建筑结构全寿命周期内都会持续受到重力作用，产生沉降趋势。因此沉降监测成为结构健康监测系统中的主要监测内容。能够实现自动化沉降监测的静力水准仪成为了结构自动化健康监测系统中用量最多的传感器之一。静力水准仪是利用连通器原理，通过液体连通管连接各个静力水准仪，测量静力水准仪内的液体液位变化，从而计算出各测点的沉降变化值。因此，在沉降自动化监测系统中，液体的选择非常关键，但往往在使用过程中被忽略，导致数据不准确。近些年在安锐从事结构健康自动化监测传感器的研发，跑了不少工地实测产品，倍受现场数据不准的折磨，发现影响静力水准仪测量精度的因素很多，下面就静力水准仪的液体选择及相关操作做一些阐述，希望能够帮助到刚进入这个行业的朋友们。

静力水准仪前端结构图

一、静力水准仪液体选择需要考虑的因素

1、密度

在连通器里的液体，静态时的液面保持相同的高度。这是连通管原理的描述，前提是液体的密度完全保持一致。因此在液位式的水准仪中，只要是同一种液体，对静力水准仪的液位影响可以忽略。但是对于压差式静力水准仪来说，密度对数据的准确性有较大的影响，需要考虑。

压差式静力水准仪是通过测量液体的压强来间接获取液位高度的。我们知道，对于静止的液体，液体的压强P与密度ρ、重力加速度和液位高度h有关，压强公式：P=ρgh ，因此液位高度公式为：h=P/(ρg)。对于同一个监测项目来说，重力加速度可看作常量。如果采用纯水，密度为110千克/立方米(t=4℃)。因此在选择静力水准仪时，尽量选择配套的软件中可以根据实际液体的密度对液位高度公式进行修正的产品。如果是使用纯净水，密度可近似采用1。如果使用液体，如防冻液等，液体密度可以咨询厂家。有些项目限于条件，不便于使用纯净水，只能使用现场取水的，有可能水的硬度较大，相比纯净水含有较多的矿物质，导致密度有所变化。最好是对水取样，测量出水的密度后，通过静力水准仪厂家提供的平台软件对密度进行修正。因此选择压差式静力水准仪时，最好选用能提供配套平台软件，能够对密度数据进行输入调整的，如安锐测控云平台、安信云平台等。

2、腐蚀性

测量结构沉降的静力水准系统是由液体、气体及电缆连接多个静力水准仪组成的精密测量系统，需要长期使用，对工作环境要求较高。特别是对工作介质的水，具有一定的要求。水中的矿物质会影响水的酸碱度。酸碱度描述的是水溶液的酸碱性强弱程度，用pH来表示。热力学标准状况时，pH=7的水溶液呈中性，pH<7者显酸性，pH>7者显碱性。根据在安锐多年工作的现场经验，发现静力水准仪测量系统的水的PH值如果偏离7，具有腐蚀性，长期使用时，会对系统有以下危害：

（1）管道中容易结晶、结垢，导致液体管道管径变窄，影响流动性，导致压力的传导滞后，特别是在测量频率较高时，有可能导致测量的数据出现误差。

（2）腐蚀管道的接头、金属构件；

（3）对塑胶管道具有腐蚀作用，长期使用时，可能会导致塑胶管道的龟裂、破损、漏液等。

（4）对静力水准仪的内部结构造成腐蚀：很多静力水准仪使用来平衡气压的气体管路与静力水准仪内部的电路系统是联通的。虽然使用了三防漆做了防水处理。但具有腐蚀性的水，在系统灌水时，容易通过储液罐上的气体管路进入静力水准仪内，长期工作时，会导致电路系统的故障。因此建议使用气路和管路相互隔绝分离的静力水准仪。

3、粘滞性

静力水准仪测量时，必须保证液位的静止。因此需要选择粘滞系数比较小的液体，使沉降导致的液位变化能够较快的通过液体的流动来反映出来。

4、温度传导性

当温度变化时，会导致液体的密度产生变化。如果温度的变化不能很快得到传导，那么将导致液体管路系统中产生温度梯度，进而产生液体密度梯度，进而影响测量数据的精度，因此需要尽量使用热传导性能良好的液体。同时对液体管路进行保温隔热处理，避免太阳暴晒等天气原因导致管路系统各部分的温差过大。

5、可视化

液体长期使用时，会有一定的蒸发及气泡的产生，需要定期检视处理。与环境对比度较高的液体颜色，有利于提高检视效果。因此建议使用带颜色的防冻液，或者在纯净水中加入水溶性染色剂。液体鲜艳的颜色，赏心悦目的同时，也醒目的提醒工地现场人员注意，避免被疏忽破坏。

6、抗微生物

根据现场经验，纯净水在使用1个月左右即有较多的微生物产生，如比较明显的藻类、水草类。这些微生物会导致管路堵塞，影响系统的使用效果。建议在水中添加一定的抗菌抑制剂。

7、起泡性

静力水准仪监测系统中的气泡在温度变化时，相比液体的体积变化巨大，会导致液位误差，因此需要尽量避免气泡的产生。有些项目液体管路较长，充液的时间较长，有人使用给液体加压力的方式进行充液，以缩小充液时间。但气体在较高的压力下容易溶解在水中，当压力减小时，会逐渐析出，导致气泡的产生。减小气泡可使用减小液体表面张力的活化剂，效果显著。表面张力活化剂在食品、环保行业用途广泛，价格低廉。只需要使用极少量即可。在安锐科技工作时，使用的是食品行业的消泡剂。

（管内气泡）

总结：

1、在静力水准仪液体选择方面，主要选择纯净水，若无条件也可用静置后的自来水代替，主要是为了避免杂质、异物进入传感器和通液管，且水的比热容较大，又是现实中比较常见容易获取的液体，所以在液体选择上可以优先考虑纯净水。

2、考虑到低温环境因素，液体还可以选择防冻液，或是以1：1比例与水混合，主要防止低温情况下液体冻结而导致传感器、通液管冻胀而损坏。在防冻液选择方面，可以选择含有乙二醇成分的防冻液，该成分最显著的特点是防冻，其次是它的热稳定性，具有高沸点特性，受温度变化影响小，所以在沉降监测过程中状态更稳定，而且防冻液大多具有颜色，可清晰看见透明PU管内液体流动状态，同时又具备防腐杀菌功效，获取相对简单成本也不高，因此，防冻液也可以作为沉降自动化监测系统液体选择方案之一。

3、可以使用消泡剂来减少气泡的产生。

二、静力水准仪液体用量

在一套沉降自动化监测系统中，为了避免不必要的浪费，又要满足整套自动化监测系统液体需要的同时，前期需准备多少液体呢？

不管是“液位式静力水准仪”的还是“压差式静力水准仪”液体的用量都需根据整个静力水准系统实际衡量，例如压差式静力水准仪需根据储液罐的容量、通液管的长度等因素来估算液体的体积，

但在加液过程中会有通液、排气等操作，因此在前期准备液体时需考虑到通液以及排气等操作所需要的液体，所以建议多准备1/3左右的液体（根据实际情况出发），为了避免浪费，也可以将排除的液体用干净的容器收集起来循环利用

三、静力水准仪监测系统充液

在加液之前需将各个静力水准仪通过连通管串联起来，管线铺设时，应避免打折、弯曲和划伤，且确保各仪器之间的接头连接完好，尽量避免液体晃动，以免产生气泡。

灌液时，要注意水压的高低平衡，先将静力水准系统首尾两端测点仪器的气口打开，将其形成高低差，然后由储液罐的上端口缓慢不间断地充入液体，同时观察液管内是否有气泡产生，如果发现气泡要及时排除，当液体充满液管且液管内的气泡排完后先把末端的水管接头堵住，直到储液罐内的水位到达1/2高度时停止充液。

加液过程中，需要注意观察静力水准仪管路的通液情况，同时安排一人在通液管末端查看排液进度，并保证能够正常通讯及时沟通。

人工倒入液体时，需要注意液体倒入管道的速度，避免倒入过程中管内产生大量气泡。加液前可以将第一个测点仪器的通液管捏住，防止液体下流。慢慢加入液体，直至液面接近罐体口，然后松开被捏住的液管，液体开始沿着通液管流动。此时需要持续匀速加液。

（静力水准仪系统充液示意图）

四、液压型静力水准仪排气

液体抵达通液管末端时，还需继续观察通液管末端排出的液体内是否含有长条状的大段气泡。必要时，可以持续加注液体，直至整个管内无气泡。

在排气过程，需要有人在各个传感器之间进行巡查，查看各点接头、三通等部位是否有气泡聚集，可以通过晃动、敲打通液管将气泡逐渐聚集，进而排除管外。

在通液管末端无气泡排出，且各个静力水准仪中间的通液管内也无气泡时，可以结束排气泡，将通液管末端封闭。

五、静力水准测量系统管路检测

加液后要认真检查，检查液管各连接头密封情况是否完好，必须保证其完全密封，查看管道是否有漏液、气泡滞留等。确定加液工作无误之后，方可以进行下一步工作内容。

（静力水准仪系统储液罐现场图）

六、系统管路保护

在确保各液管连接头密封情况完好，且管线无损伤之后，再进行管线保护措施，可以用开口的保温管包裹住所有裸露在地面的PU管，然后用警示胶带缠绕密封布于管槽内或是埋入土内，仪器盖上保护罩等措施（具体保护措施应根据项目现场环境而定），主要为了防止线路或是仪器被外在因素破坏以及对液体温度的保护。

（静力水准仪线路保护）