Гидростатический нивелир

(1) Г 01 С 5/04, 9/22 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБ ЕП":НИЯМ И ОТНРЫТИ 1ПРИ ГКНТ СССРОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Изобретение относится к измерительным устройствам и может бытьиспользовано при установке и вывер 2ке 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 в уравнительной емкости поплавок 4 с полостью б в нижней части. Полость 6 нижней части поплавка 4 и дополни" тельная емкость 3 частично заполнены жидкостью и сообщены друг с дру-. гом по жидкости через трубку 5. Такое выполнение нивелира позволяет повысить точность измерений за счет обеспечения постоянства уровня. жидкости в уравнительной емкости.1 ил.13 171Изобретение относится к областиизмерительных устройств для определения превышения одной точки относительно другой и может быть исполь"эовано для установки и выверки конструкций по высоте, привысокоточном монтаже конструкций и наблюдениях эа осадками.Известно гидростатическое уст"ройство нивелирования, содержащеедва цастицно заполненных жидкостьюи сообщающихся между собой с помощьюгибкого шланга измерительных сосуда.Недостатками такого устройстваявляются ограниченный диапазон измерений превышений, обусловленныйдопустимыми пределами уровня жидкости в каждом измерительном сосудепри их перемещении, и достаточнобольшое время цикла измерений приопределении превышений большого количества точек, связанное с необходимостью переноса измерительных сосудов и повторения измерений в пол-)ном объеме,Известно также гидростатическоеустройство нивелирования, содержащеедва частично заполненных жидкостью исообщающихся между собой с помощьюгибкого шланга измерительных сосуда,которые могут перемещаться по высотеи фиксироваться в нужных положенияхна жестких металлических стержнях.Недостатком такого устройства ос"тается достаточнб большое время цик"ла измерений.Наиболее близким к предлагаемому. устройству по технической сущностиявляется гидростатицеский нивелир,содержащий частично заполненные жидкостью и сообщающиеся между собойизмерительные сосуды и уравнительнуюемкость.Недостатком известного гидростати"цеского нивелира является повышеннаяпогрешность измерения превышений (до1 мм), так как введение уравнительнойемкости даже с значительной площадьюпоперечного сечения не обеспечиваетв полной мере постоянства начальнойотметки уровневой поверхности жидкости при изменении положения измерительных сосудов. Цель изобретения - повышение точности за счет обеспечения постоянства уровня жидкости в уравнительной емкости. 4365Поставленная цель достигается тем,цто гиДростатицеский нивелир, содержащий цастично заполненные жидко"5стью и сообщающиеся между собой измерительные сосуды и уравнительнуюемкость, снабжен дополнительной емкостью и размещенным в уравнительнойемкости поплавком с верхней и нижней10 частями последняя из которых выпол"нена с полостью и расположена нижеуровня жидкости, полость нижней частипоплавка и дополнительнар емкостьчастично заполнены жидкостью и сообще 15 ны друг с дРугом по жидкости черезвведенную трубу при этом площадь поперечного сечения верхней части поплавка 8 определяется из выражения20 8 = (1- ----- )88Ь Яи+8 -Бу тгде 8 и - площадь поперечного сеченияполости8 - площадь поперечного сечения25 дополнитель ной емкости,Я.т - площадь поперечного сечениятрубки,На чертеже изображен гидростатический нивелир, продольное сечение.30 Гидростатический нивелир содержитчастично заполненные жидкостью исообщающиеся между собой измерительные сосуды 1 и уравнительнуюемкость 2, дополнительную емкость3, поплавок Ч и трубку 5. Поплавок 4.35размещен в уравнительной емкости 2,Нижняя часть поплавка 4 выполнена сполостью 6 и расположенаниже уровняжидкости в уравнительной емкости 2. По 4. лость 6 нижней части поплавка и дополнительная емкость 3 частично заполненыжидкостью и сообщены друг с другом пожидкости через введенную трубку 5. 45 нлощадь поперечного сечения верхней части поплавка 4 8 определяется из выраженияЯиЯь = 1 л508 + Яа - 28где 8 - площадь поперечного сечения полости 6;Я- площадь поперечного сечения дополнительной емкости 38 - площадь поперечного сече"ния трубкиГидростатицеский нивелир работает следующим образом,5В исходном рабочем состоянии уровень жидкости в измерительных сосудах 1 и уравнительной емкости 2 находится на одном уровне,Также на одном уровне находитсяуровень жидкости в полости 6 поплавка 4 и дополнительной емкости 3,Выталкивающая сила Г действующаяна поплавок 4 и равная весу жидкости, вытесненной поплавком 4, уравновешена весом С поплавка 4 с находящейся в полости 6 жидкостью.Измеряя уровень жидкости в каждомизмерительном сосуде 1, определяютпревышение точек в местах установкиизмерительных сосудов 1.При перемещении хотя бы одногоиз измерительных сосудовв но"вую контрольную точку происходит нарушение исходного равновесного состояния жидкости в измерительных со"судах 1 и уравнительной емкости 2 засчет перераспределения жидкости всистеме.Изменится выталкивающая сила,действующая на попЛавок 4, и он начнет перемещаться по вертикали в на"правлении изменения уровня жидкостив уравнительной емкости 2. Одновре".менно, жидкость, перетекая по трубке5, стремится сохранить одинаковыеуровни в полости 6 поплавка 4 и дополнительной емкости 3,При перемещении поплавка 4 вверхвес жидкоСти полости 6 уменьшится,а при перемещении вниз - увеличится,Вследствие изменения веса жидко".сти, находящейся во внутренней полости 6 поплавка 4, соответствующимобразом изменится и объем жидкости,вытесняемый поплавком 4 в уравнительной емкости 2 за счет измененияглубины погружения поплавка 4.Если площадь поперечного сеченияверхней части поплавка 4 определенаиз выражения 17143656завершения переходного процесса,вызванного перераспределением жидко"сти в системе, займет положение, точ 5 но соответствующее начальной отметкеуровневой поверхности жидкости яуравнительной емкости 2,Действительно из уравнения равновесного состояния поплавка1 ОР-СщО,8 =( )Во8 + З - 2 я то изменение объема жидкости, вытес" няемого поплавком 4 при его всйлытии или погружении, будет полностью компенсировать изменение объема жидкости в уравнительной емкости 2, вы". званное перемещением измерительных сосудов 1.В результате этого уровень жидкости в уравнительной емкости 3 после где Г = Р +8 з(Ь Ь- й Ь)выталкивающая сила, действую- .15щая на поплавок 4,с=с, +эз 1 -ЬЬ) -вес поплавка 4 с йаходящейсяв нем жидкостью,- удельный вес жидкости,2 О Д Ьз - изменение уровня жидкости вуравнительной емкости 2 от"носительно начальной отметки,"ДЬ , - изменение вертикального положения поплавка 4 относительноуравнительной емкости 2,ДЬ- изменение уровня жидкости вдополнительной емкости 3 ипоплавке 4 относительно началь.ной отметки,30 следует соотношение,связываюшееуров-,ни жидкости в уравнительной емкости 2,поплавке 4 с положением поплавка 4относительно уравнительной емкости 2 35 вЬ бЬи п(Ь-Д Ь)Для того, чтобы уровень жидкости вуравнительной емкости 2 не изменялся,т.е. ДЬ = О, необходимо выполнение40условия 6 Д Ьд ВяДЬвТак как полость б поплавка. 4 и дополнительная емкость 3 сообщены 45 друг с другом по жидкости через введенную трубку 5, то изменение уровня жидкости .в дополнительной емкости3 и поплавке 4 будет зависеть отизменения вертикального положенияпоплавка 46 11, относительно уравнительной емкости 2 и площадей поперечных сечений полости 6, дополнительной емкости 3 и трубки 5.Из соотношения, связывающего изменение объемов жидкости в полости6 и дополнительной емкости 3 в зависимости от положения поплавкаЫ1714365 При ЬЯз = 1 10 +, Я/Яа = 41 Ои Ь = 100 мм эта ошибка составит 4 10 , цто совсем незначительно.Возможны также другие варианты конструкции гидростатического нивелира,. не выходящие за рамки предлагаемого изобретения. следуетЯлДЬ виД ЬЯ+ Я -28,С учетом ранее полуценного соот" ношения Я Д Ь и = Яя(ДЬ и - ЬЬ ) получим выражение, определяюще необходимую площадь поперечного сечения верхней части поплавка,4ЯоЯ = (1 -- )8 фЬи-ЯмЬЬ = ЬЯЬ,фЯв Составитель Ю.федоренкоРедактор Л.Гратилло Техред Д,Олийнык Корректорл.йилипенко 1 вв Заказ 1325 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101 При этом условии перемещение любо- го измерительного сосуда:1 в новую контрольную точку вызовет изменение 15 уровня жидкости только в этом сосуде и не вызовет изменения начальной.отметки уровневой поверхности жидкости в уравнительной емкости 2 и неподвижних измерительных сосудах20 1. Тем самым устраняется системати" ческая погрешность и повышается точность измерений превышений.За счет технологических допусков при изготовлении деталей нивелира некоторая систематическая погреш" : ность все же будет вдзникать, однако величина ее очень незначительная. Так, если 8относительная погрешность площади поперечного сечения при изготовлении верхней части поплавка 1, а Я- площадь поперечного сечения йзмерительного сосуда 1, то .:систематическая погрешность а Ь опредеЛения величины превышения одной .точки относительно другой определяется по Формуле формула изобретенияГидростатицеский нивелир, содер-:. жащий частично заполненные жидкостью и сообщающиеся между собой измери" тельные сосуды и уравнительную емкость, о т л и ч а ю щ и й с я 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 частицно заполнены жидкостью и сообщены друг с другом по жидкости через введенную трубку, при этом пло" щадь поперечного сечения верхней части поплавка .8определена выражениемЯиЯ (1- ----) ЯЬ Я +Я +28 т и где 8 - площадь поперечного сечейния полости,Я - площадь поперечного сечения дополнительной емкости,Я т - площадь поперечного сечения трубки.