CN103968806A - 液态金属液滴电子水平仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及测量工具领域，公开了一种液态金属液滴电子水平仪，包括绝缘密闭管道，其内装有非电解质溶液和液态金属液滴，液态金属液滴在非电解质中形成球状结构；在绝缘密闭管道内壁平行设置电阻率不同的第一电阻板和第二电阻板，两个电阻板通过液态金属液滴相连；第一电阻板和第二电阻板与电源连接，形成电路回路；信号处理装置设置在电路上，获取并分析电信号，确定液滴偏移量，从而确定水平程度。具有结构简单，加工容易，测量结果准确、显示直观的优点，而且造价低廉，易于集成。液态金属液滴在升温时体积变化不明显，避免了气泡水平仪中气泡大小随温度变化对读数的影响；由于电阻值连续无级变化，能够实现无级测量。
Description
技术领域
本发明涉及测量工具领域，具体的说涉及一种液态金属液滴电子水平仪。
背景技术
水平仪从过去简单的气泡水平仪到现在的电子水平仪是自动化和电子测量技术发展的结果。作为一种检测工具，它已成为土木工程、工业自动化、石油钻井、智能平台、机械加工等领域不可缺少的重要测量工具。目前水平仪的主要种类有气泡水平仪、电子水平仪以及数字水平仪等。
气泡水平仪常用的条式水平仪和框式水平仪两种。此类水平仪利用水平恒定的原理以水准管水准器直接显示角位移，主要部分是水准器，水准器是在密闭的玻璃管中封装有***或酒***体，只留一个气泡，并在管上刻有刻度线：调整后的水平仪，当基座底面水平时，管中气泡位于管的正中间。将水平仪置于被测平面上时，可从气泡的偏移方向确定该面的倾斜情况。气泡水平仪操纵简单，水平情况可直接观察，用于粗略估计水平程度，但气泡的移动量用肉眼是难以分辨的，况且灵敏度高，也难以操作；另外，气泡的大小会随着环境温度变化，导致测量出现较大的误差；而且无法实现信号反馈与自动调节功能。
电子式水平仪，它用来测量高精度的工具机，如NC车床、铣床、切削加工机、三次元量床等床面，其灵敏度非常高。电子水平仪的主要原理有电感式和电容式等两种。电感式原理：当水平仪的基座因待测工件倾斜而倾斜时，其内部摆锤因移动所造成感应线圈的电压变化。电容式水平仪其测量原理为一圆形摆锤自由悬挂在细线，摆锤受地心重力所影响，且悬浮于无磨擦状况。摆锤的两边均设有电极且间隙相同时电容量是相等，若水平仪受待测工件所影响而造成，两间隙不同距离改变即产生电容不同，形成角度的差异。此类水平仪精度高，但由于具有传感器以及信号处理装置等导致结构较为复杂，造价成本相对较高。
数字水平仪基于传感器、数字信号处理、单片机技术的数字水平仪是当前倾角测试仪器数字化发展的方向。利用角度传感器敏感水平倾角,通过信号处理和单片机的控制、运算将倾角以数值的形式直接在数码管上显示或上传到计算机进行显示、处理,从而使角度测量变得方便、快捷,实现了倾角的高精度测量。但数字水平仪依旧存在结构复杂、造价高。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明的目的是如何提供结构简单，测量准确的水平仪。
（二）技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供液态金属液滴电子水平仪，其包括：绝缘密闭管道，其内装有非电解质溶液和液态金属液滴；电阻率不同的第一电阻板和第二电阻板，所述第一电阻板和第二电阻板平行设置于绝缘密闭管道内壁，通过所述液态金属液滴相连；电路，所述第一电阻板和第二电阻板接入电路中；信号处理装置，其设置在所述电路上，获取并分析电信号，确定水平程度。
其中，所述电路包括电源和导线，所述电源两极分别用所述导线与所述第一电阻和第二电阻连接。
其中，所述第一电阻板与电源正极连接，所述第二电阻板与电源负极连接。
其中，所述液态金属液滴为液态汞、金属镓或者镓基合金。
其中，所述第一电阻板和第二电阻板为直型片状电阻。
其中，所述第一电阻板和第二电阻板由非金属材料制成。
其中，所述第一电阻板和第二电阻板嵌入所述绝缘密闭管道内壁中。
其中，所述第一电阻板和第二电阻板设在所述绝缘密闭管道内壁上、下对应的位置。
（三）有益效果
本发明提供的液态金属液滴电子水平仪，包括绝缘密闭管道，其内装有非电解质溶液和液态金属液滴，液态金属液滴在非电解质中形成球状结构；在绝缘密闭管道内壁平行设置电阻率不同的第一电阻板和第二电阻板，两个电阻板通过液态金属液滴相连；第一电阻板和第二电阻板与电源连接，形成电路回路；信号处理装置设置在电路上，获取并分析电信号，确定所述水平仪的水平程度。绝缘密闭管道不处于水平状态时，由于重力作用，金属液滴在管道中产生偏移，接入电路中的电阻产生变化，通过测定电路中阻值变化来确定液态金属液滴所处的位置，从而确定水平程度。其原理与普通气泡水平仪的原理相似，根据重力原理，液态金属液滴位置随绝缘密闭管道水平程度的变化而变动；信号处理装置可以将测量结果转化成数字信号输出，集合了气泡水平仪和电子水平仪的优点，具有结构简单，加工容易，测量结果准确、显示直观的有益效果，而且造价低。液态金属液滴在升温或降温时体积变化不明显，克服气泡水平仪中气泡大小随温度变化对读数影响的问题，测量准确；由于电阻值连续无级变化，能够实现无级测量，测量结果精确；同时，绝缘密闭管道的半径可以制作得很小，易于集成。
附图说明
图1为本发明液态金属液滴电子水平仪的局部横向剖示图；
图2为本发明液态金属液滴电子水平仪的绝缘密闭管道纵向剖示图；
图中，1：绝缘密闭管道；2：第一电阻板；3：第二电阻板；4：液态金属液滴；5：电源；6：信号处理装置；7：导线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1和2所示，本发明液态金属液滴电子水平仪，包括：绝缘密闭管道1，在绝缘密闭管道1内封装有非电解质溶液和液态金属液滴4，液态金属液滴4的密度与非电解质溶液的密度不同，形成球状结构液滴，处于绝缘密闭管道中；第一电阻板2和第二电阻板3平行设置于绝缘密闭管道1的内壁，两电阻板的电阻率不同，两电阻板之间通过液态金属液滴4相连；电源5，第一电阻板2和第二电阻板3通过导线7分别与电源5的两极连接，形成电路回路；信号处理装置6，其设置在电路上，获取并分析电信号，确定液滴偏移量，并最终确定水平仪的水平程度。
本水平仪的原理是：在重力作用下，水平仪的绝缘密闭管道水平时，液态金属液滴处在管道的中部位置，信号处理装置获取相应的电信号；当绝缘密闭管道不处理水平时，液态金属液滴在重力的作用下产生偏移，并向管道两端相对低处运动，由于第一电阻板和第二电阻板的电阻率不相同，接入电路中的电阻值将随着偏移量的变化而变化，从而引起电信号的变化，通过对电信号进行分析，计算接入电路中电阻值的变化，确定绝缘密闭管道内液态金属液滴偏移量，并最终确定水平仪的水平程度。
进一步的，优选第一电阻板2与电源5的正极连接，第二电阻板3与电源5的负极连接。电源5与两电阻板的连接可以选择在两电阻板的同一端连接，也可以在相反的两端连接，其只需对信号分析装置的分析基础进行相应的调整。
进一步的，液态金属液滴优先采用液态汞、金属镓或者镓基合金液滴。镓金属合金优选镓铟合金或者镓铟锡合金。
进一步的，第一电阻板2和第二电阻板3采用不同电阻率的非金属材料制成，优先采用碳基薄膜电阻材料或者金属氧化膜电阻材料制成直型片状电阻板。采用非金属材料制成可以防止液态金属对电阻板的腐蚀。
进一步的，第一电阻板2和第二电阻板3平行固定于绝缘密闭管道中，优选将电阻板嵌入绝缘密闭管道1内壁中，使绝缘密闭管道1与第一电阻板2和第二电阻板3形成一体结构。
进一步的，优选第一电阻板2和第二电阻板3设在绝缘密闭管道1内壁的上、下对应的位置。
上述实施例所述的液态金属液滴电子水平仪，电阻率不相同的两个电阻接入电路中，两电阻之间利用液态金属液滴接通，利用液态金属液滴在重力作用下偏移的特性，接入电路中的电阻值随着金属液滴偏移发生改变，引起电路***号的变化，信号处理装置通过对电信号的分析确定液态金属液滴的偏移量，从而最终确定水平仪的水平程度。本水平仪是通过测定电路中阻值变化来确定液态金属液滴所处的位置，从而确定水平仪的水平程度。本水平仪的原理与普通气泡水平仪的原理相似，在重力作用下，液态金属液滴的位置随着绝缘密闭管道水平程度变化而变化；利用信号处理装置可以将结果转化成数字信号输出，集合了气泡水平仪和电子水平仪的优点，具有结构简单，加工容易，测量结果准确、显示直观的优点，而且造价低廉。液态金属液滴在升温或降温时体积变化不明显，克服气泡水平仪中气泡大小随温度变化对读数影响的问题，测量准确；由于电阻值连续无级变化，能够实现无级测量，提高测量精确度；同时，绝缘密闭管道的半径可以制作得很小，易于集成。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种液态金属液滴电子水平仪，其特征在于，其包括：
绝缘密闭管道，其内装有非电解质溶液和液态金属液滴；
电阻率不同的第一电阻板和第二电阻板，所述第一电阻板和第二电阻板平行设置于绝缘密闭管道内壁，通过所述液态金属液滴相连；
电路，所述第一电阻板和第二电阻板接入电路中；
信号处理装置，其设置在所述电路上，获取并分析电路的电信号，确定水平程度。
2.如权利要求1所述的液态金属液滴电子水平仪，其特征在于，所述电路包括电源和导线，所述电源两极分别用所述导线与所述第一电阻和第二电阻连接。
3.如权利要求2所述的液态金属液滴电子水平仪，其特征在于，所述第一电阻板与电源正极连接，所述第二电阻板与电源负极连接。
4.如权利要求1所述的液态金属液滴电子水平仪，其特征在于，所述液态金属液滴为液态汞、金属镓或者镓基合金。
5.如权利要求1所述的液态金属液滴电子水平仪，其特征在于，所述第一电阻板和第二电阻板为直型片状电阻。
6.如权利要求1所述的液态金属液滴电子水平仪，其特征在于，所述第一电阻板和第二电阻板由非金属材料制成。
7.如权利要求1所述的液态金属液滴电子水平仪，其特征在于，所述第一电阻板和第二电阻板嵌入所述绝缘密闭管道内壁中。
8.如权利要求1至7任一项所述的液态金属液滴电子水平仪，其特征在于，所述第一电阻板和第二电阻板设在所述绝缘密闭管道内壁上、下对应的位置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |