NL8701855A

NL8701855A - Spirit level with audible indication of horizontals - uses resistance measurements to detect position of gas bubble

Info

Publication number: NL8701855A
Application number: NL8701855A
Authority: NL
Original assignee: Themans B V
Priority date: 1987-08-06
Filing date: 1987-08-06
Publication date: 1989-03-01

Abstract

The level detecting device is set into the body (11) of the spirit level bar (1). It is a circular insert which can be rotated for calibration and locked into position by a clamping screw (12). The curved phial (2) which contains the liquid (3) and gas bubble (4) has three electrodes (5,6,7) set into its upper surface. A resistive bridge measuring device (8) detects the position of the gas bubble (4) by the varying impedance offered by the meniscus of the bubble. When the bubble is exactly on the mid-point between the two uppermost electrodes (6,7) the bridge balance circuit sounds an acoustic indicator, e.g. a piezo-electric buzzer (9).

Description

i *i *

NL 34.481-Vo/MvLNL 34.481-Vo / MvL

WaterpasLevel

De uitvinding heeft betrekking op een waterpas, voorzien van een, een vloeistof en een gasbel bevattende, libelle.The invention relates to a spirit level, provided with a dragonfly containing a liquid and a gas bubble.

Bij een bekende waterpas van dit type vormt de 5 libelle een visuele indicatie van de stand van de waterpas.With a known spirit level of this type, the 5 dragonfly forms a visual indication of the position of the spirit level.

Wanneer de zich in de libelle bevindende gasbel een bepaalde positie inneemt neemt de waterpas een horizontale stand aan.When the bubble in the dragonfly occupies a certain position, the spirit level assumes a horizontal position.

Een nadeel van deze bekende waterpas is, dat de libelle en de hierin aanwezige gasbel telkens goed zichtbaar 10 moeten zijn. Wanneer de waterpas echter wordt toegepast onder slechte lichtomstandigheden, of in nauwe ruimten, alwaar een goed zicht op de waterpas wordt belemmerd, is het waarnemen van de gasbel niet of nauwelijks mogelijk.A drawback of this known spirit level is that the dragonfly and the gas bubble present therein must always be clearly visible. However, when the spirit level is used under poor lighting conditions, or in narrow spaces, where a good view of the spirit level is obstructed, it is hardly possible to detect the gas bubble.

De uitvinding beoogt een waterpas van dit type te 15 verschaffen, waarbij dit nadeel op eenvoudige, doch niettemin doeltreffende wijze is opgeheven.The object of the invention is to provide a spirit level of this type, wherein this drawback is eliminated in a simple, yet effective manner.

Hiertoe bezit de waterpas volgens de uitvinding het kenmerk, dat deze middelen omvat voor het elektronisch bepalen van de horizontale stand.For this purpose, the spirit level according to the invention has the feature that it comprises means for electronically determining the horizontal position.

20 Naast de visuele indicatie van de stand van de waterpas bewerkstelligen de genoemde middelen een elektronische indicatie van de stand, met name de horizontale stand, van de waterpas.In addition to the visual indication of the position of the spirit level, the said means provide an electronic indication of the position, in particular the horizontal position, of the spirit level.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de water-25 pas volgens de uitvinding is deze voorzien van ten minste twee in de libelle reikende elektroden, waarvan de eerste elektrode zich op enige afstand van de gasbel bevindt, terwijl de tweede elektrode zich ter plaatse van en boven de gasbel bevindt, waarbij de vloeistof geleidend is en de elektroden 30 zijn aangesloten op een meetcircuit voor het meten van de elektrische weerstand tussen de elektroden.According to a preferred embodiment of the water pass according to the invention, it is provided with at least two electrodes reaching into the dragonfly, the first electrode of which is located at some distance from the gas bubble, while the second electrode is located at and above the gas bubble the liquid is conductive and the electrodes 30 are connected to a measuring circuit for measuring the electrical resistance between the electrodes.

Het door de gasbel in de libelle gevormde vloeistof oppervlak , de meniscus, bezit een zodanig gekromde vorm, dat, uitgaande van het midden van de gasbel de vloeistoffilm, 35 welke aanwezig is tussen de bovenwand van de libelle en de 8701855 -2- bovenzijde van de gasbel naar de randen van deze gasbel toe een toenemende dikte bezit. De elektrische weerstand tussen de elektroden is thans mede afhankelijk van de dikte van de vloeistoffilm ter plaatse van de zich boven de gasbel bevin-5 dende tweede elektrode. Een toename van de dikte van de vloeistoffilm. leidt tot een afname van de elektrische weerstand, terwijl een afname van de dikte van de vloeistoffilm omgekeerd leidt tot een toename van de elektrische weerstand. Een dergelijke toe- of afname van de vloeistoffilmdikte ter 10 plaatse van de tweede elektrode treedt op, wanneer de gasbel zich ten opzichte van de genoemde tweede elektrode verplaatst. Derhalve vormt de gemeten elektrische weerstand een maat voor de positie van de gasbel, en derhalve voor de stand van de waterpas. In de horizontale stand van de waterpas be-15 zit de elektrische weerstand tussen de beide elektroden een zekere vaste waarde, zodat het bereiken van deze waarde een aanduiding vormt voor het feit, dat de waterpas zich in de horizontale stand bevindt.The liquid surface formed by the gas bubble in the dragonfly, the meniscus, has a curved shape such that, starting from the center of the bubble, the liquid film, which is present between the top wall of the dragonfly and the top side of the bubble the gas bubble has an increasing thickness towards the edges of this gas bubble. The electrical resistance between the electrodes is now partly dependent on the thickness of the liquid film at the location of the second electrode located above the gas bubble. An increase in the thickness of the liquid film. leads to a decrease in the electrical resistance, while a decrease in the thickness of the liquid film inversely leads to an increase in the electrical resistance. Such an increase or decrease in the liquid film thickness at the location of the second electrode occurs when the gas bubble moves relative to said second electrode. Therefore, the measured electrical resistance is a measure of the position of the gas bubble, and therefore of the position of the spirit level. In the horizontal position of the spirit level, the electrical resistance between the two electrodes has a certain fixed value, so that reaching this value is an indication of the fact that the spirit level is in the horizontal position.

Volgens een verdere handige uitvoeringsvorm van de 20 uitvinding is het mogelijk, dat de waterpas tevens een derde elektrode bezit, waarbij de tweede en derde elektrode, gezien in de horizontale stand van de waterpas, zich symmetrisch ten opzichte van het midden van de gasbel boven deze gasbel bevinden, terwijl het meetcircuit een op zichzelf bekend meet-25 circuit omvat voor het vergelijken van de elektrische weerstand tussen de eerste en de tweede respectievelijk de eerste en de derde elektrode.According to a further convenient embodiment of the invention, it is possible that the spirit level also has a third electrode, the second and third electrode, viewed in the horizontal position of the spirit level, being symmetrical with respect to the center of the gas bubble above this gas bubble, the measuring circuit comprising a per se known measuring circuit for comparing the electrical resistance between the first and the second and the first and the third electrodes, respectively.

Door de toepassing van drie elektroden, waarbij twee elektroden zich symmetrisch ten opzichte van het midden 30 van de gasbel boven deze gasbel bevinden, is niet langer de absolute waarde van de elektrische weerstand van belang, doch slechts de verhouding van de elektrische weerstand tussen de eerste en de tweede respectievelijk de eerste en de derde elektrode. In de horizontale stand van de waterpas is de dik-35 te van de vloeistoffilm ter plaatse van de tweede en ter plaatse van de derde elektrode immers gelijk, zodat de elektrische weerstand tussen de eerste en de tweede elektrode respectievelijk de eerste en de derde elektrode eveneens gelijk zal zijn. Variaties van de grootte van de gasbel heb- 8701855 -3- % ben hierop geen invloed, zodat een waterpas volgens deze uitvoeringsvorm minder gevoelig is voor fabrikage toleranties.By using three electrodes, two electrodes being symmetrical with respect to the center of the bubble above this bubble, the absolute value of the electrical resistance is no longer important, but only the ratio of the electrical resistance between the first and the second and the first and third electrodes, respectively. In the horizontal position of the spirit level, the thickness of the liquid film at the location of the second and at the location of the third electrode is the same, so that the electrical resistance between the first and the second electrode and the first and the third electrode, respectively, is also the same. will be equal. Variations in the size of the gas bubble do not affect this, so that a spirit level according to this embodiment is less sensitive to manufacturing tolerances.

Verder is het handig, wanneer de libelle ten opzichte van het overige waterpasgedeelte instelbaar is. Dit 5 kan worden bereikt, door de libelle op te nemen in een draaibaar in de waterpas geplaatst huis, waarbij het aan het huis grenzende waterpasgedeelte is voorzien van een gradenverdeling. Op deze wijze is het mogelijk om de waterpas geschikt te maken voor het elektronisch bepalen van een van de hori-10 zontaai afwijkende stand.It is also useful if the dragonfly is adjustable relative to the other level section. This can be achieved by accommodating the dragonfly in a rotatably positioned house in the spirit level, the level portion adjoining the house being provided with a graduation. In this way it is possible to make the spirit level suitable for electronically determining a position which deviates from the horizon.

De waterpas volgens de uitvinding kan op een gunstige wijze zijn voorzien van een voorziening voor het, afhankelijk van zijn stand, afgeven van een akoestisch signaal, zoals een piëzo-elektrische triller of dergelijke. Op deze 15 wijze wordt een hoorbaar signaal afgegeven, dat aanduidt wanneer de waterpas de gewenste, in het algemeen horizontale, stand aanneemt.The spirit level according to the invention can advantageously be provided with a provision for, depending on its position, emitting an acoustic signal, such as a piezoelectric vibrator or the like. In this manner, an audible signal is issued, indicating when the spirit level assumes the desired, generally horizontal, position.

De uitvinding wordt hierna nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin een uitvoeringsvoorbeeld van de 20 waterpas volgens de uitvinding is weergegeven.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, in which an embodiment of the spirit level according to the invention is shown.

Figuur 1 toont een uitvoeringsvorm van het van een libelle voorziene gedeelte van'een waterpas volgens de uitvinding, enFigure 1 shows an embodiment of the leveled portion of a spirit level according to the invention, and

Figuur 2 geeft schematisch de werking weer van de 25 waterpas volgens figuur 1.Figure 2 schematically shows the operation of the spirit level according to Figure 1.

De in figuur 1 getoonde waterpas 1 is voorzien van een libelle 2, waarin zich een vloeistof 3 en een gasbel 4 bevinden.The spirit level 1 shown in figure 1 is provided with a dragonfly 2, in which a liquid 3 and a gas bubble 4 are present.

De waterpas 1 is voorzien van een aantal in de 30 libelle 2 reikende elektroden. Een eerste elektrode 5 bevindt zich op enige afstand van de gasbel 4, terwijl de tweede elektrode 6 en de derde elektrode 7 zich, gezien in de horizontale stand van de waterpas 1, symmetrisch ten opzichte van het midden van de gasbel 4 boven deze gasbel 4 bevinden.The spirit level 1 is provided with a number of electrodes reaching into the 30 dragonfly 2. A first electrode 5 is located at some distance from the gas bubble 4, while the second electrode 6 and the third electrode 7, seen in the horizontal position of the level 1, are symmetrical with respect to the center of the gas bubble 4 above this gas bubble 4 are located.

35 Hierbij zij opgemerkt, dat de waterpas 1 zich in figuur 1 in zijn horizontale stand bevindt. De elektroden 5, 6 en 7 zijn aangesloten op een meetcircuit 8, welk meetcircuit 8 tevens in verbinding staat met een voorziening 9 voor het afgeven van een akoestisch signaal, zoals een piëzo-elektrische 8701855 -4- Ί triller of dergelijke.It should be noted here that the spirit level 1 in figure 1 is in its horizontal position. The electrodes 5, 6 and 7 are connected to a measuring circuit 8, which measuring circuit 8 also communicates with a provision 9 for delivering an acoustic signal, such as a piezoelectric 8701855 -4-iller vibrator or the like.

De libelle 2 is ten opzichte van het overige waterpasgedeelte instelbaar. Hiertoe is de libelle 2 opgenomen in een huis 10, dat draaibaar is ten opzichte van het 5 overige waterpasgedeelte 11. Zoals zichtbaar is, bezit het waterpasgedeelte 11 een gradenverdeling, zodat met behulp van een slechts schematisch aangeduide vergrendelingsinrichting 12 het huis 10 in elke gewenste stand ten opzichte van het waterpasgedeelte 11. vastzetbaar is.The dragonfly 2 is adjustable relative to the other leveling section. For this purpose, the dragonfly 2 is accommodated in a housing 10, which is rotatable relative to the remaining leveling portion 11. As can be seen, the leveling portion 11 has a graduation, so that with the aid of a locking device 12, which is only schematically indicated, the housing 10 is in any desired position. position relative to the spirit level section 11. can be locked.

10 De werking van de waterpas volgens de uitvinding,The operation of the spirit level according to the invention,

Welke is getoond in figuur 1, wordt aan de hand van figuur 2 nader toegelicht.Which is shown in figure 1 is explained in more detail with reference to figure 2.

In de middenstand van de gasbel 4, welke is aangeduid door de doorgetrokken lijn, bevinden de elektroden 6 15 en 7 zich op een even grote afstand van het midden van de gasbel 4. De dikte van de vloeistoffilm ter plaatse van de beide elektroden.6, 7, die wordt bepaald door de afstand tussen de bovenwand van de libelle 2 en de plaatselijke bovenzijde van de gasbel 4 is gelijk (H1), hetgeen in figuur 20 2 duidelijk zichtbaar is. Wanneer de gasbel zich ten opzichte van de elektroden verplaatst, zoals is weergegeven door de stippellijn, verandert de dikte van de vloeistoffilm ter plaatse van beide elektroden 6 en 7. In de getoonde situatie is deze dikte ter plaatse van de elektrode 6 toegenomen tot 25 de waarde H3, terwijl de dikte ter plaatse van de elektrode 7 is afgenomen tot de waarde H2. Het wezen van de werking van de waterpas volgens de uitvinding berust nu op het feit, dat de elektrische weerstand tussen de elektrode 5 (zie fig.1) en een der elektroden 6 of 7 voornamelijk wordt bepaald door de 30 dikte van de vloeistoffilm ter plaatse van deze elektroden 6 of 7. Dit betekent, dat in de in figuur 2 getoonde middenstand (doorgetrokken lijn) van de gasbel 4 de elektrische weerstand tussen de elektroden 5 en 7 gelijk is. Bij een verandering van de positie van de gasbel 4 ten opzichte van de 35 elektroden 6 en 7 (gestippelde stand van de gasbel in fig.2) verandert tevens de dikte van de vloeistoffilm ter plaatse van deze elektroden, en derhalve tevens de genoemde elektrische weerstanden, of met andere woorden: in een van de middenstand afwijkende stand van de gasbel 4 (en dus ook van de 8701855 j -5- > waterpas) verschilt de weerstand tussen de elektroden 5 en 6 van de weerstand tussen de elektroden 5 en 7. Het verschil vormt een maat voor de afwijking van de stand van de waterpas ten opzichte van de horizontale stand (of bij een draaibaar 5 huis 10, ten opzichte van een gekozen andere stand).In the central position of the gas bubble 4, which is indicated by the solid line, the electrodes 6 and 7 are equally spaced from the center of the gas bubble 4. The thickness of the liquid film at the location of the two electrodes. 6 7, which is determined by the distance between the top wall of the dragonfly 2 and the local top side of the gas bubble 4 is equal (H1), which is clearly visible in figure 20 2. As the gas bubble moves relative to the electrodes, as shown by the dotted line, the thickness of the liquid film at the location of both electrodes 6 and 7 changes. In the situation shown, this thickness at the location of the electrode 6 has increased to value H3, while the thickness at the electrode 7 has decreased to the value H2. The essence of the operation of the spirit level according to the invention now rests on the fact that the electrical resistance between the electrode 5 (see fig. 1) and one of the electrodes 6 or 7 is mainly determined by the thickness of the liquid film on the spot of these electrodes 6 or 7. This means that in the middle position (solid line) of the gas bubble 4 shown in Figure 2, the electrical resistance between the electrodes 5 and 7 is equal. When the position of the gas bubble 4 with respect to the electrodes 6 and 7 (dotted position of the gas bubble in fig. 2) changes, the thickness of the liquid film at the location of these electrodes also changes, and therefore also the said electrical resistances , or in other words: in a position of the gas bubble 4 (and thus also of the 8701855 j -5-> spirit level) deviating from the middle position, the resistance between electrodes 5 and 6 differs from the resistance between electrodes 5 and 7. The difference forms a measure of the deviation of the position of the spirit level from the horizontal position (or with a rotatable housing 10, relative to a chosen other position).

Het meetcircuit 8, waarop de elektroden 5, 6 en 7 zijn aangesloten kan bestaan uit een elektronische schakeling voor het vergelijken van twee weerstanden door middel van een brugmeting. Aangezien bij deze wijze van meten slechts de 10 verhouding tussen de beide gemeten weerstanden wordt bepaald, bezit de grootte van de gasbel 4 geen invloed op het bepalen van de horizontale stand. Op niet nader getoonde wijze is het echter tevens mogelijk, dat een van de elektroden 6 of 7 achterwege is gelaten en het meetcircuit 8 de absolute waarde 15 van de elektrische weerstand tussen de elektrode 5 en de resterende andere elektrode 6 of 7 bepaalt. Hierbij is de grootte van de gasbel 4 wel _van invloed op he.t-bepalen van de horizontale stand, aangezien de dikte van de vloeistoffilm ter plaatse van de genoemde resterende elektrode tevens af-20 hankelijk is van de afmeting van de gasbel 4.The measuring circuit 8, to which the electrodes 5, 6 and 7 are connected, can consist of an electronic circuit for comparing two resistances by means of a bridge measurement. Since in this measuring method only the ratio between the two measured resistances is determined, the size of the gas bubble 4 has no influence on the determination of the horizontal position. However, in a manner not shown in detail, it is also possible that one of the electrodes 6 or 7 is omitted and the measuring circuit 8 determines the absolute value 15 of the electrical resistance between the electrode 5 and the remaining other electrode 6 or 7. The size of the gas bubble 4 does hereby influence the determination of the horizontal position, since the thickness of the liquid film at the location of the said remaining electrode also depends on the size of the gas bubble 4.

Voor het bepalen van een elektrische weerstand tussen de elektroden is het noodzakelijk, dat de vloeistof 3 elektrisch' geleidend wordt gemaakt, bijvoorbeeld door toevoeging van een zout, een zuur of een base, en dat op de elek-25 troden een spanning wordt aangebracht. Ten einde te voorkomen, dat ter plaatse van de elektroden elektrolyse-verschijnselen zullen optreden, die tot een ontleding van de vloeistof en/of gasvorming kunnen leiden, is het van voordeel, wanneer op de elektroden een wisselspanning wordt aangebracht. Verder 30 dienen de elektroden, om corrosie hiervan te voorkomen, te worden vervaardigd uit een inert materiaal, zoals grafiet of dergelijke.In order to determine an electrical resistance between the electrodes, it is necessary that the liquid 3 be made electrically conductive, for example by adding a salt, an acid or a base, and that a voltage is applied to the electrodes. In order to prevent electrolysis phenomena which will lead to decomposition of the liquid and / or gassing at the electrodes, it is advantageous if an alternating voltage is applied to the electrodes. Furthermore, to prevent corrosion thereof, the electrodes should be made of an inert material such as graphite or the like.

De plaatsing van de elektroden 5, 6 en 7 in de wand van de libelle 2 is zodanig, dat het naar de vloeistof 3 toe-35 gekeerde oppervlak van de elektroden glad aansluit op de binnenwand van de libelle 2, zodat deze elektroden geen belemmering vormen voor de beweging van de gasbel 4 in de vloeistof 3.The placement of the electrodes 5, 6 and 7 in the wall of the dragonfly 2 is such that the surface of the electrodes facing the liquid 3 adjoins the inner wall of the dragonfly 2 smoothly, so that these electrodes do not form an obstacle for the movement of the gas bubble 4 in the liquid 3.

Zoals reeds eerder is opgemerkt, staat het meet- 8701855 -6- circuit 8 tevens in verbinding met een akoestische voorziening 9. Hierbij kan de besturing van de akoestische voorziening zodanig zijn, dat deze een continue toon afgeeft wanneer de waterpas zich in de horizontale stand bevindt. Afwijkingen 5 van de horizontale stand kunnen dan bijvoorbeeld worden aangegeven door een intermitterend signaal, waarvan de snelheid en de frequentie veranderen naar mate de afwijking toeneemt en alnaargelang de richting van de afwijking.As previously noted, the measuring 8701855 -6 circuit 8 is also connected to an acoustic device 9. Here, the control of the acoustic device can be such that it emits a continuous tone when the spirit level is in the horizontal position located. Deviations from the horizontal position can then be indicated, for example, by an intermittent signal, the speed and frequency of which change as the deviation increases and according to the direction of the deviation.

Voor het bekrachtigen van het meetcircuit 8 is het 10 mogelijk, dat de waterpas 1 een, niet getoonde, batterij bezit. Daarnaast is het mogelijk, dat de libelle zelf als batterij is uitgevoerd, of dat als krachtbron een zonnecel wordt toegepast.For energizing the measuring circuit 8, it is possible for the level 1 to have a battery, not shown. It is also possible that the dragonfly itself is designed as a battery, or that a solar cell is used as the power source.

Ten slotte is het mogelijk, dat de waterpas zich-15 zelf in een bepaalde, stand uitschakelt. Deze stand kan bijvoorbeeld een meer dan 10 graden van de horizontaal afwijkende stand omvatten.Finally, it is possible for the spirit level to switch itself off in a certain position. This position can for instance comprise a position which deviates more than 10 degrees from the horizontally.

De uitvinding is niet beperkt tot de in het voorgaande beschreven uitvoeringsvorm, die binnen het kader van 20 de uitvinding op velerlei wijzen kan worden gevarieerd.The invention is not limited to the embodiment described above, which can be varied in many ways within the scope of the invention.

87018558701855

Claims

Spirit level, provided with a dragonfly containing a liquid and a gas bubble, characterized in that the spirit level comprises means for electronically determining the horizontal position.

Spirit level according to claim 1, characterized in that it comprises at least two electrodes extending into the dragonfly, the first electrode of which is located at some distance from the gas bubble, while the second electrode is located at and above the gas bubble 10, wherein the liquid is conductive and the electrodes are connected to a measuring circuit for measuring the electrical resistance between the electrodes.

3. Spirit level according to claim 2, characterized in that it also has a third electrode, wherein the second and third electrodes, viewed in the horizontal position of the spirit level, are symmetrical with respect to the center of the gas bubble above this gas bubble while the measuring circuit comprises a known per se measuring circuit for comparing the electrical resistance between the first 20 and the second and the first and third electrodes, respectively.

Spirit level according to claim 2 or 3, characterized in that an alternating voltage is applied to the electrodes.

5. Spirit level according to claim 4, characterized in that the electrodes are made of an inert material, such as graphite or the like.

Spirit level according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the dragonfly is adjustable relative to the remaining level portion.

7. Spirit level according to claim 6, characterized in that the dragonfly is accommodated in a rotatably placed house in the level, wherein the house or the level portion adjoining the house is provided with a graduation.

Spirit level according to any one of claims 1-7, characterized in that it is provided with a provision for, depending on its position, emitting an 8701855 "V-8" acoustic signal, such as a piezoelectric vibrator or the like .

9. Spirit level according to any one of claims 1-8, characterized in that it has a battery for energizing the means for electronically determining the horizontal position.

10. Spirit level according to claim 9, characterized in that the dragonfly is constructed as a battery.

11. Spirit level according to any one of claims 1-8, 10 ft. Characterized in that it contains a solar cell as power source.

Spirit level according to any one of claims 1-11, characterized in that it switches itself off in a specific position. 8701855