位计
无线电波液位仪，主要是为远距离的水塔、山顶水池水位监测而设计的智能仪表，它不但可监视水位的变化，同时还可以自动控制水泵的启停。本机共分三大部分，即水深传感器、发送机与接收机，发送机装设在水塔内，接收机装在控制中心，传感器投入水中，其输出电压与水深成正比，水位越高，其输出电压越大，在时序电路的控制下，将其水深信号通过发射天线传输到控制中心的接收机，接收机在程序的控制下将水位数据显示出来，并且根据设定的水位上下限值及水位报警值。但究其高昂的价位，目前无线电波液位计使用并不广泛。
2.1.3超声波液位计
超声波液位计是由微处理器控制的数字物位仪表。在测量中脉冲超声波由传感器（换能器）发出，声波经物体表面反射后被同一传感器接收，转换成电信号。并由声波的发射和接收之间的时间来计算传感器到被测物体的距离。
无机械可动部分，可靠性高，安装简单、方便，属于非接触测量，且不受液体的粘度、密度等影响。但精度比较低，测试容易有盲区。不可以测量压力容器，不能测量易挥发性介质。
2.1.4电容式液位计
采用测量电容的变化来测量液面的高低的。它是一根金属棒插入盛液容器内，金属棒作为电容的一个极，容器壁作为电容的另一极。两电极间的介质即为液体及其上面的气体。由于液体的介电常数ε1和液面上的介电常数ε2不同。所以，可通过两电极间的电容量的变化来测量液位的高低。电容液位计的灵敏度主要取决于两种介电常数的差值，而且，只有ε1和ε2的恒定才能保证液位测量准确，因被测介质具有导电性，所以金属棒电极都有绝缘层覆盖。
传感器无机械可动部分，结构简单、可靠；精确度高；检测端消耗电能小，动态响应快；维护方便，寿命长。被测介质需为导电率不低于10－3S／M的非结晶导电液体。被测液体的介电常数不稳定会引起误差。电容式液位计一般用于调节池、清水池测量。
2.1.5磁致伸缩式液位计
探棒上端电子部件产生低压电流脉冲，开始计时，产生磁场沿磁致伸缩线向下传播，浮子随着液位变化沿测量竿上下移动，浮子内有磁铁，也产生磁场，两个磁场相遇，磁致伸缩线扭曲形成扭应力波脉冲，脉冲速度已知，计算脉冲传播时间即对应液位精确变化。
2.1.6静压（差压）式液位计
由于液柱的静压与液位成正比，因此利用压力表测量基准面上液柱的静压就可测得液位。根据被测介质的密度及液体测量范围计算出压力或压差范围，再选用量程、精确度等性能合适的压力表或差压表。
普及范围广，容易校准。精度较高，一般可达到±2％～±5％，稳定性强，抗冲击、抗震动，体积小、重量轻，适用于各种液体，安装灵活、使用方便。适用范围广，一般用于开放液罐的低液位监控、井或开放水域的深度或液位测量、地下水水位测量、污水处理，给水、化工和制药工业、恒压供水系统等行业液位的测量与控制。
储罐沉降测量装置涉及的储罐尺寸较大，且本装置原理是根据P=ρgH，液柱高度变化导致压强变化，通过测量压差计算变频得出液位变化，故本装置测量仪器使用静压投入式直引线液位传感器和烨立工控YL-MD80 16路智能巡检仪。该巡检仪支持多机通讯，可选择多种通讯接口方式（如RS-232C、RS-485、RS-422等），通讯波特率300～9600bps仪表内部参数自由设定。可与各种带串行输入输出的设备（如电脑、可编程控制器、PLC等）进行通讯，配用YL系列数据采集器和基于WINDOWS'95平台的全中文WSAT工控组态软件，可方便的实现多台仪表与上位机进行联网管理，构成各种监控系统。可直接配接各型串行打印机（如TPuP微型串行打印机、LQ-300K串行打印机等），以实现各通道测量值即时打印、
各通道测量值定时打印等功能。打印单位内部任意设定，也可手动即时打印出各通道实时测量值。该仪表支持万能信号输入、全新概念的计算机数字自动调校、支持多机网络通讯且通讯波特率可任意自由设定，具有独特的全开放式用户自设定界面，测量值零点与量程范围、输出方式、各通道报警方式可自行设定，设定参数在断电时可永久保留及参数密码锁定，拥有全数字化冷端补偿及交直流开关电源供电方式，通道巡检时可任意开启或关闭不使用的通道，仪表配接打印机可定时、即时打印各通道测量值等。
图2-2 静压投入式直引线液位计传感器尺寸图
2.2试验准备
2.2.1沉降观测点的设置
宜选用不受破坏和不受扰动的点作为观测点；按规范要求在储罐基础的四周360度均分各取16个点作为基础沉降观测点，用倒红三角显著标识，便与固定传感器位置。
2.2.2试水管路的安装、敷设以及检验
水平管采用硬度较低伸缩性能较好的PVC软管，它有一定的厚度，可以提供足够的抗冲击性能，延缓管路老化，同时韧性和变形能力较高，可以适应储罐底
板倾斜、翘曲等变形。每根竖管长80cm，为了便于固定在罐体外侧同时有利于观察液面，采用硬质透明PVC管，安装好管路后，加入液体检验管路是否密闭性良好，节点处是否存在渗漏，加入的液体应满足防冻稳定，因此采用防冻液最为合适。
2.2.3管路的固定
为了避开罐体与底板之间的焊缝同时控制各测点水平位置，竖管下端固定在距离底板10cm处，竖管端口处、接管各个端口处分别用磁铁和环形铁片与罐体外壁吸附在一起。环形铁片宽5cm,环形端口处各有一段长8cm的平直段铁片，能足够承担管路和防冻液的重量。这样的固定装置便于后期仪器的拆卸和二次使用，同时装置的材料简单且使用广泛，循环利用，节约成本。
图2-3 固定件示意图
2.2.4管路保护
环境变化是不可忽视的要素，气温过高，会造成管内液体蒸发；气温过低会使管内液体凝结；雨天会使管内水位上升，等等。这些都会使测量结果严重偏离实际情况。为防止管内水分蒸发，装置需在竖管顶部加密封盖，仅留一个极小的通风孔，以通过水深传感器的电线和平衡大气压。冬季气温低，管路内的液体
如果是水，达到0℃就会凝结，甚至使管路胀裂，因此采用防冻液较为妥当。普通防冻液的冰点一般为-40℃，较好的防冻液冰点可达-60℃，足以抵抗一般地区的冰冻现象。其优良的防腐蚀和防垢性能也可以保护PVC管路长期使用，减少了仪器的后期维护和材料的更替，经济适用。
2.2.5液位传感器线路铺设
鉴于该装置长期使用，反复拆卸和安装是不可避免的，为了方便起见，该装置改装了特制传感器：传感器使用环氧树脂胶固定在接管底部，接管与液位传感器相结合，电线尾端换用意大利插槽，接管再开一小口，插槽固定在小口处并保持管路密封，最好使用胶粘剂封口，即接管外侧设置插槽，便于使外接电缆与内置传感器相连接，拆卸时仅拔下外部电缆插头即可。装置在使用时，外部线路可顺延横管一起最后与接收器连接。
图2-4 意大利插头
1—两相接管 2—水平软管 3—直引线液位计传感器 4—意大利插槽 5—意大利插头 6—外接电缆 7—使用环氧树脂胶固定
图2-5 特制传感器示意图
3、试验步骤
将每根竖管内的水加到40cm左右，读取初始值并记录，使用巡检仪中的数据采集功能和基于WINDOWS'95平台的全中文WSAT工控组态软件直接得到液位实时变化数据，各时段的沉降量可直接对比初始数据得出。