Способ гидростатического нивелирования Советский патент 1979 года по МПК G01C5/04 

I

Изобретение относится к геодезии и предназначено для определения на местности разности высот смежных точек, в том числе при отсутствии между ними оптической видимости.

Известно несколько способов аналогичного назначения и устройств, предназначенных для реализации этих способов. Известны способы и устройства для их осуществления, предназначенные для автоматического измерения высот методом барометрического нивелирования путем сравнения электрических сигналов, формируемых на опорной и определяемой точках (сигналы пропорциональны соответствующим значениям давления воздуха) и сравниваемых с некоторым эталонным сигналом 1. Устройство не предусматривает возможности исключения влияния температуры. Известны способы определения превышения контролируемых точек относительно опорной точки с использованием сообщающихся сосудов. Способ предусматривает создание давления на опорной точке, равного давлению столба жидкости в трубке на удаленной (искомой) точке. По уровню жидкости в щланге

на искомой точке осуществляется ее вынос на проектное место 2. Этот способ также не предусматривает исключения влияния температуры жидкости, что люжет привести к ошибкам. Известен также способ, предусматривающий исключение влияния температуры окружающей среды, а не температуры газа внутри прибора 3. Этот способ основан на сравнении перепадов атмосферного давления, измеренного барометрами на двух базисных точках с известными отметками с перепадом давления, вычисленным по барометрическим таблицам (иными словами определяется натуральная барометрическая ступень для данного участка работ, сравнивается с табличкой барометрической ступенью, а результаты измерений на определяемых точках исправляются поправкой за расхождение натуральной и табличной барометрических ступеней). Для реализации этого способа необходимо иметь на участке работ, кроме определяемых точек, две базисные точки. Натуральная барометрическая ступень, определенная на базисных точках, распространяется на весь участок работ, что приводит к неполному учету изменении температуры окружающей среды. Это вынуждает иметь на участке больше двух базисных точек. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ гидростатического нивелирования, основанный на измерении давления столба жидкости посредством пружинных датчиков давления, типа мембраны или трубки Бурдона 4. Он характеризуется зависимостью точности измерений от влияния изменения температуры окружающей среды. Для уменьщения влияния температуры окружающей среды на датчик давления, т. е. повыщения точности определения превыщений предлагается посредством датчиков давления измерять объем газа, заключенного в гидростатической системе, под давлением, соответствующим определяемому превыщению, и под постоянным давлением, и определять отнощение объемом, пропорциональноеотнощениюопределяемого превыщения к величине постоянного превыщения. Гидростатическая система (см. фиг. 1) состоит из компенсационной камеры 1, соединительного шланга 2, крана 3 и колиброванной трубки 4 с делениями, в которой находится воздух под некоторым незначительным давлением Яо, оказываемым столбом жидкости высотой h о, находящейся в компенсационной камере 1. Согласно ураанению Клайперона для объема газа, находящегося под давлением РО, (при постоянном превышенииЬ о ) имеем 5s В const, (1) гдеРо иУо - давление и объем газа при температуре Те (при измерении исходного превыщения). Уравнение состояния газа, находящегося под давлением Р (для определяемого пре-. выщения hi при той же температуре имеет вид const,U) где PI nVi.- соответственно давлени е и объем газа при температуре То (при измерении искомого превышения). Из равенств (1) и (2) следует, что о Vify г, „ колиброваннои трубки с постоянным сечением отношение объемов может быть заменено на отношение отсчетов по этой трубке при разных значениях давления, й Vt nt(АЛ .,Pi Ve По - „ Известно, что давление жидкости в такой гидростатической системе является функцией превыщения концов профиля местности, между которыми расположена эта система, Р .Р,С5) Р(6) «Ргде д.- ускорение силы тяжести; р - плотность жидкости, заполняющей гидростатическую систему. С учетом равенства (4) при неизменных значениях р ид получаем hi. Ь, о.ь«(8) Формула (8) не отр ажает зависимости заключенного в гидростатической системе объема газа от температуры. В то же время известно, что величина давления газа в замкнутом объеме изменяется примерно на 3 мб при изменении его температуры на 1°С, что для гидростатической системы, заполненной водой, соответствует 30мм. Исходя из сказанного, возникает вопрос строгого учета влияния температуры объема газа. Допустим, что температура газа в датчике 1 изменилась и стала равнойТ|. Для этой температуры уравнение (3) с учетом равенств (1), (2) и (4) принимает вид :ь Ж (9) гдеУо иУ - соответственно объемы газа во время измерения исходного и искомого превышения при температуре TI. Давления газа РО и Р при температуре Ti равны соответствующим давлениям при температуре То (согласно закону Гей-Люсака). Приравнивая правые части уравнений (4) и (9), получаем Л1- -ШNO п. С учетом выражения (5) получаем .(11) Таким образом, если снимать показания прибора при одной и той же температуре (т. е. одновременно) для исходного и определяемого превышения, можно исключать влияние температуры. Реализация такого способа может быть осуществлена, например, путем замера давления жидкости, соответствующего определяемому превышению (см. фиг. 2), и давления, соответствующего превыщению } путем снятия нагрузки с объема газа в трубке 4. т. е. соединив .его посредством крана 3 с атмосферой. Описываемый способ гидростатического нивелирования позволяет создавать сравнительно простые устройства для измерения, исключать влияние гистерезиса и упругого последействия, а также температуры газа, что в конечном счете повышает точность определения превышений. Погрешность определения превыщений этим способом, после введения поправок за изменения атмосферного давления, не превышает ±2еи. Формула изобретения Способ гидростатического нивелирования, основанный на зависимости определяемого превышения от давления жидкости в гидростатической системе, измеряемого

посредством датчиков давления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем исключения влияния температуры газа внутри прибора, измеряют объем газа, заключенного в гидростатической системе, под давлением, соответствующим определяемому превышению, и под постоянным давлением и определяют отношение объемов, пропорциональное отношению определяемого превышения к величине постоянного превышения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Японии № 49-44426, кл. 111C 22, 1974.

2.Патент США № 3561127, кл. 33-209, 1971.

3.Авторское свидетельство СССР № 82591, кл. G 01 С 5/06, 1948.

4.Авторское свидетельство СССР № 224105, кл. G 01 V 7/02 1967.