Гидродинамический нивелир Советский патент 1984 года по МПК G01C5/04 G01C9/22 

Изобретение относится к измери.тельной технике, в частности к устройствам для высокоточного измерения превышений и постоянного контро ля за высотным положением исследуемых точек земной поверхности, технологического оборудования и инженерных сооружений методом гидродина мического нивелирования. Известно устройство для определе ния превышения, в котором каждая пара сосудов системы и соединяющий их трубопровод установлены горизонтально, а под четным сосудом каждой пары на одной вертикали с ним расположен сосуд следующей пары, жестко с ним соединенный посредством стержня заданной длины, выполненного из материала с малым коэффициентом линейного расширения, например из инвара ll . Однако данное устройство позволя ет определять лишь общее превышение между двумя крайними точками (сосудами , причем все сосуды, в том чис ле и промежуточные, должны содержат отсчетные устройства, от которых ин формация о положении уровней жидкос ти в сосудах последовательно поступает на измерительный блок, это усложняет электрическую схему блока управления и замедляет процесс изме рения. Кроме того, для монтажа такой системы необходимы дополнительные конструктивные элементы . (стойки, тр сы с пружинными вставками и т.д.). при дистанционном съеме информации требуется также значительное количество электрических . Описанное устройство к тому лее получает ся сравнительно сложным, дорогостоя щим. Известен гидродинамический нивелир, содержащий сообщающиеся сосуды с расположенными , в них электродами уровня жидкости, устройство для изменения уровня жидкости в сосудах и блок обработки информации. В данном устройстве в процессе непрерывного подъема жидкости во всех сосудах гидронивелира и мерение (отсчет) уровня в том или ином сосуде производят по общему измерительному сосуду (уравнительному баку) с момента начала движения в системе до момента контакта ее с неподвижным осевым верхним контактным электродом того или иного сосуда 2 .. Однако диапазон измерений этого устройства невелик до 300 мм), поскольку сосуды расположены примерно в одной горизонтальной плоскости и имеют высоту 350 мм. Оно не позволяет определять высотные перемеще ния при наблюдении точек, расположе ных на разных горизонтах по вертикали по разным сечениям объекта. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является гидродинамический нивелир, содержащий две или более автономные гидродинамические системы, расположенные друг над другом и снабженные уравнительным баком, заполненным жидкостью с подъемным и отсчетным устройствами, сообщающиеся с ним сосуды и фиксаторы уровня с сигнальными линиями связи с блоком управления. В этом устройстве автономные гидродинамические системы созданы при помощи глухих перегородок в баке и сосудах, при этом каждый сосуд системы снабжен несколькими фиксаторами уровня жидкости, расположенными в не сосуда ступенчато по вертикали и закрепленными жестко на точках наблюдаемого объекта ЗГ . Однако известное устройство применимо только в том случае, когда группа точек, контролируемых одним сосудом, расположена на одной вертикали и при этом есть возможность для установки этого сосуда строго вертикально в непосредственной близости от фиксаторов уровня жидкости. Необходимость расположения контролируемых точек по одной вертикали затрудняет монтаж системы и ограничивает область ее применения. Кроме того, применение данного устройства возможно при условии обеспечения неподвижности опор, на которых установлены сосуды, что в свою очередь ограничивает область применения. . В случае, когда необходимо вести контроль за высотным положением группы точек, расположенных на горизонтах с разницей отметок более одного метра, применение такого устройства нерентабельно, так как при этом увеличивается расход дорогостоящего инварного материала на изготовление многометровых сосудов и бака, уменьшается устойчивость и увеличиваются температурные деформации сами х сосудов, вследствие чего первоначсшьная точность измерений не сохраняется. Целью изобретения является расширение диапазона измерений гидродинамического нивелира при наблюдениях за высотным положением точек с сохранением точности. Указанная цель достигается тем, что в гидродинамическом нивелире, содержащем автономные гидродинамические системы, установленные на заданных горизонтах, заполненные жидкостью, снабженные подъемными и отсчетными устройствами, уравнительными баками и сообщающимися в ними сосудами-датчиками с сигнализаторами уровня жидкости, соединенными сигнальныГШ линиями связи с блоком управления, в каждой автономной нижней системе один из сосудов-датчиков снабжен дополнительным изолированным от корпуса игольчатым сигнализатором уровня, закрепленным на плече рычага, связанного посредством натянутой с помощью груза инВарной проволоки с основанием сосуда-датчика верхней системы/

На фиг, 1 схематически изображено устройство; на фиг. 2 - принципиальная схема взаимосвязи между автономными системами гидродинамического нивелирования.

Система 1 (фиг. 1) смонтирована на уровне, удобном для выноса и закрепления- одного из датчиков на неподвижной точке (репере) 2. Все датчики системы снабжены игольчатыми электродами 3 - сигнализаторами уровня жидкости, причем в каждой системе один из датчиков, кроме основного электрода, снабжен дополнительным подвижным электродом 4. Он размещен в том датчике, который находится примерно на одной вертикали с каким-нибудь датчиком А верхней системы, установленной на другом уровне, превышающем предыдущий на несколько метров или даже десятков метров,

Все электроды связаны сигнальными линиями с общим для всех систем блоком 5 управления и обработки информации. Каждая система снабже на индивидуальным уравнительным баком б, установленным на подъемном механизме 7, оборудованным отсчетным устройством 8. Сосуды-датчики соединены между собой и уравнительным баком по разомкнутой или замкнутой (в виде кольца) схеме и частично заполненыэлектропроводяще:й жидкостью.

Для взаимосвязи систем к основанию датчика А верхней системы жестко прикреплена инварная проволока 9 необходимой длины (равной расстоянию от основания датчика до рычага и поддерживаемая в натянутом состоянии, например, с помощью подвешенного на ее конце груза 10 (груз может быть заменен пружиной),

Ннварная проволока соединяет датчик А посредством рычага 11 с дополнительным подвижным электродом 4 в датчике В нижней системы (фиг. 2). Проволока закреплена в средней части жесткого рычага 11 , на одном коце которого установлен электродсигнализатор 4. Другой конец рычага с помощью шарнира связан с датчиком В или с его опорой.

Гидродинамический нивелир работает следующим образом.

При включении блока управления и обработки информации включается подъемный механизм б (фиг. 1) , равномерно поднимая установленный на нем уравнительный бак, при этом изменяется уровень жидкости во всех датчиках соответствующей системы. В блок обработки информации с отсчетногб

0 устройства 8 поступают счетные сигналы (импульсы) до момента контакта уровня жидкости с острием электрода в том или ином датчике и регистрируются соответствующими счетчиками.

5 В процессе контроля за вертикаль-. ным положением наблюдаемых точек сравнивают показания счетчиков каждого последующего цикла измерений с нулевым (исходным)циклом.

0 При изменении положения наблюдаемых точек, например А и В (фиг. 2), количество импульсов зарегистрированных соответствуюгцими счетчиками в каком-нибудь цикле измерений не бу5 дет совпадать со значением нулевого. Используя разность показаний счетчика импульсов сигнализатора 3 соответствующих датчиков данной сис,темы при нулевом и очередном цикле

Q измерений получают величины перемещений исследуемых точек, в том числе и опоры сосуда В - Bg . Если использовать также показание счетчика дополнительного (подвижного) сигнализатора 4, получим перемещение S

острия сигнализатора 4.

Имея значение S , определим перемещение сосуда А, принадлежащего верхней системе

О)

40

где о и Ъ « отрезки, на которые делит плечо рычага точка крепления инварной проволоки.

Из выражения (1 видно, что чем больше велич1{на 5 , тем точнее определится 6 , т.е. точность измерений повышается с уменьшением соотношения а/Ъ .

Перемещения других точек верхней системы сравниваются с перемещением бл , тем самым создается связь между перемещениями точек систем,

установленных на разных отметках,

Устройство позволяет контролировать положение точек, разница высот между которыми более 1 м и может доходить до нескольких десятков метров,

При этом расширение диапазона измерений достигается просто, путем удлинения инварной проволоки, в то время как при упомянутом расположении точек применение известного устройства практически невозможно.

Указанное преимущество расширяет возможности использования устройства, так как при его монтаже условие

расположения контролируемых точек по одной вертикали не обязательно.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ НИВЕЛИР, содержащий автономные гидродинамические системы, установленные на заданных горизонтах, заполненные жидкостью, снабженные подъемными и отсчетны№1 устройствами, уравнительными 6акам11 и сообщающимися с ними сосудами-датчиками с сигнализаторами уровня жидкости, соединенныгчи сигнальными ЛИНИЯМ связи с блоком управления, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, в каждой автономной нижней системе один из сосудовдатчиков снабжен дополнительным изолированным от корпуса игольчатым сигнализатором уровня, закрепленным на плече рычага, связанного посредством натянутой с помощью груза инвар-Q ной проволоки с основанием сосуда- g датчика верхней системы. (Л J -9 гй iLj 10 77У777: