Гидронивелир Советский патент 1977 года по МПК G01C5/04 G01C9/22 

1

Изобретение относится к области геодезического приборостроения и предназначено для измерения превышений отдельных точек оснований и сооружений.

Известны гидростатические нивелиры, в которых измерения .уровня производятся либо по отсчетным устройствам, расположенным в каждом сообщающемся сосуде, либо по отсчетному устройству одного сосуда, установленного на репере, и сигнальным устройствам (электродам), расположенным в контролируемых сосудах (1, 2).

Недостатками известных гидростатических нивелиров являются сложность их конструкции, а также малая производительность измерения превышений, особенно при большом числе контролируемых точек, что затрудняет автоматизацию процесса измерений.

Известны гидростатические системы, в которых производится автоматизация измерений, однако значительно затрудняется одновременный съем информации с большого числа датчиков (3).

Наиболее близким по технической сущности к описываемому устройству является гидронивелир, содержащий сообщающиеся сосуды с расположеиными в них электродами уровня жидкости, устройство для изменеиия уровня л идкости в сосудах и блок обработки информации (4, 5). Конструкция этих устройств, обеспечивающих одновременный дистанционный съем информации, получается несколько проще, чем описываемая. Однако при этом получается более сложная математическая обработка результатов измерений, так как необходимо вводить поправку за время установления уровня жидкости в системе, что заметно снижает производительность общего объема работ. Другим недостатком системы, основанной на гидродинамическом способе нивелирования, является тот факт, что вследствие движения жидкости в трубоироводах этот способ целесообразно использовать только в стационарных системах, так как для подобных переносных нивелиров необходимо будет вводить дополнительную ионравку, учитывающую действие сил Кориолиса.

Для повышения производительности дистанционных измерений в предлагаемом гидронивелире устройством для измеиеиия уровня жидкости Б сосудах служит камера газового давления, соединенная с измерительной

частью каждого из сосудов, выполненной в виде пьезометрической трубки, погруженной в жидкость, заполняющую сосуд, причем в верхней части ньезометрической трубки закреплеи электрод регистратора уровня.

3

С целью повышения точности измерений, внутренний диаметр d пьезометрической трубки выбран из условия:

0,3 d. где Дс - внутренний диаметр сосуда. - диаметр электрода регистратора уровня. На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого гидронивелира. Гидронивелир содержит сосуд 1, устанавливаемый на репере, и сосуд 2, устанавливаемый на контролируемой точке. В каждом сосуде расположена вертикальная пьезометрическая трубка 3, которая своим ниж-15 ним концом не достает дна сосуда (т. е. сосуд и иьезометрическая трубка являются сообшаюшимися сосудами). В верхней части пьезометрической трубки расположен регистратор уровня в виде игольчатого электрода20 4, закрепленного на изолированной шайбе 5, в которой имеются сквозные отверстия для передачи в объем пьезометрической трубки внешнего давления Р„. подводимого через отвод б от отдельной общей камеры давле- 25 ния 7, где перемешается поршень 8. Каждый игольчатый электрод через герметический изолятор 9 подключается своим проводом к блоку 10 обработки ииформации. Отводы 11 и 12 сосудов служат для сообшения их тру- зо бопроводами как по жидкости, так и по атмосферному давлению Вся система заливается рабочей жидкостью 13 до некоторого уровня В статическом состоянии (т. е. при Ра- 35 -Pn consi.) уровень жидкости в пьезометрических трубках стабилизирован, и он будет выше или ниже уровня жидкости в сосудах в зависимости от того, будет ли атмосферное давление Ра в сосудах больше или 40 меньще внешнего давления РП в объемах пьезометрических трубок. Гидронивелир работает следующим образом.45 После установления равновесия жидкости в сосудах 1 и 2, а соответственно, и в пьезометрических трубках 3 запускают одновременно отсчетное устройство в блоке 10 обработки информации и привод, который иачи- Q нает равномерно перемешать поршень 8, создавая равномерно изменяюшееся во времени разрежение в камере давления 7, а вместе с тем и в иьезометрических трубках 3 (т. е. const), вызывая в последних55 dt подъем жидкости с равномерной скоростью. В блоке 10 обработки информации производится измерение времени подъема жидкости в пьезометрических трубках с момента нача-go ла изменения внешнего давления РП в них, т. е. с момента начала в них движения жидкости до момента контактирования жидкости с соответствуюшим электродом 4. При одинаковом удалении электродов 4 от осно-65

вания сосудов величина превышения между двумя сосудами будет определяться по формуле

h ,V,t,V,J,,(I) 10 где V , и V-S, -скорости подъема жидкости в соответствуюших пьезометрических трубках, а 1 и tz - время подъема жидкости в них с момента начала изменения давления РП до момента контактирования жидкости с электродами. Учитывая высокую скорость передачи давления в газах, практически можно считать, что выполняется условие Кт, -Ут:, -.У-с„ V . При этом превышение между двумя сосудами будет определяться по формуле: ЛА - 1/ / - / 19 - т(2 il- () Измерение времени можно производить, например, с помощью генератора импульсов заданной частоты следования f и счетчика импульсов, расположенных в блоке 10 обраf л п N отки информации. При этом время -, где Л/ - число импульсов, зафиксированное счетчиком. Тогда формула (2) принимает следуюший вид: , f / / / где - разность числа импульсов, зафиксированная счетчиком. Следовательно, превышение может определяться как разностью времени, так и по разности числа импульсов. При этом легко ввести и знак превышения с зависимости, от того, с какого электрода первым поступает сигнал. Для конкретной системы гидронивелирования Vm будет являться некоторой постоянной величиной а величина - - а в (3) есть ие что / иное, как цена одного импульса, выраженная в единицах длины. Гидронивелир приходит в исходное состояпие по мере возвращения поршня 8 в исходное положение. При измерениях важно, чтобы перед последуюшим замером жидкость во всех пьезометрических трубках установилась па некотором уровне, иричем не обязательпо, чтобы этот уровень совпадал с уровнем предыдушего замера. Измерение можно производить как кодово-импульсным, так и время-импульсным методами. Оба эти метода пригодны для работы гидронивелира. Вообше говоря, время-импульсный метод может обеспечить достаточно высокую точность отсчета. Однако при этом методе требуется строгое соблюдение равномерной скорости перемешения поршня камеры давления в пределах всего рабочего диапазона, что ведет к усложнению кинематической схемы устройства. При кодово-имнульсном методе кинематика устройства получается более

простой, так как Требования к характеру перемещения поршня несколько снижаются. Однако при кодово-импульсном методе диапазон измерений ограничивается максимальным ходом индикатора часового типа, на базе которого выполняется датчик перемещения.

В описанном устройстве используется электропроводная жидкость; при этом пьезометрические трубки, выполненные из металла и блок обработки информации должны соединяться общей корпусной шиной (для упрощения чертежа на схеме не показана).

При использовании неэлектропроводной жидкости, для фиксапни уровня в пьезометрических трубках можно использовать емкостные или фоторегистрирующие устройства.

Гидроиивелир, обладая сравнительно простой конструкцией, позволяет не только увеличить производительность измерений при большом числе контролируемых точек на объекте, но и полностью автоматизировать процесс дистанционных измерений превышений.

В гидронивелире математическая обработка результатов по существу сведена к минимуму, и, кроме того, такой гидронивелир может быть рекомендован как для стационарных систем, так и для переносных нивелиров, так как в процессе работы движение л :идкости в трубопроводах практически отсутствует. Единственным условием, которое должно выполняться в переносном варианте, является соблюдение постоянного объема трубопроводов (шлангов), соединяющих измерительные части сосудов и камеру давления, с целью сохранения постоянного значения цены импульса.

Формула изобретения

1.Гидронивелир, содерл ащий сообщающиеся сосуды с расположенными в них электродами регистраторов уровня жидкости, устройство для изменения уровня жидкости в сосудах и блок обработки информации, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности дистанциониых измерений, в нем устройством для изменения уровня жидкости в сосудах служит камера газового давления, соединенная с измерительной частью каждого из сосудов, выполненной в виде пьезометрической трубки, погруженной в жидкость, заполняющую сосуд,

причем в верхней части пьезометрической трубки закреплен электрод регистратора уровня.

2.Гидронивелир по п. 1, отличающийся тем, что внутренний диаметр d пьезометрической трубки выбран из условия:

0,3Д: 55 (22

где Дс - внутренний диаметр сосуда,

йэ - диаметр электрода регистратора уровня.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство № 342052, М. Кл.2 G 01С 9/22, 1970.

2. Авторское свидетельство № 393577, М. Кл.2 G QIC 5/04, 1971.

3.Патент Чехословакии № 101570, кл. 42с, 24/02, 1961.

4.Р. А. Мовсесян и др. «Гидродинамическое нивелирование и наблюдение за сооружениями, «Геодезия и картография, № 7, 1975, с. 24-28.

5.Авторское свидетельство № 480906, М. Кл.2 G 01С 9/22, 1973 (прототип).

/5