Гидродинамический нивелир

 

Использование: для измерения превышений между точками поверхности на крутых склонах. Сущность изобретения: опор ная 4 и измерительная 10 головки соедине ны шлангом 7 с краном 8. Входной патрубок 9 головки 10 выполнен в виде капилляра. Измерительная головка выполнена с не менее чем двумя электронными датчиками уровня жидкости, причем диаметры участков измерительной головки, в которых установлены датчики, меньше основного диаметра головки. Устройство также содержит не менее одного измерителя временных интервалов в виде счетчика 16 импульсов, соответствующим образом подключенного к электронным датчикам уровня жидкости и к генератору 17 импульсов. 2 ил.

СОК)З СОВ1:ТСКИХ

СОЦИА11ИСТИЧГСКИХ

Р Е С ПУ Гэ Л И К (51)5 G 01 С 5/04

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТГТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4778382/10 (22) 04,01.90 (46) 30.07.92, Бюл, ¹ 28 (71) Рудненский индустриальный институт (72) Б,Т. Федосов и А.Е. Баландин (56) Авторское свидетельство СССР

N 546777, кл. G 01 С 5/04, 1977.

Авторское свидетельство СССР

N731287,,кл,,G 01 С 5/04, 1980.

Васютинский И,Ю. Гидронивелирование. М.: Недра, 1983, с.170-171, (54) ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ НИВЕЛИР (57) Использование: для измерения превы-шений между точками поверхности на кру„, БЫ„„1751642 А1 тых склонах. Сущность изобретения: опорная 4 и измерительная 10 головки соединены шлангом 7 с краном 8. Входной патрубок

9 головки 10 выполнен в виде капилляра.

Измерительная головка выполнена с не менее чем двумя электронными датчиками уровня жидкости, причем диаметры участков измерительной головки, в которых установлены датчики, меньше основного диаметра головки. Устройство также содержит не менее одного измерителя временных интервалов в виде счетчика 16 импульсов, соответствующим образом подключенного к электронным датчикам уровня жидкости и к генератору 17 импульсов, 2 ил.

1751642

25 кран 3 закрывают. Тем самым жидкость заполняет весь объем шланга 7 и головки 4, чем задается начальный уровень, Затем за40 крывают кран 8 и жидкость начинает перетекать из верхней головки в нижнюю, приемную, проходя по капилляру 9, В момент, когда уровень жидкости в приемной головке достигнет датчика 14, замыкается

45 стартовая цепь счетчика 16, который начинает счет импульсов генератора 17. По достижении жидкостью уровня датчика 15 замыкается вторая цепь, прекращая счет импульсов счетчиком 16. Количество им50 пульсов, зафиксированных счетчиком 16, пропорционально времени перетекания фиксированного объема жидкости, определяемого объемом приемной головки 10, расположенным между уровнями, Изобретение относится к геодезии и может быть использовано для измерения превышений между двумя точками поверхности, в частности, на крутых склонах, 5

Известны гидростатические и гидродинамичрские нивелиры, которые более правиль В было бы называть квазигидростатическими. Измерение превышений в них осуществляется относительно неподвижной или почти неподвижной поверхности жидкости, проходящей вблизи одной уровен ной поверхности.

Общий недостаток — малый диапазон измеряемых превышений, определяемый 1 высотой измерительных головок.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, позволяющее определить превышение между точками, на которых установлены передающая и приемная головки, путем измерейия объема жидкости опустившейся по шлангу из верхней передающей в нижнюю приемную головку и измерения времени перетекания.

Недостатком прототипа является низкая точность измерений превышений, обусловленная низкой точностью измерений перетекающего объема и времени его перетекания, а также трудностью точного учета влияния различных внешних и внутренних 3 факторов на результаты измерений, в частности, непостоянство диаметра и длины шланга.

Цель изобретения — повышение точности измерений. 3

Достижение цели происходит за счет локализации внешних и внутренних воздействий, высокоточного нормирования перетекающего объема жидкости и повышения точности фиксации исходного уровня жидкости в передающей головке и времени перетекания жидкости. Для этого использованы капилляр на входе приемной головки, сужение верхней части, открытой сверху, передающей головки, установка электронных датчиков уровня в сужающихся верхней и нижней частях приемной головки. Кроме того, цель достигается посредством исключения влияния внешних факторов, в том числе изменения силы тяжести от участка к участку, на результаты измерений. Для этого приемная головка выполнена с сужениями в верхней, средней и нижней частях, в которых расположены электронные датчики уровня, соединенные 5 с двумя счетчиками, к которым присоединен и генератор тактовых импульсов.

На фиг,1 представлена схема гидродинамического нивелира; на фиг.2 — трехуровневая модификация приемной головки, Гидродинамический нивелир содержит питательную емкость 1, соединенную шлангом 2, имеющим кран 3, с передающей головкой 4, расположенной на пункте 6.

Передающая головка 4 связана шлангом 7, имеющим на конце кран 8 с капилляром 9, присоединенным к приемной головке 10, установленной на пункте 11. Приемная головка 10 имеет сужения в нижней части 12 и в верхней части 13, в которых расположены электронные датчики 14 и 15 уровня соответственно, электрически соединенные со счетчиком 16 импульсов, к которому также подключен генератор 17 импульсов, Трехуровневая приемная головка (фиг.2) состоит из емкости 18, имеющей сужения в верхней

19, средней 20 и нижней 21 частях, в которых расположены датчики уровня 22,23 и 24 соответственно. К нижней части 21 головки присоединен капилляр 25, соединенный шлангом, имеющим кран с передающей головкой (не показано). Верхний 22 и средний

23 датчики соединены с первыми входами счетчиков 26 и 27 соответственно. Нижний датчик 24 соединен со вторыми входами счетчиков 26 и 27, Генератор 28 тактовых импульсов соединен с третьими входами счетчиков 26 и 27.

Гидродинамический нивелир работает следующим образом. В исходном состоянии краны 3 и 8 закрыты, в головках 4 и 10 жидкость отсутствует, а в питательной емкости 1 имеется. Наблюдатель открывает кран

3 и держит его открытым до тех пор, пока некоторая малая часть жидкости не выльется из верхней части 5 головки 4, После этого проходящими через датчики уровней 14 и 15 из верхней головки в нижнюю. Время перетекания жидкости обратно пропорционально превышению между пунктами 6 и 11,Зная зависимость времени перетекания от превышения, которую целесообразно опреде1751642 (3) лять экспериментально и, измерив время перетекания, можно определить превышение.

Приведем характерные численные данные. Объем жидкости в 1 л перетекает через трубку диаметром 10 мм с капилляром диаметром 3 мм с высоты 1 м за 10 с, При частоте импульсов в 10 кГц точность определения превышений составляет величину 1 мм и выше при крутизне преобразования

0,2 с на 10 см высоты.

При использовании приемной головки, показанной на фиг,2, работа осуществляется аналогичным образом, с тем отличием, что счетчик 27 фиксирует время подъема жидкости от датчика уровня 24 до датчика уровня 23, а счетчик 26 от датчика уровня 24 до датчика уровня 22.

Таким образом, за один прием определяется время перетекания двух, в простейшем случае одинаковых. объемов, причем объем между датчиками 22 и 23 наполняется перепадом давлений, вызванным превышением между исходной точкой и точкой стояния приемной головки, меньшим на величину Л h, чем обьем между датчиками

23 и 24.

Разница времени наполнения вызванных объемов зависит от измеряемого превышения h. Действительно из формулы

Пуазейля следует что для первого объема я н, (1), 4 где — коэффициент вязкости жидкости;

1 — длина шланга соединяющего головки (длина капилляра, поскольку его диаметр много меньше диаметра шланга);

R — внутренний радиус шланга (внутренний радиус капилляра);

V1 — объем перетекающей жидкости;

p — плотность жидкости;

g — постоянная силы тяжести;

tt — время перетекания объема жидкости.

Тогда для второго объема, расположенного выше на величину Л h

h-Л h=-, .(2) лВ pg tz

Разделив(2) на (1), получим, учитывая, что V>

=Vz

h — Лh c1

h tz

Отсюда h = - Л и,, (4)

t2 т где Л 1=tz-t>, tz — время наполнения верхнего объема:

55 друга по высоте измерительнои головки, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, входной патрубок измерительной головки выполнен в виде капилляра, каждый указатель уровня жидкости выполнен в виде электронного датчика и установлен внутри измерительной головки, причем диаметр участка измерительной головки, в котором установлен электронный датчик, меньше D, а измеритель временных интервалов выполнен в виде не менее чем одного счетчика импульсов, первый и второй входы которого соединены с соответствующими электронными датчиками, а третий вход подключен к введенному генератору импульсов.

t» — время наполнения нижнего объема.

Из формулы (4) следует, что для определения искомого превышения h достаточно знать лишь превышение ЛИ одного объема

5 над другим в приемной головке и измерить время tz и Л t, т.е. влияние таких факторов. как нестабильность g, g, R, I исключается, но при этом требования к точности определения разности Л t времени перетекания

10 возрастают на 1-2 порядка, что требует увеличивать частоту тактовых импульсов до 100 кГц+ 1 МГц по сравнению с базовой схемой.

В существенной мере здесь снижается и влияние температурных деформаций при15 емной головки, так как приемные объемы будут меняться одинаковым образом.

Полезный эффект от использования предлагаемого изобретения состоит в воз20 можности нивелирования на крутых склонах, например в горах или на бортах карьеров, обеспечивая при точности, соизмеримой с точностью нивелирования второго класса, выполняемого ввиду крутизны

25 склона длинными ходами с большим количеством станций, значительно более высокую производительность, в том числе при передаче отметок через высокие или глубокие препятствия, 30 - Формула изобретения

Гидродинамический нивелир, содержащий опорную головку и измерительную головку с диаметром О, соответственно выходной и входной патрубки которых сое0

35 динены между собой посредством шланга, выполненного с краном, и измеритель временных интервалов, измерительная головка выполнена не менее чем с двумя указателями уровня жидкости, расположен40 ными на измеренном расстоянии друг от

1751642

Составитель Т,Букреева

Техред М.Моргентал Корректор А.Осэуленко

Редактор А.Долинич

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 2686 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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