Гидродинамический нивелир Советский патент 1985 года по МПК G01C9/22 

11702 Изобретение относится к области геодезических измерений, а именно к устройствам для определения превышений с помощью сообщающихся сосудов, наполненных однород,ной токопроводящей жидкостью, и может быть использовано для систематических измерений осадок гражданских, промышленных и специальных сооружений. Известны гидронивелиры, содержащие сообщающиеся сосуды с расположенными в них электродами регистрации уровняЮ жидкости, устройство для измерения уровня жидкости в сосудах и блок обработки информации 1. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к данному, является устройство, содержащее измерительный сосуд с токопроводящей жидкостью, сообщающиеся сосуды с электродами и подъемный механизм измерительного сосуда, причем электроды и подъемный механизм электрически соединены с пультом20 управления. В этом устройстве в процессе непрерывного подъема жидкости во всех сосудах системы измерение (отсчет уровня) в том или ином сосуде производят по общему измерительному сосуду с момента на-.,5 чала движения жидкости в системе до момента контакта ее с неподвижным осевым верхним контактным электродом того или иного сосуда 2. Недостатком устройства является то, что электроды датчиков в сильной степени под-ЗО нержены электрохимической эрозии, так как питание их осуществляется постоянным током, который не отключается и после касания электродом токопроводящей жидкости. Вс..1едствие этого электрод покрывается солевым налетом и корродирует, что ухуд-35 шает точность срабатывания и надежность контакта. Кроме того, устройство не позволяет учитывать погрещности, возникающие вследствие гидравлических потерь напора по длине трубопровода и ..наличия местных о сопротивлений в датчиках, а также изменения жидкости вследствие колебаний температуры, так как процесс измерения осуществляется только при подъеме измерительного сосуда. Цель изобретения - повышение надеж-45 ности и точности измерений за счет уменьщения коррозии электродов. Для достижения поставленной цели гидродинамический нивелир, содержащий измерительный сосуд с токопроводящей жид- костью, соединенный трубопроводом с сиетемой сообщающихся сосудов датчиков с электродами, соединенными через формирователи с соответствующими входами счетчиков регистратора, источник питания датчиков, подъемный механизм измерительного55 сосуда с кодовым устройством, выход которого через дополнительный формирователь соединен с входом счетчиков регистратора. 32 снабжен блоком логики, коммутатором и генератором, а в каждый датчик введен управляемый ключ, выход которого подключен к электроду датчика, вход - к источнику питания датчиков, а управляющий вход ключа соединен с соответствующим выходом коммутатора, к первому входу которого подключен выход генератора, а к второму входу - выход блока логики, подключенного входом к выходу счетчиков регистратора. В момент включения на измерение подъемный механизм поднимает измерительный сосуд, а после срабатывания всех датчиков автоматически переводит работу подъемного механизма на опускание измерительного сосуда до достижения крайнего нижнего положения. Питание датчика системы отключают в момент его замыкания при подъеме измерительного сосуда, а при опускании питание датчика осуществляют кратковременными импульсами, На фиг. 1 представлена схема устрой ства; на фиг. 2 - построение электронных блоков; на фиг. 3 - диаграммы, Устройство состоит из п идентичных каналов, каждый из которых содержит формирователь 1, датчик 2, управляемый ключ 3, источник питания датчиков 4, генератор 5, коммутатор 6, блок логики 7, счетчики регистратора 8, дополнительный формирователь 9, кодовое устройство 10. Устройство работает следующим образом, В начальном состоянии в регистраторе 8 счетчики установлены в нулевое положение, рабочая жидкость находится в измерительном сосуде, опущенном в крайнее нижнее положение. При подъе.ме измерительного сосуда кодовое устройство 10 начинает вырабатывать импульсы, которые через формирователь 9 поступают на счетчики регистратора 8, блок логики 7, обеспечивает прохождение импульсов от генератора 5 на все п выходов коммутатора 6. Генератор должен вырабатывать импульсы с частотой не меньщей, чем импульсы, поступающие с кодового устройства 10. Импульсы с выходов коммутатора 6 поступают на управляющие входы электронных ключей 3 каждого канала соответственно. В момент замыкания датчика 2 любого из п каналов формирователь 1 останавливает счет импульсов с формирователя 9 на счетчике регистратора 8, соответствующем каналу замкнувщегося датчика, Одновременно счетчик регистратора 8 выдает сигнал в блок логики 7, который в свою очередь запрещает прохождение импульсов от генератора 5 через коммутатор 6 на управляющий вход ключа 3, соответствующего каналу замкнувщегося датчика 2. Таким образом, после срабатывания на замыкание питание от датчика отключается, После срабатывания всех датчиков счетчики регистратора 8 выдают сигнал на подъемный механизм (ПМ) и переводят его в режим опускания измерительного сосуда с рабочей жидкостью, одновременно блок логики 7 обеспечивает прохождение импульсов от генератора 5 на все п выходов коммутатора 6 и на управляющие входы ключей 3. Таким образом обеспечивается кратковременная подача импульсов от источника питания 4 через управляемый ключ 3 на датчики 2 по всем каналам. В момент срабатывания любого датчика 2 на размыкание соответствующий ему счетчик в регистраторе 8 начинает счет импульсов с формирователя 9 до момента опускания подъемного механизма в крайнее нижнее положение. Таким образом каждый счетчик регистратора 8 считает суммарное количество импульсов кодового устройства 10, сформированных дополнительным формирователем 9 от начала подъема измерительного сосуда подъемным устройством до момента замыкания соответствующего датчика и от момента размыкания того же датчика до опускания измерительного сосуда в крайнее нижнее положение. Кодовое устройство 10 может быть построено таким образом, что суммарное количество сосчитанных импульсов будет соответствовать среднему превышению в миллиметрах. Таким образом учитывается запаздывание подъема и опускания уровня рабочей жидкости в сосуде датчика по отношению к уровню рабочей жидкости в измерительном сосуде, так как при равномерном подъеме измерительного сосуда уровень жидкости в сосуде датчика отстает от уровня жидкости в измерительном сосуде на постоянную величину вследствие гидравлических потерь напора по длине трубопровода и наличия местных сопротивле-. НИИ в датчиках и изменения вязкости жидкости вследствие колебаний температуры. По этим причинам при подъеме напорного бака счетчик сосчитает количество и.мпульсов. соответствующее превышению измерительного сосуда относительно крайнего нижнего положения, счет будет производиться до момента замыкания датчика, счетчиком, будет сосчитано большее количество импульсов, чем нужно для регистрации превышения электрода датчика относительно уровня рабочей жидкости при крайнем нижнем положении измерительного сосуда. Эта ошибка будет определяться величиной отстаивания уровня рабочей жидкости в сосуде датчика относительно уровня рабочей жидкости в измерительном сосуде. При опускаНИИ измерительного сосуда с такой же постоянной скоростью уровень жидкости в сосуде датчика превышает уровень жидкости в измерительном сосуде на постоянную величину, а счет импульсов продолжается от момента срабатывания электрода датчика на размыкание до момента опускания измерительного сосуда в крайнее нижнее положение. При опускании измерительного сосуда счетчик соответствующего датчика сосчитает меньщее количество импульсов, чем то, которое соответствует превышению электрода датчика. Среднее арифметическое количества импульсов, сосчитанных при подъеме и опускании измерительного сосуда, будет соответствовать истинному превышению электрода датчика. Генератор 5 состоит из мультивибратора на элементах Д.1.1, Д1.2, CI, С2, Р1, Р2, который вырабатывает импульсы, показанные на диаграмме (1), Формирователь на элементах Д1.3, Д1.4, Д2.1, РЗ, СЗ формирует короткие положительные импульсы в момент перехода мультивибратора из состояния «О в «1. Эти импульсы поступают на вторые входы логических схем ДЗ, Д4 коммутатора 6. На первые входы схем ДЗ, Д4 поступает сигнал «1 от момента начала измерения до касания электродом датчика жидкости при подъеме измерительного сосуда вверх, сигнал «О в течение всего времени, пока электрод касается жидкости, затем вновь сигнал «1 в момент отрыва электрода датчика от поверхности жидкости до опускания измерительного сосуда в крайнее нижнее положение. В течение времени, когда на первых входах ДЗ, Д4 присутствует сигнал «1 в точке (3) появляются короткие импульсы представлено на диаграммах (7) и (3). Импульсы инвертируются элементом Д5.с открытым коллекторным выходом и малым сопротивлением нагрузки Р4 (представлены на диаграммах 9). По цепи Р4, С4 происходит заряд конденсатора С4 мопроисходит заряд конденсатора С4 в момент прихода первого импульса «1. Так как постоянная времени этой цепи мала и определяется элементами Р4, С4, то конденсатор С4 заряжается до напряжения 2, 4 В, что соответствует уровню «1 на входе элемента Д7.1, этот уровень поддерживается в течение всего времени, пока электрод не касается поверхности жидкости. В момент касания электродом жидкости конденсатор С4 разряжается через жидкость и заземленный корпус датчика (временная диаграмма 4). Блок логики 7 работает следующим образом. В момент включения выключателя В1 в положение «Пуск (по схеме верхнее положение) формирователь на элементах Д6.1 Д6.2, Р6, С5 формирует на своем выходе импульс «О и переводит триггер на элементах Д7.1, Д7.2 в состояние, когда на его выходе присутствует сигнал «О, а на выходе инвертора Д7.3 - сигнал «1. Этот сигнал разрешает прохождение импульсов с блока 5 через элемент Д3.1 на блок 3 и на электрод датчика. Конденсатор С5 должен

быть в 3 раза большей емкости, чем конденсатор СЗ и С4, чтобы исключить неоднозначность в работе триггера. В этом случае импульс управления (диаграмма 6), получается по времени длиннее импульсов (на диаграмме 10). В момент касания электродом жидкости (диаграмма 4 соответствует моменту «Замыкание) триггер Д7.1, Д7.2 переключается, на его выходе появляется «1. а на выходе Д7.3 - «О.. На выходе элемента Д3.1 появляется «1, а на выходе Д5. - «О и таким образом питание от а/чектрода датчика отключается (диаграмма 7, 10). В момент замыкания всех датчиков на выходе всех триггеров появляется «1, которая элементами Д9.1, Д9.2, Д12.1, Д12.2, Д10.1, Д10.2, Д11.1 преобразуется в импульс «о, который поступает на подъемный механизм и переводит его в режим опускания напорного бака.

В момент отрыва электрода датчика от поверхности жидкости формирователь 1 Д6.3, Д6.4, Р7, С6 сформирует импульс «О (диаграмма 6, момент «Размыкание), который установит на выходе триггера «О, а на выходе инвертора Д7.3 «1.

В течение времени, когда на выходе Д7.3 присутствует «1, сигналы с дополнительного формирователя 9 через элемент Д8.2 проходят на выход элемента Д8.1 в

виде импульсов «О (диаграммы 7, 8, 9), моменты переходов из «1 в «О подсчитываются счетчиками на микросхемах 155ИЕ2, дешифрируются дешифраторами К5144Д2 в семисегметный код и индицируются индикаторами АЛС324Б. На схеме условно объединены в блок «счетчики и индикаторы. Формирователь 1 состоит из диода и конденсатора С4.

Кодовое устройство 10 состоит из кодового диска 100 отверстиями 0 2 мм. С одной стороны диска установлен фотодиод Va, а с другой стороны - светодиод Vj, Кодовый диск враш,ается вместе с валом, перемеш,ающим напорный бак. Одному обороту

вала соответствует 100 импульсов света, которые преобразуются элементамиУ2,ДД8.2 в электрические импульсы {диаграмма 9.). Таким образом счетчики подсчитывают количество импульсов с формирователя 9 от момента включения выключателя «Пуск

до момента замыкания электрода датчика и затем от момента размыкания электрода датчика до опускания напорного бака в крайнее нижнее положение. Сброс счетчиков в «О осуш,ествляется перед началом измерений (не показано).

Предложенное устройство позволяет повысить надежность устройства и точность измерений. лак 5I-KoffoStiu ffijcx со fffo о/77ёерс/77ия 1 Д1,Д2, Дд, Д Л, Л 7, Л8, ДГО Г55МЗ Л5 155 М8 дд,лп,л1гГ55мг

пппппппппппппппп

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ НИВЕЛИР, содержащий измерительный сосуд с токопроводящей жидкостью, соединенный трубопроводом с системой сообщающихся сосудов датчиков с электродами, соединенными через фор.мирователи с соответствуюЩ.ИМИ в.ходами счетчиков регистратора, источник питания датчиков, подъемный механизм измерительного сосуда с кодовым устройством, выход которого через дополнительный формирователь соединен с входом счетчиков регистратора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности измерений за счет уменьшения коррозии электродов, он снабжен блоком логики, коммутатором и генератором, а в каждый датчик введен управляемый ключ, выход которого подключен к электроду датчика, вход - к источнику питания датчиков, а управляющий вход ключа соединен с соответствующи.м выходо.м коммутатора, к первому входу которого подключен выход генератора, а к второму входу - выход i блока логики, подключенного входом к выходу счетчиков регистратора. (Л f/O /7/i ю | оо

I I I I I I I I I I I I

I I I I I I II I 1 I i a..,

вкл r I/

® Q)Пп

I I I I I i

@

Фиг.З Зоныкамие IX Pa3Mb/f af i/e Пjna