Гидростатический нивелир

 

ГВДРОСТАТИЧЕСКИЙ НИВЕЛИРj содержа1ций измерительный блок, вы- . полненный в виде манометрического датчика, снабженного перераспределительным устройством, содержащим емкость заполненную жидкостью, с эластичной мембраной, охваченной снаружи ограничительной сеткой, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений путем знакопеременных прев} 1шений из одной точки и повышения точности измерений измерительный блок снабжен дополнительным манометрическим датчиком, подключённым через введенное запорное устройство к основному датчику и перераспределительно му устройству, эластичная мембрана и ограничительная сетка которого выполнены выпукльа ш, причем начальный прогиб в центрах мембраны и сеткисоответствуют услрвно J I MOlKcl j I MOIKcIl где н(«lic величина перемещения центра мембраны и сетки - коэффициент формы сетки} - жесткость сетки} р - плотность жидкости; I - ускорение свободного падения-; (П - эффективная площадь мембраны (сетки){ максимальная величина прем«кс вышения, а чувствительность дополнительного манометрического датчика 5в соответствует усло: вию к; МЙКС ;ЧП 5„ чувствительность основногде го манометрического датчика.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

3 ЛЯП

РЕСПУБЛИН (ни С 01 С 5 04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н а втоесномм свидатильств и

< l>g cl Ф ..I, щМ где макс макс ф о (21) 3624022/24"10 (22) 13.07.83 (46) 23.08.85. Бюл. В 31 (72) В.Ф.Журавель и Б,Г.Гордиенко (71) Ставропольский ордена "Знак

Почета" научно-исследовательский институт сельского хозяйства (53) 528.541(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 422952, кл. .G 01 С 5/04, 03.04.72.

2. Авторское свидетельство СССР

У 303506, кл. С 01 С .5/04, 04.12.69 ° (54) (57) ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ НИВЕЛИР, содержащий измерительный блок, вы-, полненный в виде манометрического датчика, снабженного перераспределительным устройством, содержащим емкость, заполненную жидкостью, с эластичной мембраной,.охваченной снаружи ограничительной сеткой, отличающийся тем, что., с целью расширения диапазона измерений путем знакопеременных превышений as одной точки и повышения точности измерений, измерительный блок снабжен дополнительным манометрическим датчиком, подключенным через введенное запорное устройство к основному датчику и перераспределительно„„SU„„3 4747: А му устройству, эластичная мембрана и ограничительная сетка которого выполнены выпукльики, причем начальный прогиб в центрах мембраны и сетки-f соответствуют условно величина перемещения центра мембраны и сеткиg коэффициент формы сетки, жесткость сетки; плотность жидкости, ускорение свободного падения эффективная площадь мембраны (сетки), максимальная величина превышения,, а чувствительность дополнительного манометрического датчика

S соответствует услоФ вню где S - чувствительность основного манометрического датчика.

1174747

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и предназначено в частности для определения превышений между точками на местности. S

Известен гидростатический нивелир, содержащий два блока с устройствами для перераспределения давления жидкости, включающими сосуды, заполненные жидкостью с удельным весом 1О меньшим, чем у жидкости, заполняющей основные сосуды, и снабженные мембранами и ограничительными сетками, причем ограничительные сеткиосновных и дополнительных сосудов 1S установлены на одной высоте Г13.

Недостатками этого устройства являются сложность его конструкции и значительная материалоемкость вследствие использования в системе 20 ртути и средств герметизации.

Известен гидростатический нивелир, состоящий из двух одинаковых измерительных блоков. Каждый блок . включает датчик давления (манометр), 25 перераспределительное устройство, выполненное в виде дополнительной емкости, снабженной верхней двойной стенкой с небольшим регулируемым зазором. Внутренняя стенка выполнена 3g в виде тонкой эластичной оболочки (мембраны), а внешняя — в виде мелкой жесткой сетки. Вся система запол. иена жидкостью 2).

Недостатком известного нивелира является то, что с его помощью можно производить измерение только положительных превышений на местности (контролируемая точка всегда должна быть ниже опорной). При отрицатель- 4О ных превьппениях мембрана перераспределительного устройства под действием атмосферного воздуха хотя и прогибается во внутрь, но высота столб кости в перераспределительном устройстве не изменяется, а следовательно, не изменяется и давление в камере. Это происходит вследствие того, что при нулевом превышении поверхность мембраны находится на уровне периметра ее крепления. В связи,с этим при изменении отрицательных превйшений необходимо либо переставить устройство, либо отсчет превышений вести путем регистрации изменения давления жидкости в другом сосуде (в.опорной точке). Следовательно, наблюдателю либо потрер 4 с Импекс I 3 y (-"мыкс! > <+ макс

l величина перемещения центра мембраны и сетки; коэффициент формы сетки; жесткость сетки-, плотность жидкости; ускорение свободного падения, эффективная площадь мембраны (сетки) максимальная величина превышения, а чувствительность дополнительного манометрического датчика 5 соот3 ветствует условию

1 манс

5)>y 5 мс кс о где S< — чувствительность основного манометрического датчика.

На фиг.1 изображена схема устройства в положении нулевого превьппения, на фиг.2 — схема устройства при измерении положительного превышения буется переходить с точки на точку, либо наблюдателей должно быть два, каждый из которых должен вести журнал съемки. Это усложняет процесс измерения и снижает точность работ.

Целью изобретения является расширение диапазона измерений путем знакопеременных превышений из одной точки и повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в гидростатическом нивелире, содержащем измерительный блок, выполненный в вице манометрического 2 датчика, снабженного перераспределительным устройством, содержащем емкость, заполненную жидкостью, с эластичной мембраной, охваченной снаружи ограничительной сеткой, измерительный блок снабжен дополнительным манометрическим датчиком, подключенным через введенное запорное устройство к основному датчику и перераспределительному устройству, эластичная мембрана и ограничительная сетка которого выполнены выпуклыми, причем начальный прогиб в центрах мембраны и сетки соответствуют условию з 1174 на фиг.З вЂ” то же, при измерении отрицательного превышения..

Гидростатический нивелир состоит из перераспределительных устройств

1 и 2 и гибкого соединительного шланга 3 заполненных рабочей жидкостью.

На границе раздела жидкости и атмосферного воздуха в камере 4 перераспределительного устройства 1 установ-. лены предварительно деформированная 10 на величину мембрана 5 и прилегающая снаружи ограничительная сетка 6, выполненная, например, в виде сферы, ограничивающей рабочую поверхность мембраны 5. В сетке 6 15 имеются отверстия для доступа воздуха в пространство между нею и мембраной. Размеры отверстий таковы, что они обеспечивают свободное перемещение воздуха и не оказывают от- 20 рицательного действия на технические характеристики нивелира. В камере 4 перераспределительного устройства 1 контролируемой точки размещен измерительный блок, выполнен- 25 ный в виде манометрических датчиков

7 и 8, шкалы которых проградуированы в единицах превышения. Датчик 7 чувствительнее датчика 8, соединен с запорным устройством 9, отре- 30 гулированным на нулевое (базовое) давление (Н б) соединяющим датчик 7 с датчиком 8 и перераспределительном устройством 1. Это же давление принято за нуль в датчике 8.

Аналогичной конструкции мембрана 5 и сетка 6 установлены в каме) . ре перераспределительного устройства 2.

На границе раздела жидкости и р атмосферного воздуха в перераспределительных устройствах могут быть установлены прилегающие одна к другой мембрана и сетка различного конструктивного исполнения. Например, мембрана включает основание, соединенное с периметром крепления тонкой эластичной оболочкой (не показано) и др. Однако с целью унификации перераспределительных устройств их же- 0 лательно выполнить одинаковыми.

Прибор работает следующим образом.

Перераспределительное устройство

1 устанавливается в контролируемой у точке, а перераспределительное устройство 2 — в опорной точке на местности. При положительном превышении. перераспределительное устройство 1 расположено ниже перераспределитель-, ного устройства 2 ° Давление столба жидкости высотой +h передается в камеру 4 перераспределительного устройства 1. При этом запорным устройством 9 отключается датчик 7 и давление действует только на манометр

8, стрелка которого отклоняется вправо от нулевого положения ° Одновременно давление столба жидкости высотой +h передается-- на мембра1 ну 5 и сетку 6 и вызывает их совместную деформацию, пропорциональную текущей высоте столба жидкости. При этом в камере перераспределительного устройства 2 освобождается некоторый объем и., поскольку жесткость мембраны 5 незначительна, под действием атмосферного давления она прогибается на величину Л, исключая тем самым образование вакууметрического давления. Сетка 6 перераспределительного устройства 2 в этом случае остается в нейтральном положении (не работает).

При отрицательном превышении перераспределительное устройство 1 расположено выше перераспределительного устройства 2. Давление столба жидкости высотой -h> передается на мембрану 5 и сетку 6 перераспределительного устройства 2 и вызывает их совместную деформацию, пропорциональную высоте столба жидкости -h .

При этом в камере перераспределительного устройства 1 освобождается некоторый объем и, поскольку жесткость мембраны 5 незначительна, под действием атмосферного воздуха она прогибается, изменяется высота жидкости на величину 1;. Запорное устройство 9 включает чувствительный датчик 7 и уменьшение высоты жидкости в камере НБ;(пропорциональное измеряемому превышению -hg) фиксируется чувствительным манометром 7, стрелка которого отклоняется от нулевого положения. Допустимая величина отрицательного превышения ограничивается величиной h„„„„перемещения центра предварительно деформированной мембраны 5 перераспределительного устройства 1 до момента, когда ее поверхность станет на уровень с периметром крепления.

Работа прибора аналогична описанной и в том случае, когда манометры

1174

ggЬ;А

16 или 1и,1 . () Зная Д „, можно установить

Фа

15 величину начального прогиба (выпуклость) мембраны и сетки из условия

1 1 Лмакс1 > у Я

l- макс1

К где f . .- прогиб в центре плоской мембраны (сетки);

R : — радиус мембраны (сетки); — толщина мембраны (сетки);

Š— модуль упругости.

Однако они малоприемлемы для расчета предварительно деформированных мембран.(расчет получается сложным и дает приближенный результат).

Зная, что величина текущих пере. мещений центра предварительно деформированной мембраны Л; под действием давления жидкости F= pghA изменятся пропорционально коэффициенту ее жесткости К, можно запи. сать (3) где у — плотность рабочей жидкости 35 — ускорение свободного падения

" — эффективная площадь мембраны;

1 ; - величина превьппения.

Отсюда уфЬА к

Однако жесткость К для мембран различной формы величина переменная.

Так, в случае, когда мембрана,работает в области малых перемещений (ее максимальный прогиб не превьппает

1/4 толщины мембраны),к ее расчету применима линейная теория изгиба пластинок. В случае же больших прогибов .следует использовать результаты нелинейной теории изгиба пластинок. Чтобы в соответствии с этой теорией учесть непропорциональность деформации мембраны от приложенной силы, необходим коэффициент, наприИу

S =а= — — ал,.

40 о О "2

7 и 8 установлены в перераспределительном устройстве 2.

Величина начального прогиба Е мембраны и сетки, т.е. максимальное расстояние от рабочей поверхностй мембраны (сетки) до плоскости их крепления, должно быть больше текущих (рабочих) прогибов, т.е.

Ъ Л кд t (1) де, h«« = Е; — текуче (рабочие) прогибы.

Известно аналитическое выражение, определяющее величину прогиба в центре плоской мембраны

f 0, 6%+ (Ц

Е1

747 6 мер, — коэффициент формы сетки (так как при деформации гибкая мембрана всегда принимает форму сетки) .

Тогда где Ьмак - максимальная величина пре-!

1 вьппения .

Кроме того, зная hмакс, можно

1 определить необходимую чувствительность дополнительного манометрического датчика 7.

Зависимость между отклонением у подвижной системы монометрического датчика и измеряемой величиной х носит линейный характер.

Для основного и дополнительного датчиков можно записать

У =щ!

I (II)

ЧП= а2.%; °

Для чувствительности датчиков имеем поскольку первая производная от характеристики шкалы является чувствительностью датчика, которая характеризуется коэффициентом пропорциональности а, S a (fo)

So а2

Подставив значения а1 и а из уравнения (8) и (9), получаем

7 1124747

Приняв отклонения подвижной сис- - по темы основного и дополнительного по датчиков равными (у =y ) при изме- .пр ф о ренин одного и того же по абсолютной н величине превышения +Ь;, получаем S ле

on

9о — (,12) а так как Д;4Е, то

5 % макс

Форма выпуклости мембраны и сетки может быть любого конструктивного ис- 15 лнення, например в виде цилиндра, лусферы, конуса и т.п., поскольку и измерении отрицательных превыше" ий величина гидростатического давния не зависит от формы сосуда, а ределяется высотой столба жидкости нем.

По сравнению .с известным предлагаемое устройство упрощает процесс нивелирования путем измерения знакопеременных превышений из одной точки, обеспечивает возможность выполнения работ одним наблюдением, повышает производительность при вертикальной съемке местности в 1,5-2 раза.

1174747

Составитель С.Чекалин

Техред О.Неце Корректор М.Самборская

Редактор О.Черниченко

° « «\ (филиал ППП "Патент", r. Узгород, ул. Проектная, 4 ю

Заказ 5170/41 Тирам 651 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5