Гидростатический нивелир Советский патент 1980 года по МПК G01C5/04 G01C9/22 

Изобретение относится к области геодезического приборостроения, в частности к приборам гидростатического Нивелирования. Известны гидростатические нивелиры, в которых измеряются не разность уровней, а гидростатические давления в каждом сосуде. Они содер жат соединенные между собой измерительнае блоки, каждый из которых имеет датчик давления в виде мано метра 1 и 2. Известны гидростатические системы для измерения разностивысот, содержащие соединенные шлангомсосуд-датчик и измерительную головку выполненную в виде горизонтально расположенного сильфона, полностью заполненного жидкостьюi Подвижная часть сильфона подпружинена и связана с датчиком перемещений 3. ; Известны также высотомеры, действие которых основано на измерении гидростатического давления 4, Наиболее близким к предлагаембму по технической сущности и достигаемому результату является гидростатический нивелир, использующий в качестве датчика гидростатического давления датчик малых перемещени контактирую1ций с дномсильфона, в виде которого выполнен сосуд 5. Недостатком этого устройства язляется гистерезис сильфона, снижающий точность измерений. К тому же такую систему необходимо делать закрытой, чтобы изменения внешнего (атмосферного) давления на нивелируемых точках, которые могут быть обусловлены ветром, а в помещении наличием вентиляционных установок, не снижалиточность нивелирования. Информация о гидроста:тическом давлении снимается с каждого датчика в отдельности, в то время как .в итоге нужно знать разность давлений, или величину превышения между точками. Цель изобретения - повышение точности измерений, непосредственное определение превышения между нивелируемыми точками и исключение влияния внешнего (атмосферного) давления Hci нивелируемых точках. Цель достигается тем, что в гидростатическом нивелире, содержащем частично заполненные жидкостью сообщающиеся сосуды, датчик гидростатического давления в каждом из них и регистрирующий прибор, датчик

746183 гидростатического давления включает в себя пъезоэлемент и электромеханический преобразователь, жёЬтко вмонтиро эанный в дно сосуда, причем воспринимающая давление поверхность ггьезоэлемента контактирует с заполняющей сосуды жидкостью, противоположная ей поверхность механи чески и акустически соединена с согласованной акустической нагрузкой, которая в свою очередь соединена с В7-1ходрм электромеханического преобразователя, выход же пьезоэлемента через усилитель электрически подключен ко входу электромеханического преобразователя, а регистрирующий прибор включен между выходами двух усилителей, принадлежащих к соо щающимся сосудам.Кроме того, воздушные объемы сосудов соединены с атмосферой, а не соприкасающаяся с жидкостью часть датчика гидростатического давления вакуумирована при помощи кожуха. . На фиг. 1 приведеныструктурная схема гидростатического нивелира; на фиг. 2 -.конструкция одной из головок.. Устройство состоит из головок 1 ,связанных между собой шлангом 2. Каж дая Головка 1 содержит сосуд 9, соединен ный со шлангом 2. и частично заполненный жидкостью 8, Воздушный объем сосуда 9 соединен с атмосферой через патрубок 10. В дно сосуда 9 вклеен дисковый пьезоэлемент 7, воепринимающий давление, поверхность которого контактирует с-заполняющей сосуд жидкостью 8 и заземлена, а противоположная ей механически и акустически соединена с согласованно акустической нагрузкой 6. Выход пьезоэлемента 7 через усилитель 13 сЬединен со входом электромеханическог преобразователя. Выход усилителя 13 i соединен также со входом вольтметра шкала которого отградуирована в ёдиницах превышения. Второй вход вольтметра 14 соединен с выходом усилител 13 другой головки 1. Вход электромеханического преобразователя выполнен, например в виде соленоида 5, жестко соединенного с дном сосуда 9 Вну4рй соленоида 5, по его оси расположен якорь 4 из магнитотвердого материала, являющийся выходом электр механического преобразователя и жестко соединенный с согласованной акустической нагрузкой б. Кожух 3, соединенный с нижней частью дна сосуда 9, изготовлен из материала, экранизирующего электрические и магнитные поля, снабженный разъемами 11 к 12, через которые усилитель 13 соединен с пьезоэлементом 7 и соленоидом 5, Устройство работает следующим образом. . Под воздействием давления на контактирующую с жидкостью поверхность пьезоэлемента 7, последний деформируется и на его обкладках вследствие прямого пьезоэффекта генерируется электрический заряд, поступающий через разъем 11 на вход усилителя 13. Согласованная акустическая нагрузка б предотвращает возникновение при этом отраженных акустических волн, способных нарушить работу устройства. Усилитель 13 преобразует заряд пьезоэлемента 7 в электрический ток, поступающий через разъем 12 в соленоид 5. Магнитное поле соленоида воздействует на якорь 4. Сила воздействия через согласованную акустическую нагрузку 6 передается пьеэоэлементу 7, деформирует его в противоположную сторону и компенсирует тем самым генерацию заряда. Соответствующий состоянию компенсации ток в соленоиде 5 пропорционален воздействующему на пьезоэлемент давлению. Величина тока (давления) соответствует напряжению на выходе усилителя 13. Регистрирующий вольтметр 14, включерный между выходами двух усилителей 13, принадлежащих сообщающимся сосудам, .непосредственно показывает разность давлений в гидростатических головках, являющуюся функцией превышения. Для учета давления атмосферы не соединенная с ЖИДКОСТЬЮ- 8 поверхность пьезоэлемента 7 вакуумирована при помощи кожуха 3, одновременно выполняющего роль электромагнитного экрана, защищающего электромеханический преобразователь и незаземленную обкладку пьезоэлемента 7 от наводок. . Заряд на входе усилителя 13, управляющего электромеханическим преобразователем, лишь в 2-3 раза превышает уровень шумов, так что пьезоэлемент 7 практически не деформируется, чем исключаются генерация вторичных акустических волн в жидкости 8 и тем самым самовозбуждение устройства из-за отражения от поверхности жидкости 8. Благодаря работе пьезоэламента 7 в режиме с компенсацией генерации заряда, регистрируется постоянная составляющая давления. Предлагаемый нивелир позволяет непосредственно измерять разность давлений жидкости и атмосферы в сообщающихся сосудах, чем исключаются необходимость в измерении температуры жидкости и давления атмосферы и ошибка, связанная с введением поправок. Устройство полностью автоматизировано, имеет аналоговый выход с непрерьшным съемом информации, работает с любой жидкостью и мржет быть .применено для высокоточного нивелирования как в переносном, так и в стационарном вариантах. Экономическая эффективность оп-. ределяется повышением точности измере