第六章 电容式静力水准仪
6.1 用途
RJ 型电容式静力水准仪是测量基础和建筑物各个测点间相对高程变化的专用精密仪器。

主要用于大型建筑物如水电站厂、坝、高层建筑物、核电站、水利枢纽工程岩体等各测点间不均匀沉陷测量。

与R 系列电容式变形仪器采用同样的采集装置构成完整的变形监测系统。

6.2 RJ 型电容式静力水准仪原理及结构
该仪器依据连通管原理的方法，用电容传感器，测量每个测点容器内液面的相对变化，再通过计算求得各点相对于基点的相对沉陷量。

如图6-1所示，设共布设有n 个测点，1号点为相对基准点，初始状态时各测量安装高程相对与（基准）参考高程面▽H 0间的距离则为：Y 01、Y 02……Y 0i …Y on (i 为测点代号I=0，1……n)；各测点安装高程与液面间的距离则为h 01、h 02、h 0i …h on 则有：
Y 01＋h 01＝Y 02＋h 02＝…Y 0i ＋h 0i ＝…Y on ＋h on 。

(1)
当发生不均匀沉陷后，设各测点安装高程相对于基准参考高程面▽H 0的变化量为：Δh j1、Δh j2…Δh ji …Δh jn （j 为测次代号，j=1，2，3 ……）；各测点容器内液面相对于安装高程的距离为h j1、h j2、…、h ji 、…、h jn 。

由图可得：
（Y 01＋Δh j1）+h j1＝（Y 02＋Δh j2）＋h j2＝（Y 0i ＋Δh ji ）＋h ji
＝（Y 0n ＋Δh jn ）＋h jn 。

(2) 则j 次测量i 点相对于基准点1的相对沉陷量H i1：
H i1＝Δh ji －Δh j1 。

(3) 由（2）式可得：
Δh j1－Δh ji ＝(Y 0i ＋h ji )－(Y 01＋h j1)
＝(Y 0i -Y 01)＋(h ji -h j1) 。

(4) 由（1）式可得： (Y 0i －Y 01)＝h 01－h oi 。

(5) 将（5）式代入(4)得：
任意次状
态（j ）
Y 01
初始状态（0）
图6-1、连通管测量原理示意图
H i1＝(h ji －h j1)－(h oi －h 01) 。

(6)
即只要用电容传感器测得任意时刻各测点容器内液面相对于该点安装高程的距离h ji
（含h j1及首次的h 0i ），则可求得该时刻各点相对于基准点1的相对高程差。

如把任意点g （1，2…i ，n ）做为相对基准点，将f 测次做为参考测次，则按（6）式同样可求出任意测点相对g 测点（以f 测次为基准值）的相对高程差H ig ：
H ig ＝(h ij －h ig )－(h fj －h fg ) 。

(7) 由图6-2所示，电容式静力水准仪由主体容器、连通管、电容传感器等部分组成。

当仪器主体安装墩发生高程变化时，主体容体相对于位置产生液面变化，引起装有中间极的浮子与固定在容器顶的一组电容极板间的相对位置发生变化，通过测量装置测出电容比的变化即可计算得测点的相对沉陷。

6.3 RJ 型电容式静力水准仪主要技术指标
电容式静力水准仪主要技术指标如下： 测量范围： 0~10、20、40、50mm 最小读数： ≤0.05％F.S 或0.01mm 基本误差 ： ≤0.7％F.S
环境温度： -20~60˚C ；相对湿度： ≤95％ 温度附加误差： ＜0.05%F.S/℃ 配用电缆：三芯屏蔽电缆（专用） 6.4 RJ 型电容式静力水准仪性能特点
1. 采用电容感应方式，实现了非接触测量，没有摩擦、阻力而造成的误差。

静力水准系统传递精度高。

2. 测量范围大，防潮性能好，传感器主要性能(线性、温度系数等)明显优于同类产品。

3. 结构简单，仪器安装方便。

4. 静力水准液体采用防冻液，可防冻、防霉等，提高了系统的可靠性。

6.5 RJ 型电容式静力水准仪安装、调试
仪器的安装尺寸如图6-3所示，按要求在测点预埋∅180三个均布的M8⨯40（伸出长度）螺杆。

1. 检查各测墩顶面水平及高程是否符合设
计要求。

2. 检查测墩予埋钢板及三根安装仪器螺杆
是否符合设计要求。

3. 予先用水和蒸馏水冲洗仪器主体容器及
塑料连通管。

4. 将仪器主体安装在测墩钢板上，用水准器在主体顶盖表面垂直交替放置，调节螺杆螺丝使仪器表面水平及高程满足要求。

5. 将仪器及连通管系统联接好，从未端仪器徐徐注入防冻液，排除管中所有气泡。

连
）
图6-3、静力水准仪安装示意图
通管需有槽架保护。

6. 将浮子放于主体容器内。

7. 将装有电容传感器的顶盖板装在主体容器上。

仪器及静力水准管路安装完毕后，用专用的3芯屏蔽电缆与电容传感器焊接，并进行绝缘处理(方法同垂线，引张线)。

3芯屏蔽电缆的红芯接测量模块的信号接线端口，白、黄芯接激励（桥压）接线端口。

当容器液位上升时，电容比测值应变小，否则将白、黄芯接线位置互换。

仪器主要性能已在出厂前由厂家标定给出。

现场仅在2~5mm内标定检查系统性能。

6.6 静力水准的观测和运行维护
6.6.1 静力水准的观测
由式(2)可得出i测点第j测次相对与首次基准点的相对高程变化：
H i1＝(h ij－h i0)－(h1j－h10)
Hij＝（Z ij－Z i1）×K fi－（Z1j－Z10）×K f1
式中：Z ij、Z i1为第i测点仪器的第j次和首次读数；K f i为第i测点仪器的灵敏度系数；Z1j、Z10为基准点仪器第j次和首次读数；K f1为基准点仪器的灵敏度系数。

计算结果为正，则测点相对基准点沉陷了H ij。

6.6.2 运行维护
（1）静力水准管路一般应进行保护，尤其在坝顶等外露部位应采用隔热材料进行保温，避免温度变化对观测值的影响。

（2）同样测点仪器也应进行隔热保护，同时防止泥水进入以及免遭破坏。

(3）应定期检查等接头处是否存在漏水情况。