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

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для регулярного контроля за осадками и деформациям инженерных сооружений фундаментов технологического оборудования, а также точек земной поверх ности или подземной выработки в усло виях, опасных для обслуживающего персонала (радиационная опасность, действие сильных электромагнитных полей, загозованность и т.д.) с дис танционным отсчетом показаний. Известны гидронивелиры, в которых измерения уровня производятся либо по отсчетным устройствам, расположенным в каждом сообщающемся сосуде tl 3, либо по отсчетному устройст ву одного сосуда, установленного на репере, и сигнальным устройствам (электродам), расположенным в контр лируемых сосудах С2. Недостатками указанных гидрониве ров являются сложность их конструкц содержащих перемещающиеся штоки, пр водимые в действие электродвигателями и.эксцентриковыми кулачками, а также низкая производительность изм рения превышений, особенно при боль шом числе контролируемых точек, что затрудняет автоматизацию процес измерений. Наиболее близким по технической ности и достигаемому результату к предлагаемому является гидродинамический нивелир, содержащий сообщающи ся сосуды с расположенными в них электродами уровня жидкости, устрой ство для изменения уровня жидкости в сосудах и блок обработки информации Сз . В известном устройстве в процессе непрерывного подъема жидкости во всех сосудах гидронивелира измерение (отсчет) уровня в том или ином сосуд производят по общему измерительному сосуду (уравнительному баку) с момента начала движения в системе до момента контакта ее с неподвижным осевьм верхним контактным электродом того или иного сосуда. Конструкция этого устройства несколько проще, однако для протяженных трасс нивелирования (100 м и более) время одного цикла измерения может увеличиваться из-за увеличения времени, необходимого для стабилизации процес са движения жидкости при поднятии Уравнительного бака, и времени, необходимого для восстановления рав6жидкости в системе после вознивесияврап1ения уравнительного бака в исходное положение. Так, например, время одного цикла измерения для гидронивелира СГДН-10 ДМ может доходить до 116 мин, а для гидронивелира СГДН-10 ДМ/05 до 348 мин при максимальном диапазоне пиевьшений между наблюдаемыми точками соответственно 100 и 300 мм, вследствие чего понижается общая производительность измерений. Длительное время одного цикла измерений сокращает общий ресурс циклов измерений гидронивелира в условиях, где нет стационарной электросети (например, при научных наблюдениях за деформациями земной коры конусов потухших вулканов) и питание осуществляется от аккумуляторных батарей, что вызывает известные неудобства при его эксплуатации (частная смена аккумуляторных батарей). Цель изобретения - повьшение производительности труда, путем уменьшения времени цикла измерений. Поставленная цель достигается тем, что в гидродинамическом нивелире, содержащем сообщающиеся сосуды с электродами регистров уровня жидкости и уравнительный бак с жидкостью, диаметр днища которого выбран из ус ловия обеспечения требуемой точности, уравнительный бак выполнен двухступенчатым с диаметром верхней ступени в 1,2-1,5 раза больше диаметра нижней ступени. Емкость нижней ступени выбрана из условия обеспечения изменения уров ня жидкости в сообщаю:ащхся сосудах в максимальном диапазоне, соответствующем максимальному разбросу в положении контролируемых точек. На фиг, 1 приведена принципиальная схема гидродинамического нивелира; на фиг. 2 - график, описывающий закономерность изменения скорости движения жидкости в i -м участке соединяющего трубопровода. Гидронивелир содержит необходимое число h сосудов-датчиков 1, при помощи которых осуществляется контроль за вертикальными смещениями контрольных точек исследуемого обьекта. В каждом датчике имеется сигнализатор уровня жидкости - игольчатый электрод 2, соединенный электрически с блоком 3 управления и регистрации, в котором имеется п счетчиков для регистрации количества импульсов и пульт управления подъемным механизмом 4. На подъемном механизме жестко установлен двухступенчатый уравнительный бак 5, Все датчики сообщаются между собо и питающим двухступенчатым баком при помощи прозрачного трубопровода (по разомкнутой или замкнутой в виде кол ца схеме) и заполняются жидкостью до некоторого исходного уровня. Гидродинамический нивелир работает следующим образом. При включении подъе1 ного механизма 4 равномерно поднимается двухступенчатый уравнительньй бак 5, при этом изменяется уровень жидкости в верхней ступени и начинается движение жидкости в соединяющих учас ках трубопровода, вследствие чего поднимается уровень жидкости в датчи ках. В момент касания уровня жидкости с острием электрода в каком-нибуд датчике прекращается счет импульсов в соответствующем счетчике блока 3 управления и регистрации. Положение электродов в датчиках корректируется при наладке нивелира путем их установки на такой высоте, чтобы контакт с жидкостью происходил после того, как скорость движения жидкости стабилизируется. Скорости жидкости в i -м участке, трубопровода при стабильном режиме движения определяются по формулам cr () ; , Ч ct, F,.4 nf LL.. , Uj,2 - стационарные скорости поднятия уровня жидкости 45 в датчиках, когда питание осуществляется срответственно из верхней или .нижней ступени бака; п - количество датчиков, .50 входящих в нивелир; f - площадь свободной поверхности жидкости в датчике;. U) - площадь сечения трубопровода;55F - площадь свободной поверхности жидкости в верхней ступени бака; площадь сечения днища нижней ступени бака; скорость поднятия уравнительного бака; скорость движения жидкости в i-м участке тру бопровода. Из теории гидродинамического нивелирования известно, что 5фавнение неразрывности для уравнительного бака в случае питания из верхней ступени следующее: -,, jujL dT F, - высота уровня жидкости в сосуде, отсчитываемая от поверхности сравнения. Жидкость в верхней ступени бака заполняется на такую высоту, чтобы в момент времени tx, (опорожнения первой ступени) скорость движения жидкости в начальном участке трубопровода приближалась к постоянной скорости в этом же участке Y (0,95-0,97) Vpi-j,. соответствующей площади л определяемой по формуле UF Если Потребовать, чтобы скорость поднятия уровня жидкости в уравнитель ном баке и скорость движения жидкости в первом участке трубопровода отли чались от соответч.твующих постоянных скоростей на ( у 3-5%), т.е. dz/ У .., ,, f 1100 , ТО из уравнений неразрывности получим формулу для определения соотношения площадей F -1- -ТОО PZ - F. 100 nf в известных гидродинамических нивелирах {СГДН-10 ДМ, СГДН-10 ДМ/05) соотношение площадей находится в пре 2.,. делах ;-- 10-12. При таком соотношении площадей и при у 3-5% для соотношения диаметров верхней и нижней ступеней уравнительного получаются значения -з 1,2-1,5. D2 Закономерность изменения скорости движения жидкости во времени в i-м участке показана на фиг. 2. Кривая Оас соответствует случаю, когда бак имеет форму цилиндра с площадью зеркала жидкости в нем F , равной площади верхней ступени, а кривая Ob - когда площадь р2 рав на площади нижней ступени двухступенчатого бака. При двухступенчатом же баке закономерность изменения скорости движения жидкости изображена кривой ОаЪ. В случае двухступенчатого уравнительного бака в момент опорожнения верхней ступени t в i -м участ ке скорость движения жидкости будет VI V| (0,95-0,97) Vi,|. В случае ступенчатого бака, т.е. при цилиндрическом баке с площадью 2 та же скорость получается в момрнт времени 2( ® зависимости от соотношения площадей получится 5-10. В i-M участке гидродинамическог нивелира при двухступенчатом уравнительном баке любая скорость дости гается раньше на величину i -iy-t чем та же скорость при обычном цилиндрическом баке. На такую же величину будут отличаться и соответствующие значения времени стабилизации. Аналогичное явление получится при опускании бака в исходное положение. Таким образом, изобретение позволяет сократить время, необходимое для проведения одного цикла измерения на величину 2iSt, что составляет примерно 15-20 мин. Использование предлг1гаемого .гидродинамического нивелира обеспечивает по сравнению с известными уменьшение времени цикла измерений; снижение энергопотребления, что очень важно при работе в местах, где нет стационарной электрической сети, и увеличение общего ресурса циклов измерений, когда электропитание прибора осуществляется от аккумуляторных батарей.

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ НИВЕЛИР, содержащий сообщающиеся сосуды с электродами регистраторов уровня жидкости и уравнительный бак с жидкостью, диаметр днища которого выбран из условия обеспечения требуемой точности, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени цикла измерений, уравнительный бак выполнен двухступенчатым с диаметром верхней ступени в 1,2-1,5 раза больше диаметра нижней ступени. СЛ С эо Jiii

гл Vicmj

X