CN105021165A - 具有自动补排水功能的静力水准仪系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有自动补排水功能的静力水准仪系统，自动补排水装置包括水箱（3）、控制器（4）、数据采集组件和电磁阀（5），水箱（3）通过连通管连接于静力水准仪或通液管（2）上，电磁阀（5）设置于连通管上，数据采集组件与控制器（4）的采样信号输入端相连，控制器（4）的控制信号输出端分别与供水泵及电磁阀（5）相连。通液管（2）采用加粗通液管。本发明能够实现液位和温度的自动检测，并自动与经验值比对，实现自动化补水或排水，智能化程度高，使用方便。加粗了通液管的直径，储液桶内的液体流入通液管时的阻力大大减少，同时也保证了通液管内液体的流速，提高了静力水准仪系统的响应速度，实现了动态测量。

Description

具有自动补排水功能的静力水准仪系统

技术领域

本发明涉及一种具有自动补排水功能的静力水准仪系统。

背景技术

静力水准系统是测量两点或多点间相对沉降的精密仪器，主要用于隧道、大坝、核电站、高层建筑、基坑、桥梁、地铁等垂直位移和倾斜的监测。静力水准系统一般安装在被测物体等高的测墩上或被测物体墙壁等高线上，在使用中，多个静力水准仪的储液桶之间通过通液管连通，浮子位置随液位的变化而同步变化，每一个储液桶的液位由位移计测出，由此可测出各静力水准仪的液位变化量。

传统静力水准仪系统存在以下两方面缺点：

（1）长期使用后，静力水准仪系统内的水分会不断蒸发，储液桶内的液位将不断下降，直至超出静力水准仪量程（液位过低、落入“死区”），一旦超出量程位移计将无法正常读取液位及液位变化量，将直接导致静力水准仪系统陷入瘫痪，造成巨大安全隐患。这种缺陷在高温、干燥的使用环境下尤为突出。

（2）传统静力水准仪系统中使用的连通于储液桶之间的通液管很细，虽然这种通液管受管体热胀冷缩的影响较小，但是由于储液桶与通液管的直径比很大：一方面，储液桶内的液体流入通液管时的阻力较大，直接影响了静力水准仪系统的响应速度；另一方面，通液管的直径很小，很大程度上限制了通液管内液体的流速，这也将直接影响静力水准仪系统的响应速度。因此传统静力水准仪系统的响应速度非常慢，只能做到静态测量。

对于公路桥、铁路桥等工程项目而言，要求静力水准仪系统具有较高的响应速度，才能更准确地测出车辆行驶过程中桥体的沉降及变形情况。

为了提高静力水准仪系统的响应速度，实现动态测量，我们考虑将通液管的直径尽量做大，使通液管的直径大于、等于或略小于储液桶的直径，这样一来，储液桶内的液体流入通液管时的阻力将大大减少，同时也保证了通液管内液体的流速。

增大通液管直径的方法提高了静力水准仪系统的响应速度，可实现动态测量。然而，随着通液管直径的增大，通液管管体受热胀冷缩的影响加剧，通液管管体受热膨胀容积变大，会使储液桶内的液位大幅下降，很容易就超出了静力水准仪的量程（液位过低、落入“死区”）；通液管管体受冷收缩会挤压通液管内的液体，使储液桶内的液位大幅上升，很容易就超出了静力水准仪的量程（液位过高、落入“死区”）。一旦超出量程，位移计将无法正常读取液位及液位变化量，将直接导致静力水准仪系统陷入瘫痪，造成巨大安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有自动补排水功能的静力水准仪系统，在储液桶内液位过低时自动补水，在储液桶内液位过高时自动排水。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：具有自动补排水功能的静力水准仪系统，包括多个静力水准仪和至少一个自动补排水装置，各静力水准仪的储液桶之间均通过通液管相连；自动补排水装置用于根据储液桶内的液位高度自动向储液桶内补水或自动将储液桶内的水排出。

所述的自动补排水装置包括至少一个水箱、限位排水孔和补水组件，限位排水孔设置于储液桶的壁上，限位排水孔通过排水管与水箱相连；补水组件包括补水管、浮子、与浮子相匹配的固定罩，补水管的一端与水箱相连，另一端连接固定罩，浮子设置于固定罩下方的导向槽内。

所述的自动补排水装置包括至少一个水箱、控制器、数据采集组件、水泵和至少一个电磁阀，水箱通过连通管连接于静力水准仪或通液管上，电磁阀设置于连通管上，数据采集组件与控制器的采样信号输入端相连，控制器的控制信号输出端分别与水泵及电磁阀相连。

所述的水泵为设置于水箱内的供水泵。

所述的水泵为设置于水箱内的供水泵、设置于水箱内的排水泵。排水泵也可以设置于储液桶底部或通液管内。

所述的通液管采用加粗通液管，通液管的直径大于、等于或略小于储液桶的直径。

所述的数据采集组件为储液桶液位检测组件，储液桶液位检测组件包括设置于各静力水准仪上的储液桶液位检测器，各储液桶液位检测器均与控制器的采样信号输入端相连；所述的控制器内设置有平均液位计算模块和补排水分析模块：平均液位计算模块用于根据各储液桶液位检测器测得的液位结果取得平均液位值；补排水分析模块用于将平均液位值分别与预设的补水液位阈值及排水液位阈值进行比较，当平均液位值低于补水液位阈值时，控制器控制启动供水泵、打开电磁阀，系统补水；当平均液位值高于排水液位阈值时，控制器控制启动排水泵、打开电磁阀，系统排水。

所述的储液桶液位检测器为设置于静力水准仪上的用于检测储液桶内液位高度的位移计。

所述的储液桶液位检测器为设置于静力水准仪上的用于拍摄储液桶内液位高度的摄像头，所述的储液桶上设置有与摄像头配合使用的刻度标记。

所述的数据采集组件为温度检测组件，温度检测组件为电子温度计，电子温度计与控制器的采样信号输入端相连；所述的控制器内设置有补排水分析模块，补排水分析模块用于将电子温度计测得的温度值分别与预设的补水温度阈值及排水温度阈值进行比较，当温度值超过补水温度阈值时，控制器控制启动供水泵、打开电磁阀，系统补水；当温度值超过排水温度阈值时，控制器控制启动排水泵、打开电磁阀，系统排水。

所述水箱的数量为一个或多个，水箱通过连通管与其相应的储液桶的底部相连。

至少一个储液桶的壁上设置有限位排水孔，限位排水孔通过排水管与水箱相连。

本发明的有益效果是：

1）当储液桶内液位过低时能够自动补水（可通过供水泵补水或通过补水管、固定罩配合浮子实现补水），在储液桶内液位过高时能够自动排水（可通过排水泵排水或通过限位排水孔排水），保证液位在静力水准仪的量程之内，避免液位落入静力水准仪“死区”，保证静力水准仪系统正常读取液位及液位变化量，避免安全隐患。

2）能够实现液位和温度的自动检测，并自动与经验值比对，实现自动化补水或排水，智能化程度高，使用方便。

3）加粗了通液管的直径，储液桶内的液体流入通液管时的阻力大大减少，同时也保证了通液管内液体的流速，提高了静力水准仪系统的响应速度，实现了动态测量。同时，为了解决通液管直径增大带来的更为明显的热胀冷缩问题，以及通液管的收缩、膨胀引起的液位超出静力水准仪量程的问题，本发明提供了一套外加的自动补排水装置，可在温度高、通液管膨胀、储液桶内液位过低时自动补水；在温度低、通液管收缩、储液桶内液位过高时自动排水，保证液位在静力水准仪的量程之内，避免液位落入静力水准仪“死区”，保证静力水准仪系统正常读取液位及液位变化量，避免安全隐患。

4）根据静力水准仪的量程，在储液桶壁上设置限位排水孔即可实现自动排水（类似盥洗盆原理），结构简单，实现成本低。

5）分析液位时对各静力水准仪储液桶液位检测器所采集到的液位数据进行求平均值计算，能够客观、可靠地体现系统整体液位。

6）储液桶液位检测器可采用设置于静力水准仪上的用于拍摄储液桶内液位高度的摄像头，客观地通过现场图像反映实际液位信息，可避免位移计可能存在的测量误差，检测结果更可靠。

附图说明

图1为本发明实施例一结构示意图；

图2为本发明实施例二结构示意图；

图3为本发明实施例三结构示意图；

图4为本发明实施例四结构示意图；

图5为本发明实施例五结构示意图；

图6为本发明实施例六结构示意图；

图7为本发明实施例七结构示意图；

图8为本发明实施例八结构示意图；

图中，1-储液桶，2-通液管，3-水箱，4-控制器，5-电磁阀，6-位移计，7-摄像头，8-电子温度计，9-限位排水孔，10-补水管，11-固定罩，12-浮子。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

【实施例1】如图1所示，具有自动补排水功能的静力水准仪系统，包括两个静力水准仪和一个自动补排水装置，静力水准仪包括位移计6和储液桶1，位移计6通过安装座固定安装在储液桶1上，两个静力水准仪的储液桶1之间通过通液管2相连；通液管2采用加粗通液管，通液管2的直径大于、等于或略小于储液桶1的直径。加粗了通液管2的直径，储液桶1内的液体流入通液管2时的阻力大大减少，同时也保证了通液管2内液体的流速，提高了静力水准仪系统的响应速度，实现了动态测量。

所述的自动补排水装置包括一个水箱3、控制器4、数据采集组件、水泵和电磁阀5，所述的数据采集组件为各静力水准仪自带的位移计6，水箱3通过连通管连接于储液桶1的底部，电磁阀5设置于连通管上，水箱3内设置有供水泵，各位移计6与控制器4的采样信号输入端相连，控制器4的控制信号输出端分别与供水泵及电磁阀5相连。

所述的控制器4内设置有平均液位计算模块和补排水分析模块：平均液位计算模块用于根据两个位移计6测得的液位结果取得平均液位值；补排水分析模块用于将平均液位值分别与预设的补水液位阈值及排水液位阈值进行比较，当平均液位值低于补水液位阈值时，控制器4控制启动供水泵、打开电磁阀5，系统补水；当平均液位值高于排水液位阈值时，控制器4控制打开电磁阀5，储液桶1内的水在重力作用下通过连通管流入水箱3内，系统排水。

【实施例2】如图2所示，具有自动补排水功能的静力水准仪系统，包括两个静力水准仪和一个自动补排水装置，两个静力水准仪的储液桶1之间通过通液管2相连；通液管2采用加粗通液管，通液管2的直径大于、等于或略小于储液桶1的直径。加粗了通液管2的直径，储液桶1内的液体流入通液管2时的阻力大大减少，同时也保证了通液管2内液体的流速，提高了静力水准仪系统的响应速度，实现了动态测量。

所述的自动补排水装置包括一个水箱3、控制器4、数据采集组件、水泵和电磁阀5，所述的数据采集组件为设置于各静力水准仪上的用于拍摄储液桶1内液位高度的摄像头7，储液桶1上设置有与摄像头7配合使用的刻度标记；水箱3通过连通管连接于储液桶1的底部，电磁阀5设置于连通管上，水箱3内设置有供水泵，储液桶1底部设有排水泵，各位移计6与控制器4的采样信号输入端相连，控制器4的控制信号输出端分别与供水泵、排水泵及电磁阀5相连。

所述的控制器4内设置有平均液位计算模块和补排水分析模块：平均液位计算模块用于根据两个摄像头7测得的液位结果取得平均液位值；补排水分析模块用于将平均液位值分别与预设的补水液位阈值及排水液位阈值进行比较，当平均液位值低于补水液位阈值时，控制器4控制启动供水泵、打开电磁阀5，系统补水；当平均液位值高于排水液位阈值时，控制器4控制启动排水泵、打开电磁阀5，系统排水。

【实施例3】如图3所示，具有自动补排水功能的静力水准仪系统，包括两个静力水准仪和一个自动补排水装置，两个静力水准仪的储液桶1之间通过通液管2相连；通液管2采用加粗通液管，通液管2的直径大于、等于或略小于储液桶1的直径。加粗了通液管2的直径，储液桶1内的液体流入通液管2时的阻力大大减少，同时也保证了通液管2内液体的流速，提高了静力水准仪系统的响应速度，实现了动态测量。

所述的自动补排水装置包括两个水箱3、控制器4、数据采集组件、水泵和两个电磁阀5，所述的数据采集组件为设置于各静力水准仪上的用于拍摄储液桶1内液位高度的摄像头7，储液桶1上设置有与摄像头7配合使用的刻度标记；两个水箱3分别通过连通管连接于储液桶1的底部，电磁阀5设置于连通管上，水箱3内设置有供水泵，排水泵也设置于水箱3内，各位移计6与控制器4的采样信号输入端相连，控制器4的控制信号输出端分别与供水泵、排水泵及电磁阀5相连。

所述的控制器4内设置有平均液位计算模块和补排水分析模块：平均液位计算模块用于根据两个摄像头7测得的液位结果取得平均液位值；补排水分析模块用于将平均液位值分别与预设的补水液位阈值及排水液位阈值进行比较，当平均液位值低于补水液位阈值时，控制器4控制启动供水泵、打开电磁阀5，系统补水；当平均液位值高于排水液位阈值时，控制器4控制启动排水泵、打开电磁阀5，系统排水。

【实施例4】如图4所示，具有自动补排水功能的静力水准仪系统，包括三个静力水准仪和一个自动补排水装置，静力水准仪包括位移计6和储液桶1，位移计6通过安装座固定安装在储液桶1上，三个静力水准仪的储液桶1之间均通过通液管2相连；通液管2采用加粗通液管，通液管2的直径大于、等于或略小于储液桶1的直径。加粗了通液管2的直径，储液桶1内的液体流入通液管2时的阻力大大减少，同时也保证了通液管2内液体的流速，提高了静力水准仪系统的响应速度，实现了动态测量。

所述的自动补排水装置包括一个水箱3、控制器4、数据采集组件和一个电磁阀5，所述的数据采集组件为各静力水准仪自带的位移计6，水箱3通过连通管连接于储液桶1的底部，电磁阀5设置于连通管上，水箱3内设置有供水泵，储液桶1的底部设有排水泵，各位移计6与控制器4的采样信号输入端相连，控制器4的控制信号输出端分别与供水泵、排水泵及电磁阀5相连。

所述的控制器4内设置有平均液位计算模块和补排水分析模块：平均液位计算模块用于根据三个位移计6测得的液位结果取得平均液位值；补排水分析模块用于将平均液位值分别与预设的补水液位阈值及排水液位阈值进行比较，当平均液位值低于补水液位阈值时，控制器4控制启动供水泵、打开电磁阀5，系统补水；当平均液位值高于排水液位阈值时，控制器4控制启动排水泵、打开电磁阀5，系统排水。

【实施例5】如图5所示，具有自动补排水功能的静力水准仪系统，包括两个静力水准仪和一个自动补排水装置，两个静力水准仪的储液桶1之间通过通液管2相连；通液管2采用加粗通液管，通液管2的直径大于、等于或略小于储液桶1的直径。加粗了通液管2的直径，储液桶1内的液体流入通液管2时的阻力大大减少，同时也保证了通液管2内液体的流速，提高了静力水准仪系统的响应速度，实现了动态测量。

所述的自动补排水装置包括一个水箱3、控制器4、电子温度计8和一个电磁阀5，水箱3通过连通管连接于储液桶1的底部，电磁阀5设置于连通管上，水箱3内设置有供水泵，通液管2内设有排水泵，电子温度计8与控制器4的采样信号输入端相连，控制器4的控制信号输出端分别与供水泵、排水泵及电磁阀5相连。

所述的控制器4内设置有补排水分析模块，补排水分析模块用于将电子温度计8测得的温度值分别与预设的补水温度阈值及排水温度阈值进行比较，当温度值超过补水温度阈值时，加粗的通液管2发生较严重的膨胀，储液桶1内的液位下降至量程下临界值，控制器4控制启动供水泵、打开电磁阀5，系统补水；当温度值超过排水温度阈值时，加粗的通液管2发生较严重的收缩，储液桶1内的液位上升至量程上临界值，控制器4控制启动排水泵、打开电磁阀5，系统排水。

【实施例6】如图6所示，具有自动补排水功能的静力水准仪系统，包括两个静力水准仪和一个自动补排水装置，静力水准仪包括位移计6和储液桶1，位移计6通过安装座固定安装在储液桶1上，两个静力水准仪的储液桶1之间通过通液管2相连；通液管2采用加粗通液管，通液管2的直径大于、等于或略小于储液桶1的直径。加粗了通液管2的直径，储液桶1内的液体流入通液管2时的阻力大大减少，同时也保证了通液管2内液体的流速，提高了静力水准仪系统的响应速度，实现了动态测量。

所述的自动补排水装置包括一个水箱3、控制器4、数据采集组件和一个电磁阀5，所述的数据采集组件为各静力水准仪自带的位移计6，水箱3通过连通管与通液管2相连，电磁阀5设置于连通管上，水箱3内设置有供水泵，各位移计6与控制器4的采样信号输入端相连，控制器4的控制信号输出端分别与供水泵及电磁阀5相连。

所述的控制器4内设置有平均液位计算模块和补排水分析模块：平均液位计算模块用于根据两个位移计6测得的液位结果取得平均液位值；补排水分析模块用于将平均液位值分别与预设的补水液位阈值及排水液位阈值进行比较，当平均液位值低于补水液位阈值时，控制器4控制启动供水泵、打开电磁阀5，系统补水；当平均液位值高于排水液位阈值时，控制器4控制打开电磁阀5，储液桶1内的水在重力作用下通过连通管流入水箱3内，系统排水。

【实施例7】如图7所示，具有自动补排水功能的静力水准仪系统，包括两个静力水准仪和一个自动补排水装置，静力水准仪包括位移计6和储液桶1，位移计6通过安装座固定安装在储液桶1上，两个静力水准仪的储液桶1之间通过通液管2相连；通液管2采用加粗通液管，通液管2的直径大于、等于或略小于储液桶1的直径。加粗了通液管2的直径，储液桶1内的液体流入通液管2时的阻力大大减少，同时也保证了通液管2内液体的流速，提高了静力水准仪系统的响应速度，实现了动态测量。

所述的自动补排水装置包括一个水箱3、控制器4、数据采集组件、水泵和电磁阀5，所述的数据采集组件为各静力水准仪自带的位移计6，水箱3通过连通管连接于储液桶1的底部，电磁阀5设置于连通管上，水箱3内设置有供水泵，至少一个储液桶1的壁上设置有限位排水孔9，限位排水孔9的高度根据静力水准仪的量程来确定，限位排水孔9通过排水管与水箱3相连，或直接排出到储液桶1外。

各位移计6与控制器4的采样信号输入端相连，控制器4的控制信号输出端分别与供水泵及电磁阀5相连。所述的控制器4内设置有平均液位计算模块和补排水分析模块：平均液位计算模块用于根据两个位移计6测得的液位结果取得平均液位值；补水分析模块用于将平均液位值分别与预设的补水液位阈值及排水液位阈值进行比较，当平均液位值低于补水液位阈值时，控制器4控制启动供水泵、打开电磁阀5，系统补水；当液位过高时，储液桶1内的液体直接从限位排水孔9流出。

【实施例8】具有自动补排水功能的静力水准仪系统，包括两个静力水准仪和一个自动补排水装置，各静力水准仪的储液桶1之间均通过通液管2相连；自动补排水装置用于根据储液桶1内的液位高度自动向储液桶1内补水或自动将储液桶1内的水排出。

如图8所示，自动补排水装置包括一个水箱3、限位排水孔9和补水组件，限位排水孔9设置于储液桶1的壁上，限位排水孔9的高度根据静力水准仪的量程来确定，限位排水孔9通过排水管与水箱3相连，当储液桶1内液位过高时，多余的液体直接从限位排水孔9排出。补水组件包括补水管10、浮子12、与浮子12相匹配的固定罩11，补水管10的一端与水箱3相连，另一端连接固定罩11，浮子12设置于固定罩11下方的导向槽内。液位低于如图8所示的临界值时，浮子12与固定罩11之间形成间隙，水箱3内的水通过补水管10补入储液桶1内，直至储液桶1内的液位高于如图8所示的临界值，浮子12在浮力作用下贴紧固定罩11，起到截止补水管10的作用，停止为储液桶1的补水。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.具有自动补排水功能的静力水准仪系统，其特征在于：包括多个静力水准仪和至少一个自动补排水装置，各静力水准仪的储液桶（1）之间均通过通液管（2）相连；自动补排水装置用于根据储液桶（1）内的液位高度自动向储液桶（1）内补水或自动将储液桶（1）内的水排出。

2.根据权利要求1所述的具有自动补排水功能的静力水准仪系统，其特征在于：所述的自动补排水装置包括至少一个水箱（3）、限位排水孔（9）和补水组件，限位排水孔（9）设置于储液桶（1）的壁上，限位排水孔（9）通过排水管与水箱（3）相连；补水组件包括补水管（10）、浮子（12）、与浮子（12）相匹配的固定罩（11），补水管（10）的一端与水箱（3）相连，另一端连接固定罩（11），浮子（12）设置于固定罩（11）下方的导向槽内。

3.根据权利要求1所述的具有自动补排水功能的静力水准仪系统，其特征在于：所述的自动补排水装置包括至少一个水箱（3）、控制器（4）、数据采集组件、水泵和至少一个电磁阀（5），水箱（3）通过连通管连接于静力水准仪或通液管（2）上，电磁阀（5）设置于连通管上，数据采集组件与控制器（4）的采样信号输入端相连，控制器（4）的控制信号输出端分别与水泵及电磁阀（5）相连。

4.根据权利要求3所述的具有自动补排水功能的静力水准仪系统，其特征在于：所述的通液管（2）采用加粗通液管，通液管（2）的直径大于、等于或略小于储液桶（1）的直径。

5.根据权利要求3所述的具有自动补排水功能的静力水准仪系统，其特征在于：所述的数据采集组件为储液桶液位检测组件，储液桶液位检测组件包括设置于各静力水准仪上的储液桶液位检测器，各储液桶液位检测器均与控制器（4）的采样信号输入端相连；

所述的控制器（4）内设置有平均液位计算模块和补排水分析模块：平均液位计算模块用于根据各储液桶液位检测器测得的液位结果取得平均液位值；补排水分析模块用于将平均液位值分别与预设的补水液位阈值及排水液位阈值进行比较，当平均液位值低于补水液位阈值时，控制器（4）控制启动供水泵、打开电磁阀（5），系统补水；当平均液位值高于排水液位阈值时，控制器（4）控制启动排水泵、打开电磁阀（5），系统排水。

6.根据权利要求5所述的具有自动补排水功能的静力水准仪系统，其特征在于：所述的储液桶液位检测器为设置于静力水准仪上的用于检测储液桶（1）内液位高度的位移计（6）。

7.根据权利要求5所述的具有自动补排水功能的静力水准仪系统，其特征在于：所述的储液桶液位检测器为设置于静力水准仪上的用于拍摄储液桶（1）内液位高度的摄像头（7），所述的储液桶（1）上设置有与摄像头（7）配合使用的刻度标记。

8.根据权利要求3所述的具有自动补排水功能的静力水准仪系统，其特征在于：所述的数据采集组件为温度检测组件，温度检测组件为电子温度计（8），电子温度计（8）与控制器（4）的采样信号输入端相连；

所述的控制器（4）内设置有补排水分析模块，补排水分析模块用于将电子温度计（8）测得的温度值分别与预设的补水温度阈值及排水温度阈值进行比较，当温度值超过补水温度阈值时，控制器（4）控制启动供水泵、打开电磁阀（5），系统补水；当温度值超过排水温度阈值时，控制器（4）控制启动排水泵、打开电磁阀（5），系统排水。

9.根据权利要求3所述的具有自动补排水功能的静力水准仪系统，其特征在于：所述水箱（3）的数量为一个或多个，水箱（3）通过连通管与其相应的储液桶（1）的底部相连。

10.根据权利要求3所述的具有自动补排水功能的静力水准仪系统，其特征在于：至少一个储液桶（1）的壁上设置有限位排水孔（9），限位排水孔（9）通过排水管与水箱（3）相连。