SU1174747A1 - Гидростатический нивелир - Google Patents

Abstract

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, отличающийс  тем, что, с целью расширени  диапазона измерений путем знакопеременных прев} 1шений из одной точки и повышени  точности измерений измерительный блок снабжен дополнительным манометрическим датчиком, подключённым через введенное запорное устройство к основному датчику и перераспределительно му устройству, эластична  мембрана и ограничительна  сетка которого выполнены выпукльа ш, причем начальный прогиб в центрах мембраны и сетки- соответствуют услрвно J I MOlKcl j I MOIKcIl где н(«lic величина перемещени  центра мембраны и сетки - коэффициент формы сетки} - жесткость сетки} р - плотность жидкости; I - ускорение свободного падени -; (П - эффективна  площадь мембраны (сетки){ максимальна  величина прем«кс вышени , а чувствительность дополнительного манометрического датчика 5в соответствует усло: вию к; МЙКС ;ЧП 5„ чувствительность основногде го манометрического дат- чика.

Description

Изобретение относитс  к геоде зическому приборостроению и предназначено в частности дл  определени  превышений между точками на местности . Известен гидростатический нивели содержащий два блока с устройствами дл  перераспределени  давлени  жидкости , включающими сосуды, заполнен ные жидкостью с удельным весом меньшим, чем у жидкости, заполн ющей основные сосуды, и снабженные мембранами и ограничительными сетка ми, причем ограничительные сеткиосновных и дополнительных сосудов установлены на одной высоте Cl J. Недостатками этого устройства  вл ютс  сложность его конструкции и значительна  материалоемкость вследствие использовани  в системе ртути и средств герметизации. Известен гидростатический нивели состо щий из двух одинаковых измерительных блоков о Каждьй блок включает датчик давлени  (манометр) перераспределительное устройство, выполненное в виде дополнительной емкости, снабженной верхней двойной стенкой с небольшим регулируемым зазором. Внутренн   стенка выполнен в виде тонкой эластичной оболочки (мембраны), а внешн   - в виде мелкой жесткой сетки. Вс . система запо нена жидкостью . Недостатком известного нивелира  вл етс  то, что с его помощью можно производить измерение только пол жительных превьш1ений на местности (контролируема  точка всегда должна быть ниже опорной). При отрицательных превьшени х мембрана перераспре делительного устройства под действи ем атмосферного воздуха хот  и прогибаетс  во внутрь, но высота столб . Кости в перераспределительном устройстве не измен етс , а следовательно , не измен етс  и давление в камере. Это происходит вследствие того, что при нулевом превышении по верхность мембраны находитс  на уровне периметра ее креплени . В св зи ,с этим при изменении отрицательных превышений необходимо либо переставить устройство, либо отсчет превышений вести путем регистрации изменени  давлени  жидкости в другом сосуде (в опорной точке). Следо вательно, наблюдателю либо потребуетс  переходить с точки на точку, либо наблюдателей должно быть, два, каждый из которых должен вести журнал съемки. Это усложн ет процесс измерени  и снижает точность работ. Целью изобретени   вл етс  расширение диапазона измерений путем знакопеременных превьш1ений из одной точки и повьш1енне точности измерений . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в гидростатическом нивелире , содержащем измерительный блок, выполненньй в виде манометрического 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, эластична  мембрана И ограничительна  сетка которого выполнены выпуклыми, причем начальный прогиб в центрах мембраны и сетки f соответствуют условию 17 f MdKcP/ -j /MdKcl ) где величина перемещени  центра мембраны и сетки; -коэффициент формы сетки-, -жесткость сетки-, - плотность жидкости; -ускорение свободного падеэффективна  площадь мембраны (сетки); ««кс максимальна  величина превышени , а чувствительность дополнительного манометрического датчика 5q соответствует условию где So - чувствительность основного манометрического датчика. На фиг.1 изображена схема устройства в положении нулевого превьш1ени  на фиг.2 - схема устройства при измерении положительного превышени J

а фиг.З - то же, при измерении отицательного превьшени .

Гидростатический нивелир состоит з перераспределительных устройств 1 и 2 и гибкого соединительного шлан- 5 га 3 заполненных рабочей жидкостью. На границе раздела жидкости и атмосферного воздуха в камере 4 перераспределительного устройства 1 уставов-, лены предварительно деформированна  О на величину f мембрана 5 и прилегающа  снаружи ограничительна  сетка 6, выполненна , например, в виде сферы, ограничивающей рабочую поверхность мембраны 5. В сетке 6 t5 имеютс  отверсти  дл  доступа воздуха в пространство между нею и мембраной . Размеры отверстий таковы, что они обеспечивают свободное перемещение воздуха и не оказьюают от- 20 рицательного действи  на технические характеристики нивелира. В камере 4 перераспределительного устройства 1 контролируемой точки размещен измерительный блок, вьшолнен- 25 ный в виде манометрических датчиков 7 и 8, шкалы которых проградуированы в единицах превышени . Датчик 7 чувствительнее датчика 8, соединен с запорным устройством 9, отре- 30 гулированным на нулевое (базовое) давление (Н g) соедин ющим датчик 7 с датчиком 8 и перераспределительном устройством 1. Это же давление прин то за нуль в датчике 8.

Аналогичной конструкции мембрана 5 и сетка 6 установлены в камере перераспределительного устройства 2.

На границе раздела жидкости и 40 атмосферного воздуха в перераспределительных устройствах могут быть установлены прилегающие одна к другой мембрана и сетка различного конструктивного исполнени . Например, мем- 45 брака включает основание, соединенное с периметром креплени  тонкой эластичной оболочкой {не показано) и др. Однако с цепью унификации перераспределительных устройств их же- 50 лательно выполнить одинаковыми.

Прибор работает следукнцим образом .

Перераспределительное устройство 1 устанавливаетс  в контролируемой 55 точке, а перераспределительное устройство 2 - в опорной точке на местности . При положительном превышении.

перераспределительное устройство 1 расположено ниже перераспределительнего устройства 2. Давление столба жидкости высотой передаетс  в камеру 4 перераспределительного устройства 1. При этом запорным устройством 9 отключаетс  датчик 7 и давление действует только на манометр 8, стрелка которого отклон етс  вправо от нулевого положени . Одновременно давление столба жидкости высотой +h передаетс - на мембрану 5 и сетку 6 и вызывает их совместную деформацию, пропорциональную текущей высоте столба жидкости. При этом в камере перераспределительного устройства 2 освобождаетс  некоторьй объем и-, поскольку жесткость мембраны 5 незначительна, под действием атмосферного давлени  она прогибаетс  на величину Л., , исключа  тем самым образование вакууметрического давлени . Сетка 6 перераспределительного устройства 2 в этом случае остаетс  в нейтральном положении (не работает).

При отрицательном превышении перераспределительное устройство 1 расположено выше перераспределительного устройства 2. Давление столба жидкости высотой -h передаетс  на мембрану 5 и сетку 6 перераспределительного устройства 2 и вызывает их совместную деформащ1ю, пропорциональную высоте столба жидкости -h. При этом в камере перераспределительного устройства 1 освобождаетс  некоторый объем и, поскольку жесткость мембраны 5 незначительна, под действием атмосферного воздуха она прогибаетс , измен етс  высота жидкости на величину Л. Запорное устройство 9 включает чувствительный датчик 7 и уменьшение высоты жидкости в камере Н g (пропорциональное измер емому превышению -Ьз.) фиксируетс  чувствительным манометром 7, стрелка которого отклон етс  от нулевого положени . Допустима  величина отрицательного превышени  ограничиваетс  величиной ,с перемещени  центра предварительно деформированной мембраны 5 перераспределительного устройства 1 до момента, когда ее поверхность станет на уровень с периметром креплени .

Работа прибора аналогична описанной и в том случае, когда манометры

ь

7 и 8 установлены в перераспреде- лительном устройстве 2.

Величина начального прогиба f мембраны и сетки, т.е. максимальное рассто ние от рабочей поверхности мембраны (сетки) до плоскости их креплени , должно больше текущих (рабочих) прогибов, т.е.

f М«кс 1 (1) где 7(цо,с текущие (рабочие)

прогибы.

Известно аналитическое выражение, определ ющее величину прогиба в центре плоской мембраны

PR

0,654

г) Et

где f - прогиб в центре плоской

мембраны (сетки)} R - радиус мембраны (сетки)j i - толщина мембраны (сетки)j Е - модуль упругости. Однако они малоприемлемы дл  расчета предварительно деформированных мембран (расчет получаетс - сложным и дает приближенный результат). Зна , что величина текущих перемещений центра предварительно деформированной мембраны Л под действием давлени  жидкости F pghA измен тс  пропорционально коэффициенту ее жесткости К, можно зацисать

Л. , (3) где f - плотность рабочей жидкости; - ускорение свободного падени ;

Л - эффективна  площадь мембраны;

hi - величина превышени . Отсюда

1,.

Однако жесткость К дл  мембран различной формы величина переменна . Так в случае, когда мембрана,работает в области малых перемещений (ее максимальный прогиб не превышает 1/4 -толщины мембраны)к ее расчету применима линейна  теори  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, напри1747476

мер, К - коэффициент формы сетки (так как при деформации гибка  мембрана всегда принимает форму сетки ) . 5 Тогда ,

A-f

(}

10 или

,i . лб)

Зна  f.f t можно установить f15 величину начального прогиба (выпуклость ) мембраны и сетки из услови 

|- 1м«кс| i

(т)

где максимальна  величина првьшени .

Кроме того, зна  можно определить необходимую чувствительность дополнительного манометрического датчика 7.

Зависимость между отклонением у подвижной системы монометрйческого датчика и измер емой величиной х носит линейный характер.

Дл  основного и дойолнцтельного датчиков можно записать

ц,

,

8

Дл  чувствительности датчиков имеем

9

Vv

О)

поскольку перва  производна  от характеристики шкалы  вл етс  чувствительностью датчика котора  характеризуетс  коэффициентом пропорциональности а,

5j -- /

(о)

Подставив значени  а и а из уравнени  (8) и (9), получаем

Vi

01)

й Прин в отклонени  подвижной системы основного и дополнительного датчиков равными (у- У) при измерении одного и того же по абсолютно . величине превышени  ih|, получаем 5 h а так как Я , то Форма выпуклости мембраны и се-пс может быть любого конструктивного и полнени , например в виде цилиндра, полусферы, конуса и т.п., поскольку при измерении отрицательных превышений величина гидростатического давлени  не зависит от формы сосуда, а определ етс  высотой столба жидкости в нем. По сравнению с известным предлагаемое устройство упрощает процесс нивелировани  путем измерени  знакопеременных превышений из одной точки, обеспечивает возможность выполнени  работ одним наблюдением, повышает производительность при верти1сальной съемке местности в 1,5-2 раза.

Claims (1)

1. 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, о т л и чающий с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений путем знакопеременных превышений из одной точки и повышения точности измеренийизмерительный блок снабжен дополнительным манометрическим датчиком, подключённым через введенное запорное устройство к основному датчику и перераспределительно му устройству, эластичная мембрана и ограничительная сетка которого выполнены выпукльми, причем начальный прогиб в центрах мембраны и сетки-£ соответствуют условно

   Нмсякс1^7/й~~ где Л_макс- величина перемещения центра мембраны и сетки} £ - коэффициент формы сетки} к - жесткость сетки; f> - плотность жидкости;

   - ускорение свободного падения}

   А - эффективная площадь мембраны (сетки);

   Ь_мйкс- максимальная величина превышения, а чувствительность дополнительного манометрического датчика 5^ соответствует условию £

   где

   S_o - чувствительность основного манометрического датчика.

   ..SU ,„1174747