SU1751642A1

SU1751642A1 - Hydrodynamic level

Info

Publication number: SU1751642A1
Application number: SU904778382A
Authority: SU
Inventors: Борис Трофимович Федосов; Александр Ефимович Баландин
Original assignee: Рудненский индустриальный институт
Priority date: 1990-01-04
Filing date: 1990-01-04
Publication date: 1992-07-30

Abstract

Использование: дл измерени превышений между точками поверхности на крутых склонах. Сущность изобретени : опор на 4 и измерительна 10 головки соедине ны шлангом 7 с краном 8. Входной патрубок 9 головки 10 выполнен в виде капилл ра. Измерительна головка выполнена с не менее чем двум электронными датчиками уровн жидкости, причем диаметры участков измерительной головки, в которых уста- новлены датчики, меньше основного диаметра головки. Устройство также содержит не менее одного измерител временных интервалов в виде счетчика 16 импульсов, соответствующим образом подключенного к электронным датчикам уровн жидкости и к генератору 17 импульсов. 2 ил.Use: for measuring elevations between points on steep slopes. SUMMARY OF THE INVENTION: The supports for 4 and the measuring 10 heads are connected by a hose 7 to a crane 8. The inlet 9 of the head 10 is made in the form of a capillary. The measuring head is made with at least two electronic liquid level sensors, and the diameters of the sections of the measuring head in which the sensors are installed are smaller than the main diameter of the head. The device also contains at least one time interval meter in the form of a pulse counter 16, which is suitably connected to the electronic liquid level sensors and to the pulse generator 17. 2 Il.

Description

Изобретение относится к геодезии и может быть.Использовано для измерения превышен'ий между двумя точками поверхности, в частности, на крутых склонах.The invention relates to geodesy and can be used to measure elevations between two points on the surface, in particular on steep slopes.

Известны гидростатические и гидродинамические нивелиры, которые более правильн*о^v было бы называть квазигидростатическими. Измерение превышений в них осуществляется относительно неподвижной или почти неподвижной поверхности жидкости, проходящей вблизи одной уровенной поверхности.Known hydrostatic and hydrodynamic levels, which are more properly to ^v * have been called hydrostatic. Measurement of excesses in them is carried out with respect to a motionless or almost motionless surface of a fluid passing near one level surface.

Общий недостаток - малый диапазон измеряемых превышений, определяемый высотой измерительных головок.A common drawback is the small range of measured excesses, determined by the height of the measuring heads.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, позволяющее определить превышение между точками, на которых установлены передающая и приемная головки, путем'измерения объема жидкости опустившейся по шлангу из верхней передающей в нижнюю, приемную головку и измерения времени перетекания.Closest to the proposed one is a device that allows you to determine the excess between the points at which the transmitting and receiving heads are installed by measuring the volume of liquid that has descended through the hose from the upper transmitting head to the lower receiving head and measuring the flow time.

Недостатком прототипа является низкая точность измерений превышений, обусловленная низкой точностью измерений перетекающего объема и времени его перетекания, а также трудностью точного учета влияния, различных внешних и внутренних факторов на результаты измерений, в частности, непостоянство диаметра и длины шланга. .The disadvantage of the prototype is the low accuracy of measuring the excess due to the low accuracy of the measurement of the flowing volume and the time of its flow, as well as the difficulty of accurately taking into account the influence of various external and internal factors on the measurement results, in particular, the variability of the diameter and length of the hose. .

Цель изобретения - повышение точности измерений.The purpose of the invention is improving the accuracy of measurements.

Достижение цели происходит за счет локализации внешних и внутренних воздействий, высокоточного нормирования перетекающего объема жидкости и повышения точности фиксации исходного уровня жидкости в передающей головке и времени перетекания жидкости. Для этого использованы капилляр на входе приемной головки, сужение верхней части, открытой сверху, передающей головки, установка электронных датчиков уровня в сужающихся верхней и нижней частях приемной головки. Кроме того, цель достигается посредством исключения влияния внешних факторов, в том числе изменения силы тяжести от участка к участку, на результаты измерений. Для этого приемная головка выполнена с сужениями в верхней, средней и нижней частях, в которых расположены электронные датчики уровня, соединенные с двумя счетчиками, к которым присоединен и генератор тактовых импульсов.Achieving the goal occurs due to the localization of external and internal influences, high-precision normalization of the flowing volume of the liquid and increasing the accuracy of fixation of the initial level of the liquid in the transmitting head and the time of flowing of the liquid. For this, a capillary was used at the inlet of the receiving head, a narrowing of the upper part, open at the top, of the transmitting head, installation of electronic level sensors in the tapering upper and lower parts of the receiving head. In addition, the goal is achieved by eliminating the influence of external factors, including changes in gravity from site to site, on the measurement results. For this, the receiving head is made with constrictions in the upper, middle and lower parts, in which electronic level sensors are located, connected to two counters, to which a clock pulse generator is connected.

На фиг.1 представлена схема гидродинамического нивелира; на фиг.2 - трехуровневая модификация приемной головки.Figure 1 presents a diagram of a hydrodynamic level; figure 2 - three-level modification of the receiving head.

Гидродинамический нивелир содержит питательную емкость 1, соединенную шлангом 2, имеющим кран 3, с передающей головкой 4, расположенной на пункте 6. Передающая головка 4 связана шлангом 7, имеющим на конце кран 8 с капилляром 9, присоединенным к приемной головке 10, установленной на пункте 11. Приемная головка 10 имеет сужения в нижней части 12 и в верхней части 13, в которых расположены, электронные датчики 14 и 15 уровня соответственно, электрически соединенные со счетчиком 16 импульсов, к которому также подключен генератор 17 импульсов. Трехуровневая приемная головка (фиг.2) состоит из емкости 18. имеющей сужения в верхней 19, средней 20 и нижней 21 частях, в которых расположены датчики уровня 22,23 и 24 соответственно. К нижней части 21 головки присоединен капилляр 25, соединенный шлангом, имеющим кран с передающей головкой (не показано). Верхний 22 и средний 23 датчики соединены с первыми входами счетчиков 26 и 27 соответственно. Нижний датчик 24 соединен со вторыми входами счетчиков 26 и 27. Генератор 28 тактовых импульсов соединен с третьими входами счетчиков 26 и 27.The hydrodynamic level contains a feed tank 1 connected by a hose 2 having a crane 3 to a transmitting head 4 located at step 6. The transmitting head 4 is connected by a hose 7 having a tap 8 at the end with a capillary 9 attached to the receiving head 10 installed at 11. The receiving head 10 has constrictions in the lower part 12 and in the upper part 13, in which electronic level sensors 14 and 15, respectively, are electrically connected to a pulse counter 16, to which a pulse generator 17 is also connected. The three-level receiving head (figure 2) consists of a vessel 18. having a narrowing in the upper 19, middle 20 and lower 21 parts, in which level sensors 22,23 and 24 are located, respectively. A capillary 25 connected to a hose having a tap with a transmitting head (not shown) is connected to the lower part 21 of the head. The upper 22 and middle 23 sensors are connected to the first inputs of the counters 26 and 27, respectively. The lower sensor 24 is connected to the second inputs of the counters 26 and 27. The clock generator 28 is connected to the third inputs of the counters 26 and 27.

Гидродинамический нивелир работает следующим образом. В исходном состоянии краны 3 и 8 закрыты, в головках 4 и 10 жидкость отсутствует, а в питательной емкости 1 имеется. Наблюдатель открывает кран 3 и держит его открытым до тех пор, пока некоторая малая часть жидкости не выльется из верхней части 5 головки 4, После этого кран 3 закрывают. Тем самым жидкость заполняет весь объем шланга 7 и головки 4, чем задается начальный уровень. Затем закрывают кран 8 и жидкость начинает перетекать из верхней головки в нижнюю, приемную, проходя по капилляру 9. В момент, когда уровень жидкости в приемной головке достигнет датчика 14, замыкается стартовая цепь счетчика 16. который начинает счет импульсов генератора 17. По достижении жидкостью уровня датчика 15 замыкается вторая цепь, прекращая счет импульсов счетчиком 16. Количество импульсов, зафиксированных счетчиком 16, пропорционально времени перетекания фиксированного объема жидкости, определяемого объемом приемной головки 10. расположенным между уровнями, проходящими через датчики уровней 14 и 15 из верхней головки в нижнюю. Время перетекания жидкости обратно пропорционально превышению между пунктами 6 и 11,3ная зависимость времени перетекания от превышения, которую целесообразно опреде пять'экспериментально и, измерив время перетекания, можно определить превышение.Hydrodynamic level works as follows. In the initial state, the taps 3 and 8 are closed, there is no liquid in the heads 4 and 10, and there is one in the feed tank 1. The observer opens the faucet 3 and keeps it open until some small part of the liquid spills from the upper part 5 of the head 4, after which the faucet 3 is closed. Thus, the fluid fills the entire volume of the hose 7 and the head 4, which sets the initial level. Then close the valve 8 and the liquid begins to flow from the upper head to the lower, receiving, passing through the capillary 9. At the moment when the liquid level in the receiving head reaches the sensor 14, the start circuit of the meter 16. closes, which starts the pulse count of the generator 17. Upon reaching the liquid the level of the sensor 15 closes the second circuit, stopping the count of pulses by the counter 16. The number of pulses recorded by the counter 16 is proportional to the time of flow of a fixed volume of liquid, determined by the volume of the receiving head 10. rasp Proposition between the levels, the levels passing through sensors 14 and 15 from the top to the bottom of the head. The liquid overflow time is inversely proportional to the excess between points 6 and 11.3, the dependence of the overflow time on the excess, which is advisable to determine experimentally and by measuring the overflow time, the excess can be determined.

Приведем характерные численные данные. Объем жидкости в 1 л перетекает через трубку диаметром 10 мм с капилляром диаметром 3 мм с высоты 1 м за 10 с. При частоте импульсов в 10 кГц точность определения превышений составляет величину 1 мм и выше при крутизне преобразования 0,2 с на 10 см высоты.We give characteristic numerical data. A liquid volume of 1 liter flows through a 10 mm diameter tube with a 3 mm diameter capillary from a height of 1 m in 10 s. With a pulse frequency of 10 kHz, the accuracy of exceeding is 1 mm or more with a steepness of 0.2 s per 10 cm of height.

При использовании приемной головки, показанной на фиг.2, работа осуществляется аналогичным' образом, с тем отличием, что счетчик 27 фиксирует время подъема жидкости от датчика уровня 24 до датчика уровня 23, а счетчик 26 от датчика уровня 24 до датчика уровня 22.When using the receiving head, shown in figure 2, the operation is carried out in a similar way, with the difference that the counter 27 records the time of raising the liquid from the level sensor 24 to the level sensor 23, and the counter 26 from the level sensor 24 to the level sensor 22.

Таким образом, за один прием определяется время перетекания двух, в простейшем случае одинаковых, объемов, причем объем между датчиками 22 и 23 наполняется перепадом давлений, вызванным превышением между исходной точкой и точкой стояния приемной головки, меньшим на величину Δ h, чем объем между датчиками 23 и 24.Thus, the flow time of two, in the simplest case, identical volumes is determined at one time, and the volume between the sensors 22 and 23 is filled with a pressure drop caused by an excess of Δ h less than the volume between the sensors between the starting point and the position of the receiving head 23 and 24.

Разница времени наполнения вызванных объемов зависит От измеряемого превышения h. Действительно из формулы Пуазейля следует что для первого объема (1).The difference in filling time of the evoked volumes depends on the measured excess h. Indeed, from the Poiseuille formula it follows that for the first volume (1).

где η - коэффициент вязкости жидкости:where η is the viscosity coefficient of the liquid:

I - длина шланга соединяющего головки (длина капилляра, поскольку его диаметр много меньше диаметра шланга):I is the hose length of the connecting head (capillary length, since its diameter is much smaller than the diameter of the hose):

R - внутренний радиус шланга (внутренний радиус капилляра);R is the inner radius of the hose (inner radius of the capillary);

Vi - объем перетекающей жидкости;Vi is the volume of the flowing liquid;

р — плотность жидкости;p is the density of the liquid;

g - постоянная силы тяжести;g is the constant of gravity;

ΐι - время перетекания объема жидкости.ΐι is the fluid flow time.

Тогда для второго объема, расположенного выше на величину Δ h h - Δ h = , . (2)Then for the second volume located higher by Δ h h - Δ h =,. (2)

7TR'pgt27TR'pgt2

Разделив (2) на (1), получим, учитывая,что Vi = V₂ h - Ah _ti h t2 t2 Отсюда h = Δ h , где Δ t =t2-ti , t2 - время наполнения верхнего объема:Dividing (2) by (1), we obtain, given that Vi = V ₂ h - Ah _ti h t2 t2 Hence h = Δ h, where Δ t = t2-ti, t2 is the filling time of the upper volume:

ΐι - время наполнения нижнего объема.ΐι is the filling time of the lower volume.

Из формулы (4) следует, что для определения искомого превышения h достаточно знать лишь превышение ΔΗ. одного объема 5 над другим в приемной головке и измерить время ΐ2 и Δ t , т.е. влияние таких факторов, как нестабильность η , g. R. I исключается, но при этом требования к точности определения разности Δ t времени перетекания 10 возрастают на 1-2 порядка, что требует увеличивать частоту тактовых импульсов до 100 кГц+ 1 МГц по сравнению с базовой схемой. В существенной мере здесь снижается и влияние температурных деформаций при15 емной головки, так как приемные объемы будут меняться одинаковым образом.From formula (4) it follows that to determine the desired excess h it is enough to know only the excess ΔΗ. one volume 5 above the other in the receiving head and measure the time ΐ2 and Δ t, i.e. the influence of factors such as instability η, g. R. I is excluded, but the requirements for the accuracy of determining the difference Δ t of the overflow time 10 increase by 1-2 orders of magnitude, which requires an increase in the frequency of clock pulses up to 100 kHz + 1 MHz compared to the basic circuit. The influence of temperature deformations of the receiving head is substantially reduced here, since the receiving volumes will change in the same way.

Полезный эффект от использования предлагаемого изобретения состоит в воз20 можности нивелирования на крутых, склонах, например в горах или на бортах карьеров, обеспечивая при точности, соизмеримой с точностью нивелирования второго класса, выполняемого ввиду крутизны 25 склона длинными ходами с большим количеством станций, значительно более высо кую производительность, в том числе при передаче отметок через высокие или глубокие препятствия.A useful effect of the use of the present invention consists in the possibility of leveling on steep slopes, for example in the mountains or on the sides of quarries, providing, with accuracy comparable with the accuracy of leveling of the second class, performed due to the steepness of the 25 slope with long runs with a large number of stations, significantly higher performance, including when passing marks through high or deep obstacles.

Claims

30 claims

A hydrodynamic level containing a support head and a measuring head with a diameter D, the outlet and inlet pipes of which are connected together by means of a hose made with a tap, and a time interval meter, the measuring head is made with at least two liquid level indicators located at 40 the measured distance from each other along the height of the measuring head, characterized by the fact that. in order to increase accuracy, the inlet of the measuring head is made in the form of a 45 capillary, each liquid level indicator is made in the form of an electronic sensor and installed inside the measuring head, the diameter of the section of the measuring head in which the electronic sensor is installed is less than D, and the time interval meter made in the form of at least one pulse counter, the first and second inputs of which are connected to the corresponding electronic sensors55, and the third input is connected to the input pulse generator in.

T

Fiya. 2-