Гидростатический нивелир Советский патент 1992 года по МПК G01C5/04 G01C9/22 

Изобретение относится к области измерительных устройств для определения превышения одной точки относительно другой и может быть использовано для установки и выверки конструкций по высоте, привысокоточном монтаже конструкций и наблюдениях за осадками.

Известно гидростатическое устройство нивелирования, содержащее два частично заполненных жидкостью и сообщающихся между собой с помощью гибкого шланга измерительных сосуда.

Недостатками такого устройства являются ограниченный диапазон измерений превышений, обусловленный допустимыми пределами уровня жидкости в каждом измерительном сосуде при их перемещении, и достаточно большое время цикла измерений при определении превышений большого количества точек, связанное с необходимостью переноса измерительных со-судов и повторения измерений в пол-j ном объеме.

Извectнo также гидростатическое устройство нивелирования, содержащее два частично заполненных жидкостью и сообщающихся между собой с помощью гибкого шланга измерительных сосуда, которые могут перемещаться по высоте и фиксироваться в нужных положениях на жестких металлических стержнях.

Недостатком такого устройства остается достаточно большое время цикла измерений.

Наиболее близким k предлагаемому устройству по технической сущности является гидростатический нивелир, содержащий частично заполненные жидкостью и сообщающиеся между собой измерительные сосуды и уравнительную емкость.

Недостатком известного гидростатического нивелира является повышенная погрешность измерения превышений (до 1 мм), так как введение уравнительно емкости даже с значительной площадью поперечного сечения не обеспечивает в полной мере постоянства начальной отметки уровневой поверхности жидкости при изменении положения измерительных сосудов.

Цель изобретения - повышение точности за счет обеспечения постоянства уровня жидкЪсти в уравнительной емкости.

Поставленная цель достигается тем, что гидростатический нивелир, содержащий частично заполненные жидкостью и сообщающиеся между собой измерительные сосуды и уравнительную емкость, снабжен дополнительной емкостью,и размещенным в уравнительной емкости поплавком с верхней и нижней частями последняя из которых выполнена с полостью и расположена ниже уровня жидкости, полость нижней части поплавка и дополнительна я емкость частично заполнены жидкостью и сообщены друг с другом по жидкости через введенную трубу, при этом площадь поперечного сечения верхней части поплавка S,. определяется из выражения

о

.§Л.

(1 Sn + S4-2S; n

Б

где S - площадь поперечного сечения полости;

.г

площадь поперечного сечения дополнительной емкостиJ

S:T площадь поперечного сечения трубки.

На чертеже изображен гидростатический нивелир, продольное сечение.

Гидростатический нивелир содержит частично заполненные жидкостью и сообщающиеся между собой измерительные сосуды 1 и уравнительную емкость 2, дополнительную емкость 3, поплавок Ч и трубку 5 Поплавок i размещен в уравнительной емкости 2, Нижняя часть поплавка выполнена с полостью б и расположена ниже уровня жидкости в уравнительной емкости 2. Полость 6 нижней части поплавка и дополнительная емкость 3 частично заполнены жидкостью и сообщены друг с другом по жидкости через введенную трубку 5.

., Площадь поперечного сечения верхней части поплавка S определяется из выражения

,

(1

sl lts в

де Sj, - площадь поперечного сечения полости 6,

г площадь поперечного сечения дополнительной емкости 3;,

S.Tплощадь поперечного сечения трубки 5. Гидростатический нивелир работат следующим образом. 5 В исходном рабочем состоянии уро вень жидкости в измерительных сосудах 1 и уравнительной емкости 2 находится на одном уровне. Также на одном уровне находится уровень жидкости в полости б попла ка А и дополнительной емкости 3. Выталкивающая сила Г,действующая на поплавок k и равная весу жидкости, вытесненной поплавком 4, уравн вешена весом CQ поплавка j с нахо дящейся в полости 6 жидкостью. Измеряя уровень жидкости в каждо измерительном сосуде 1, определяют превышение точек в местах установки измерительных сосудов 1. При перемещении хотя бы одного из измерительных сосудов 1 в новую контрольную точку происходит на рушение исходного равновесного состояния жидкости в измерительных сосудах 1 и уравнительной емкости 2 з.а счет перераспределения жидкости в системе. Изменится выталкивающая сила, действующая на поправок t, и он нач нет перемещаться по вертикали в направлении изменения уровня жидкости в уравнительной емкости 2. Одновременно, жидкость, перетекая по трубке 5, стремится сохранить одинаковые уровни в полости 6 поплавка и дополнительной емкости- 3. При перемещении поплавка 4 вверх вес жидкойти полости 6 уменьшится, а при перемещении вниз - увеличится Вследствие изменения веса жидко.стй, находящейся во внутренней полости 6 поплавка k, соответствующим образом изменится и объем жидкости, вытесняемый поплавком в уравнительной емкости 2 за счет изменения глубины погружения поплавка Ц. Если площадь поперечного сечения верхней части поплавка k определена из выражения - 1-:--:--:-Ч то изменение объема жидкости, вытесняемого поплавком Ч при его ВСПЛЫТИИ или погружении, будет полностью компенсировать изменение объема жидкости в уравнительной емкости 2, вызванное перемещением измерительных сосудов 1. В результате этого уровень жидкости в уравнительной емкости 3 после 56, завершения переходного процесса, вызванного -перераспределением жидкости в системе, займет положение, точно соответствующее начальной отметке уровневой поверхности жидкости в уравнительной емкости 2. Действительно из уравнения равновесного состояния Поплавка Ц F - G О, где + pSg(Ahu -ЛЬ„) выталкивающая сила, действую щая на поплавок , +pS(uhg -Allh вес поплавка k с находящейся в нем жидкостью, Р - удельный вес жидкостиJ ДЬц -изменение уровня жидкости в уравнительной емкости 2 относительно начальной отметки, 4h -изменение вертикального положения поплавка 4 относительно уравнительной емкости 2J Ah д --изменение уровня жидкости в дополнительной емкости 3 и поплавке j относительно начальной отметки, следует соотношение,связывающееуров- , ни жидкости в уравнительной емкости 2, поплавке с положением поплавка t относительно уравнительной емкости 2 Sguh - S & h, - Sp(&h-ih ) 0. fl0 Для того, чтобы уровень жидкости в уравнительной емкости 2 не изменялся, т.е. uhu. О, необходимо выполнение условия SB А 8„(ЛЬ„ -ЛЬ). Так как полость 6 поплавка t и дополнительная емкость 3 сообщены друг с другом по жидкости через введенную трубку 5, то изменение уровня жидкости в дополнительной емкости 3 и поплавке k будет зависеть от изменения вертикального положения поплавка Auh , относительно уравнительной емкости 2 и площадей поперечных сечений полости б, дополнительной емкости 3 и трубки 5. Из соотношения, связывающего изменение объемов жидкости в полости 6 и дополнительной емкости 3 в зависимости от положения поплавка ЛЬ„(5п + S - 2S) , 6 следует ---- А ь + Sg . с учетом ранее полученного соотношения Sg 6 h „ 5„(,йЬу, - iha) получим выражение, определяющее необходимую площадь поперечного сечения верхней части поплавка -А I Sj} ч с S (1 + Sq. - При этом условии перемещение люб го измерительного сосуда 1 в новую контрольную точку вызовет изменение уровня жидкости только в этом сосуде и не вызовет изменения начальной -отметки уровневой поверхности жидкости в уравнительной емкости 2 и неподвижних измерительных сосудах 1. Тем самым устраняется систематическая погрешность и повышается точ ность измерений превышений. За счет технологических йопусков ........ -,-«.4 ...i......- при изготовлении деталей нивелира некоторая систематическая погрешность все же будет возникать, однй ко величина ее очень незначительная Так, если U,S относительная погре ность площади поперечного сечения при изготовлении верхней части поплавка Ц, а 8дд- площадь поперечного сечения измерительного сосуда 1, то .систематическая погрешность i h определения величины превышения одн точки относительно другой определяется по формуле .S-|.b, 5 При Л SB t SA,/SO 4-10 и h 100 мм эта ошибка составит 10 , что совсем незначительно. Возможны также другие варианты конструкции гидростатического нивелира, не выходящие за рамки предлагаемого изобретения. р м у л а и 3 о б р е те н и я Гидростатический нивелир, содер-; жащий части14но заполненные жидкостью и сообщающиеся между собой измерительные сосуды и уравнительную емкость, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет обеспечения постоянства уровня жидкости в уравнительной емкости, он снабжен дополнительной емкостью и размещенным в уравнительной емкости поплавком с верхней и нижней частями, последняя из которых выполнена с полостью и расположена ниже уровня-жидкости, полость и дополнительная емкость частично заполнены жидкостью и сообщены друг с другом по жидкости через введенную трубку, при этом площадь поперечного сечения верхней части поплавка S определена выражением S, (1 где S - площадь поперечного сечения полости, S о - площадь поперечного сече ния дополнительной емкости;8 - площадь поперечного сечения трубки.

Изобретение относится, к измерительным устройствам и может быть использовано при установке и вывер-'5Кб конструкций по высоте, при высокоточном монтаже конструкций и наблюдениях за осадками. Гидростатический нивелир содержит частично заполненные жидкостью и сообщающиеся между собой измерительные сосуды 1 и уравнительную емкость 2. В конструкцию нивелира введены дополнительная емкость 3 и размещенный а уравнительной емкости поплавок ^ с полостью 6 в нижней части. Полость 6 нижней части поплавка 't и дополнительная емкость 3 частично заполне* ны жидкостью и сообщены друг с другом по жидкости через трубку 5. Та- кое выполнение нивелира позволяет повысить точность, измерений за счет обеспечения постоянства уровня t* жидкости в уравнительной емкости. 1 ил.а S(Лх54^ ОО О^ 01х/X/