Die vorliegende Erfindung betrifft ein Neigungsmessgerät gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Neigungsmessgeräte arbeiten gewöhnlich mit einem Pendel. Hierbei gibt es die unterschiedlichsten Ausführungsarten.
Bekannt sind auch sogenannte Elektrolyt-Libellen. Diese sind bis auf eine kleine Gasblase mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit gefüllt. In die Gasblase ragt von beiden Seiten je ein Ende eines elektrischen Leiters. Sobald die Libelle aus dem Lot kommt, ändert sich infolge der Verschiebung der Gasblase der elektrische Messwert, wodurch feststellbar ist, dass die Libelle nicht mehr im Lot ist und nach welcher Seite sie sich neigt.
Ein Anwendungsbereich für Neigungsmessgeräte wäre in Nivelliergeräten gegeben, welche insbesondere im Hoch- und Tiefbau Verwendung finden. In diesen Nivelliergeräten sind aber bezüglich der Messgenauigkeit hohe Anforderungen gestellt. Beispielsweise in Laserstrahl-Nivelliergeräten, wo der aus dem Gerät austretende Laserstrahl in grösserer Entfernung durch einen Empfänger empfangen und sichtbar gemacht wird, wodurch grosse Flächen in die gewünschte Neigung gebracht werden können, führen schon kleine Neigungs-Abweichungen am Gerät zu unbrauchbar grossen Fehlmessungen beim Empfänger.
In solchen Geräten ist deshalb das Horizontieren und das Neigen voneinander getrennt worden. Im Gerät befindet sich eine bewegliche Messplatte, mit welcher die Laserebene verbunden ist. Wird nun das Gerät auf unebenem Gelände aufgestellt, horizontiert sich die Messplatte mit Hilfe von Elektrolyt-Libellen. Um nun die Laserebene zu neigen, ist zwischen der Messplatte und der Laserebene eine mechanische Verstelleinrichtung angeordnet. Diese Mechanik ist, insbesondere wenn die Laserebene in zwei rechtwinklig zueinander stehenden Achsen geneigt werden soll, sehr kompliziert und muss mit grösster Präzision hergestellt werden.
Die Erfindung bezweckt ein Neigungsmessgerät zu schaffen, welches sehr präzis und zuverlässig arbeitet und dennoch einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Die erfindungsgemässe Lösung entspricht dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.
Das Neigungsmessgerät arbeitet sehr genau und eignet sich deshalb vorzüglich für den Einbau in Nivelliergeräte, wo es sowohl die selbsttätige Horizontierung als auch die Neigung der Messebene übernimmt. Wird nun ein Nivelliergerät, welches mit dem erfindungsgemässen Neigungsmessgerät ausgestattet ist, auf einer Baustelle aufgestellt, horizontiert sich die Messebene automatisch oder sie stellt sich direkt in die mittels einer Tastatur eingegebene Neigung. Es ist hier also nicht mehr erforderlich, dass das Gerät erst in die Waagerechte gebracht wird, wonach von hier aus in einem zweiten Schritt mechanisch die Neigung der Messebene vorgenommen wird. Das Neigungsmessgerät ersetzt hier also sowohl die bisherige Horizontierungseinrichtung als auch die Neigungseinrichtung.
Nachfolgend werden anhand der Zeichnungen zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Neigungsmessgerätes näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des Neigungsmessgerätes im Schnitt,
Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Neigungsmessgerätes, ebenfalls im Schnitt, und
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2.
Aus Fig. 1 ist die Funktionsweise des erfindungsgemässen Neigungsmessgerätes ersichtlich. Das Gefäss 1 weist hier einen U-förmigen Querschnitt auf, wobei in den beiden U-Schenkeln 2 und 3 je ein Stromaufnahme-Element 4 bzw. 5 angeordnet ist, welches aus einem senkrecht vom Boden zum Deckel des Gefässes führenden Draht besteht. Die Stromzufuhr 6 befindet sich im waagerechten mittleren U-Schenkel und leitet einen Wechselstrom in die Flüssigkeit 7. Das Gehäuse ist mindestens an seiner der Flüssigkeit zugewandten Innenseite nicht leitend, während die Flüssigkeit elektrisch leitend ist. Die Durchtritte der Stromaufnahme-Elemente 4 und 5 sowie der Stromzufuhr 6 durch die Gehäusewand sind isoliert.
Die beiden Stromaufnahme-Elemente 4 und 5 sind mit einer Auswertungseinrichtung 8 verbunden. Indem die aufgenommene Strommenge, im Sinne einer elektrischen Widerstandsmessung, der Auswertungseinrichtung 8 zugeleitet wird, ist in dieser, je nach der Strommenge, welche von einem Stromaufnahme-Element aufgenommen wird, die dortige Höhe des Flüssigkeitsstandes feststellbar. Je höher der Wert, der bei der Auswertungseinrichtung 8 gemessen wird, desto höher wird der Flüssigkeitsstand beim entprechenden Stromaufnahme-Element sein.
Durch Vergleich der Höhe des Flüssigkeitsstandes in den beiden U-Schenkeln kann in der Auswertungseinrichtung 8 die Neigung der Achse X-X errechnet werden, bzw. festgestellt werden, ob sich das Gefäss 1 in der Waagerechten befindet.
Denkbar wäre es auch, nur auf einer Seite des Gefässes 1 ein Stromaufnahme-Element 4 vorzusehen, wobei jeder Flüssigkeitsstand einer bestimmten Neigung entsprechen würde. Der Vorteil von zwei einander gegenüberliegenden Stromaufnahme-Elementen ist insbesondere darin zu sehen, dass hierbei die Neigung aus dem Höhenunterschied zwischen den beiden Flüssigkeitsständen errechenbar ist. Dieser Höhenunterschied bleibt auch dann unverändert, wenn sich die Flüssigkeit 7, oder das Gefäss 1 in dem sie sich befindet, infolge Temperaturschwankungen ausdehnt oder zusammenzieht. Bei nur einem Stromaufnahme-Element 4 würde das Messergebnis in diesem Fall verfälscht werden.
Zur Feststellung der Neigung auch in einer zweiten Achse, welche rechtwinklig zur Achse X-X steht, kann ein zweiter U-förmiger Gefässteil vorgesehen werden, der im Bereich des U-Mittelsteges mit dem vorgehend beschriebenen Gefäss verbunden ist, wie dies in der Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist. Es ist jedoch auch denkbar zwei völlig getrennte, rechtwinklig zueinander stehende Messachsen vorzusehen.
In den Fig. 2 und 3 ist ein ringförmiges Gefäss 1 mit zwei konzentrischen Gefässwänden 8 und 9 dargestellt. Die Neigung ist hier in zwei rechtwinklig zueinander stehenden Achsen X-X und Y-Y messbar. Ist die eine Achse X-X geneigt, wird das Messergebnis in der zweiten Achse Y-Y in keiner Weise beeinträchtigt. Das Gefäss 1 muss jedoch nicht unbedingt, wie hier dargestellt, kreisrund sein. Es sind auch mehreckige Lösungen denkbar.
Die entlang zweier sich rechtwinklig kreuzenden Achsen befindlichen Stromaufnahme-Elemente-Paare 4 und 5 bzw. 10 und 11 sind so im ringförmigen Gefäss angeordnet, dass sie jeweils senkrecht parallel zur äusseren Gefässwand 8 verlaufen. Die Stromzufuhr 6 besteht aus einer der inneren Gefässwand 8 folgenden Leitung. Auf diese Weise herrschen für alle vier Stromaufnahme-Elemente 4, 5, 10 und 11 dieselben Bedingungen in bezug auf die Distanz zur Stromzufuhr.
Denkbar ist darüberhinaus auch ein Temperaturfühler vorzusehen, mittels dem die Temperatur der Flüssigkeit 7 feststellbar ist, wodurch in der Auswertungseinrichtung 8 die über die Stromaufnahme-Elemente 4 und 5 bzw. 10 und 11 gemessenen Werte abhängig von der Temperatur einer bestimmten Neigung zugeordnet werden können. Ein so ausgestattetes Neigungsmessgerät würde unabhängig von den am Einsatzort herrschenden Temperaturen exakte Messungen liefern.
The present invention relates to an inclinometer according to the preamble of claim 1.
Inclinometers usually work with a pendulum. There are a wide variety of designs.
So-called electrolyte vials are also known. Apart from a small gas bubble, these are filled with an electrically conductive liquid. One end of an electrical conductor protrudes from both sides into the gas bubble. As soon as the level comes out of line, the electrical measured value changes due to the displacement of the gas bubble, whereby it can be determined that the level is no longer in line and which side it is leaning towards.
One area of application for inclinometers would be in leveling devices, which are used in particular in civil engineering. In these leveling devices, however, high demands are placed on the measuring accuracy. For example, in laser beam leveling devices, where the laser beam emerging from the device is received and made visible by a receiver at a greater distance, whereby large areas can be brought into the desired inclination, even small inclination deviations on the device lead to unusually large incorrect measurements at the receiver .
In such devices, leveling and tilting have therefore been separated from one another. There is a movable measuring plate in the device with which the laser plane is connected. If the device is now set up on uneven terrain, the measuring plate is leveled using electrolyte vials. In order to incline the laser plane, a mechanical adjustment device is arranged between the measuring plate and the laser plane. This mechanism is very complicated, especially if the laser plane is to be inclined in two axes perpendicular to one another, and has to be manufactured with the greatest precision.
The invention aims to provide an inclination measuring device which works very precisely and reliably and is nevertheless simple and inexpensive to manufacture.
The solution according to the invention corresponds to the characterizing part of patent claim 1.
The inclinometer works very precisely and is therefore particularly suitable for installation in leveling devices, where it takes over both the automatic leveling and the inclination of the measuring plane. If a leveling device, which is equipped with the inclinometer according to the invention, is now set up on a construction site, the measuring level is leveled automatically or it is placed directly in the inclination entered by means of a keyboard. It is therefore no longer necessary here for the device to be brought into the horizontal position first, after which, in a second step, the measuring plane is mechanically inclined from here. The inclinometer thus replaces both the previous leveling device and the inclination device.
Two exemplary embodiments of the inclinometer according to the invention are described in more detail below with reference to the drawings.
1 shows a first embodiment of the inclinometer in section,
Fig. 2 shows a second embodiment of the inclinometer, also in section, and
FIG. 3 shows a top view of the exemplary embodiment according to FIG. 2.
The functioning of the inclinometer according to the invention can be seen from FIG. The vessel 1 here has a U-shaped cross-section, with a current consumption element 4 and 5 being arranged in each of the two U-legs 2 and 3, which consists of a wire leading perpendicularly from the bottom to the lid of the vessel. The power supply 6 is located in the horizontal middle U-leg and conducts an alternating current into the liquid 7. The housing is non-conductive, at least on its inside facing the liquid, while the liquid is electrically conductive. The passages of the current consumption elements 4 and 5 and the current supply 6 through the housing wall are insulated.
The two current consumption elements 4 and 5 are connected to an evaluation device 8. By supplying the amount of current consumed, in the sense of an electrical resistance measurement, to the evaluation device 8, the level of the liquid level there can be determined, depending on the amount of current which is absorbed by a current-absorbing element. The higher the value that is measured in the evaluation device 8, the higher the liquid level will be in the corresponding current consumption element.
By comparing the height of the liquid level in the two U-legs, the inclination of the axis X-X can be calculated in the evaluation device 8 or it can be determined whether the vessel 1 is in the horizontal.
It would also be conceivable to provide a current absorption element 4 on only one side of the vessel 1, each liquid level corresponding to a certain inclination. The advantage of two opposing current consumption elements can be seen in particular in that the inclination can be calculated from the height difference between the two liquid levels. This difference in height remains unchanged even if the liquid 7, or the vessel 1 in which it is located, expands or contracts as a result of temperature fluctuations. With only one current consumption element 4, the measurement result would be falsified in this case.
To determine the inclination also in a second axis, which is perpendicular to the axis XX, a second U-shaped vessel part can be provided, which is connected to the vessel described above in the area of the U-center web, as shown in dashed lines in FIG. 1 is indicated. However, it is also conceivable to provide two completely separate measuring axes at right angles to one another.
2 and 3, an annular vessel 1 with two concentric vessel walls 8 and 9 is shown. The inclination can be measured in two axes X-X and Y-Y that are perpendicular to each other. If the one axis X-X is inclined, the measurement result in the second axis Y-Y is in no way impaired. However, the vessel 1 does not necessarily have to be circular, as shown here. Polygonal solutions are also conceivable.
The current consumption element pairs 4 and 5 or 10 and 11 located along two axes crossing at right angles are arranged in the annular vessel in such a way that they each run perpendicularly parallel to the outer vessel wall 8. The power supply 6 consists of a line following the inner vessel wall 8. In this way, the same conditions prevail with regard to the distance to the power supply for all four power consumption elements 4, 5, 10 and 11.
It is also conceivable to provide a temperature sensor by means of which the temperature of the liquid 7 can be determined, as a result of which, in the evaluation device 8, the values measured via the current consumption elements 4 and 5 or 10 and 11 can be assigned to a specific inclination depending on the temperature. An inclinometer equipped in this way would deliver exact measurements regardless of the temperatures prevailing at the place of use.