CN110285837A - 压差式静力水准仪校准装置及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了压差式静力水准仪校准装置，包括标准压力源、标准压力表、水槽和三通，水槽通过第一进水管道与三通的其中一进口连通，标准压力源通过进气管道与三通的另一进口连通，三通的出口通过第二进水管道与压差式静力水准仪的腔体的进水口连接，腔体的出水口上连接有出水管道，第一进水管道和出水管道上分别设有进水开关和出水开关，标准压力表设置在进气管道上。本发明还公开了一种压差式静力水准仪校准方法。该装置的量程由标准压力源所能提供的压力值范围决定，从根本上解决了形成相应水柱对于空间要求较大的问题，具有校准范围大、精度高、工作介质能够循环利用、体积较小，安装和携带方便的优点。

Description

压差式静力水准仪校准装置及校准方法

技术领域

本发明属于水准仪校准技术领域，尤其涉及一种压差式静力水准仪校准装置及校准方法。

背景技术

中国实用新型专利2016200588516、201820075656.3等均公开了一种压差式静力水准仪，这类型水准仪一般由外壳、腔体、压力传感器和特殊定制电路模块等部件组成，腔体包括通过管道与进水口连通的第一开口和通过管道与出水口连通的第二开口，其工作原理为：将水管和压差式静力水准仪的腔体内灌满液体，当测点发生垂直位移变化时，压差式静力水准仪的腔体内的液体和水箱内的液位压差立即发生相应变化，腔体内液体压力发生变化，压力传感器感应压力变化，转换为通用电流信号输出，根据电流信号变化可计算出压力变化和液位差，从而得知测点的位移变化。

现在已知的校准方式是利用游标高度尺为被校准压差式静力水准仪提供标准输入值，由于压差式静力水准仪的量程较大(可至5m)，用游标高度尺作为标准器有很大局限性，考虑到实验室的高度空间有限、读数的便捷性、标准器拆装和携带的可行性，已有的校准方式已经不能满足相应的校准需求。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种满足各种量程要求且拆装方便的压差式静力水准仪校准装置及校准方法。

为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：

压差式静力水准仪校准装置，包括标准压力源、标准压力表、水槽和三通，所述水槽通过第一进水管道与所述三通的其中一进口连通，所述标准压力源通过进气管道与所述三通的另一进口连通，所述三通的出口通过第二进水管道与所述压差式静力水准仪的腔体的进水口连接，所述腔体的出水口上连接有出水管道，所述第一进水管道和出水管道上分别设有进水开关和出水开关，所述标准压力表设置在所述进气管道上。

进一步的，所述标准压力源和压差式静力水准仪安放在水平工作平台上，所述水平工作平台上设有支架，所述水槽设置在所述支架上，所述出水管道与所述水槽连通。

进一步的，所述第一进水管道、第二进水管道、进气管道和出水管道均采用透明橡胶管。

进一步的，所述第一进水管道与所述水槽的底部连通。

一种压差式静力水准仪校准方法，采用上述校准装置，包括如下步骤：

S1：往水槽倒入若干水，打开进水开关和排水开关，然后轻微来回晃动第二进水管道和出水管道，使压差式静力水准仪的腔体内部及其与第二进水管道和出水管道连接处充满水，形成完整的水柱；

S2：关闭进水开关和排水开关，打开标准压力源置于初始位，标准压力表的读数单位调为mmH₂O且记读数为：X₀mmH₂O，此时压差式静力水准仪的读数清零为零位；

S3：根据即将要校准的压差式静力水准仪的量程X mm，从0mm到X mm间，每隔(X/n)mm设为一个校准点，在量程范围内，包括0点在内，共n+1个校准点；

S4：通过标准压力源施加压力，直到标准压力表读数为[X₀+(X/n)]mmH₂O，从压差式静力水准仪的读数装置获得读数Y₁mm，第一校准点的压差式式静力水准仪绝对示值误差为Y₁-X/n；

S5：按照上述依次完成剩余n个校准点的校准，第m个校准点的压差式静力水准仪绝对示值误差为：[Y_m-m×(X/n)]mm；

S6：n+1个点校准点完成后，为一个周期的正行程的校准，以压差式静力水准仪的量程为起点(X₀+X)mmH₂O，依次往下调整压力到X₀mmH₂O为反行程的校准，正、反行程组成一个完整周期的校准，根据校准规范，依次按照上述方法完成相应的周期数的校准；

S7：完成所有周期数的校准后，打开排水开关，保持进水开关为关闭状态，通过标准压力源施加压力直至所有连接橡胶管里的水排至水槽内，此时校准完成，移出压差式静力水准仪。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果在于：

1、本发明的校准装置由标准压力源提供压力而不是用高度差形成的水柱提供压力，该装置的量程由标准压力源所能提供的压力值范围决定，从根本上解决了形成相应水柱对于空间要求较大的问题，具有校准范围大、精度高、工作介质(水)能够循环利用、体积较小，安装和携带方便的优点。

2、本发明通过精密压力表即可读取压差式静力水准仪校准装置输出的压力标准值，而精密压力表通过相应的管道与校准装置其他部件进行连接，安装的位置可以根据实际工作需要进行任意调整，因此操作人员读数更为准确、便捷、安全。

3、本发明的校准装置的校准范围由标准压力源的压力输出范围和标准压力表的量程决定，基于同一量纲的换算，能够覆盖且远远超过市面上所有压差式静力水准仪的量程。

4、经过计算和实验，本发明的校准装置的计量特性能满足市面上绝大多数压差式静力水准仪的校准需求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的测试原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1和图2，一种压差式静力水准仪校准装置，包括标准压力源1、标准压力表2、水槽3和三通4，水槽3的底部通过第一进水管道5与三通4的其中一进口连通，标准压力源1通过进气管道6与三通4的另一进口连通，三通4的出口通过第二进水管道7与压差式静力水准仪8的腔体9的进水口连接，腔体9的出水口上连接有出水管道10，第一进水管道5和出水管道10上分别设有进水开关11和出水开关12，标准压力表2设置靠近标准压力源1处的进气管道6上。本实施例中的标准压力源、标准压力表和压差式静力水准仪均为现有技术，其具体结构在此不再赘述。

本发明其设计原理基于注水时能排尽压差式静力水准仪的气泡、开展校准时能传递标准压力源的压力值，利用标准压力源1产生的标准压力值经过读数装置(标准压力表)后传递给压差式静力水准仪8，压差式静力水准仪腔体9内的压力传感器16感应到腔体内液体压强的变化，经过压差式静力水准仪8的数据转换模块和通讯模块13，将感应到压强变化转换为电流信号输出，外界设备采集电流信号，并通过计算得到位移值，通过将标准压力表2测量的数值与压差式静力水准仪8读取的数值作比较，即可完成压差式静力水准仪的校准。

与已有校准方式相比，本发明将校准压差式静力水准仪时对其的输入进行了改变，由已有校准方式通过改变其垂直于水平面方向的形成水柱所需高度差带来相应的标准压力输入，改成直接控制标准压力输入，输入给压差式静力水准仪的压力由标准压力源直接提供，标准压力源1的输出压力值的大小可以直接通过精密压力表读取。本发明校准装置还可以起到循环利用工作介质(水)的作用。

可以理解的是，标准压力源1和压差式静力水准仪8可以安放在水平工作平台14上，水平工作平台14上设有支架15，水槽3设置在支架15上，出水管道10与水槽3连通，水槽3设置在压差式静力水准仪的上方，有利于水充满压差式静力水准仪的腔体，同时出水管道与水槽连通，也有利于水的回收。

在实际应用中，为方便观察各管道内的充水情况，第一进水管道5、第二进水管道7、进气管道6和出水管道10均采用透明橡胶管。

采用上述校准装置的校准流程如下：

校准装置由标准压力源1、标准压力表2、进水开关11、排水开关12、水槽3、三通4、支架15及若干透明橡胶管组成，其设计原理基于注水时能排尽压差式静力水准仪腔体内的空气、开展校准时能传递标准压力源的压力值以及能回收工作介质(水)到水槽中。

S1：按图示方式把各部件放置在工作平台上，然后用透明橡胶管进行连接并保证各个连接处不漏气不漏水。

S2：往水槽倒入600mL的水，打开进水开关和排水开关，然后轻微来回晃动连接压差式静力水准仪的两根橡胶管，使压差式静力水准仪内部以及静力水准仪与两根胶管的连接处的气泡排出并形成充实的水柱。使标准压力源置于初始位，标准压力表的读数单位调为mmH₂O，记读数为：X₀mmH₂O。此时压差式静力水准仪的读数置零。

由于标准压力表的读数单位为mmH₂O，校准装置使用的工作介质为液态水。因此压力表的读数与压差式静力水准仪的读数为同一量纲的单位。

S3：关闭进水开关和排水开关，根据即将要校准的压差式静力水准仪的量程X mm，从0mm到X mm间，每隔(X/10)mm设为一个校准点。在量程范围内，包括0点在内，共11个校准点。以标准压力表读数值为标准值，在这11个点对压差式式静力水准仪进行校准。

通过标准压力源施加压力，直到标准压力表读数为[X₀+(X/10)]mmH₂O，从压差式静力水准仪的读数装置获得读数Y₁mm，

(Y₁-X/10)mm即为第一校准点的压差式式静力水准仪绝对示值误差。

S4：按照上述方法依次完成剩余9个校准点的校准。第m个校准点的压差式静力水准仪绝对示值误差为：[Y_m-m×(X/10)]mm。

S5：以上11个点的校准为一个周期的正行程。以压差式静力水准仪的量程上限为起点(X₀+X)mmH₂O，依次往下调整压力值到X₀mmH₂O为反行程的校准。正、反行程组成一个完整周期的校准。根据校准规范，依次按照上述方法完成相应的周期数的校准。

S6：完成所有周期数的校准后，打开排水开关，保持进水开关为关闭状态，通过标准压力源施加压力直至所有连接橡胶管里的水排至水槽内，此时校准完成，移出压差式静力水准仪。

上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (5)

1.压差式静力水准仪校准装置，其特征在于：包括标准压力源、标准压力表、水槽和三通，所述水槽通过第一进水管道与所述三通的其中一进口连通，所述标准压力源通过进气管道与所述三通的另一进口连通，所述三通的出口通过第二进水管道与所述压差式静力水准仪的腔体的进水口连接，所述腔体的出水口上连接有回水管道，所述第一进水管道和回水管道上分别设有进水开关和出水开关，所述标准压力表设置在所述进气管道上。

2.根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于：所述标准压力源和压差式静力水准仪安放在水平工作平台上，所述水平工作平台上设有支架，所述水槽设置在所述支架上，所述回水管道与所述水槽连通。

3.根据权利要求1所述的校准装置，其特征在于：所述第一进水管道、第二进水管道、进气管道和回水管道均采用透明橡胶管。

4.根据权利要求2所述的校准装置，其特征在于：所述第一进水管道与所述水槽的底部连通。

5.一种压差式静力水准仪校准方法，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述的校准装置，包括如下步骤：

S1：往水槽倒入若干水，打开进水开关和排水开关，然后轻微来回晃动第二进水管道和回水管道，使压差式静力水准仪的腔体内部及其与第二进水管道和回水管道连接处充满水，形成完整的水柱；

S2：关闭进水开关和排水开关，打开标准压力源置于初始位，标准压力表的读数单位调为mmH₂O且记读数为：X₀mmH₂O，此时压差式静力水准仪的读数清零为零位；

S3：根据即将要校准的压差式静力水准仪的量程X mm，从0mm到X mm间，每隔(X/n)mm设为一个校准点，在量程范围内，包括0点在内，共n+1个校准点；

S4：通过标准压力源施加压力，直到标准压力表读数为[X₀+(X/n)]mmH₂O时，从压差式静力水准仪的读数装置获得读数Y₁mm，第一校准点的压差式式静力水准仪绝对示值误差为Y₁-X/n；

S5：按照上述依次完成剩余9个校准点的校准，第m个校准点的压差式静力水准仪绝对示值误差为：[Y_m-m×(X/n)]mm；

S6：n+1个点校准点完成后，为一个周期的正行程的校准，以压差式静力水准仪的量程为起点(X₀+X)mmH₂O，依次往下调整压力到X₀mmH₂O为反行程的校准，正、反行程组成一个完整周期的校准，根据校准规范，依次按照上述方法完成相应的周期数的校准；

S7：完成所有周期数的校准后，打开排水开关，通过标准压力源施加压力将水回收至水槽内，此时校准完成，移出压差式静力水准仪。