專利名稱：高差儀的制作方法
高差儀本發(fā)明涉及一種檢測儀器，用于工程施工中檢測任意兩點的水平高差。目前，測量標高(高差)的儀器唯有水準儀一種，但水準儀構(gòu)造復雜，由望遠鏡、圓水準器、長水準管和多個調(diào)整螺旋等組成，零部件的精密度要求高，制造、裝配、移動極易產(chǎn)生誤差，且價格昂貴；水準儀是在水準泡上工作的，使用前必須調(diào)整水平，調(diào)整繁瑣費事，調(diào)整不好就會產(chǎn)生誤差；校正困難，必須到國家指定的計量產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗部門；有盲區(qū)，觀察近處模糊不請，對于距離近，房間小，受局限，有障礙場所的高差檢測，無能為力；只能通視，觀察、測量不到障礙物后面目標的高差；塔尺上的刻度常是厘米，讀數(shù)誤差較大，因此，迄今還沒有一種適于近距離，有隔墻場所施工用的測量任意兩點水平高差的儀器，致使我國相關(guān)的國家技術(shù)標準水平偏低，貫徹困難。由于沒有一種適合工程質(zhì)量過程控制的儀器，致使許多分部工程質(zhì)量失敗，造成了巨大經(jīng)濟損失和不良社會影響。本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，能自動調(diào)整水平，檢驗校正容易，使用方便， 測量誤差小，能測量近距離、有隔墻場所任意兩點水平高差的新儀器。本發(fā)明應用連通器兩端液面成水平的原理。當連通器一端的容器(貯水杯)保持不動，抬高或降低另一端容器(觀測管)時，便引起液體在連通器內(nèi)流動。當液流靜止后，連通器兩端容器內(nèi)的液面便在一個新的水平線上達成水平。因為流進一端容器的液體體積， 等于另一端容器流出液體的體積，從而計算出一端容器(觀測管)抬升或降低的高度，與另一端容器(觀測管)液位變化的關(guān)系，得出觀測管抬升或降低的高度，等于觀測管內(nèi)液位變化的高度，乘以(1+觀測管內(nèi)徑的平方/貯水杯內(nèi)徑的平方)。但這樣勢必增加現(xiàn)場測量工作的計算量，不方便，也易產(chǎn)生誤差。為了能直接從觀測管上看出兩個被測位置的水平高差，本發(fā)明把觀測管上刻度段的實際長度比標示的值縮小了，等于標示的值除以(1+觀測管內(nèi)徑的平方/貯水杯內(nèi)徑的平方)。本發(fā)明采用連通管，一端連接內(nèi)徑較大的貯水杯，另一端連接內(nèi)徑較小的觀測管組成連通器。觀測管上刻度段的實際長度，比標示的值小，等于標示的值除以(1+觀測管內(nèi)徑的平方/貯水杯內(nèi)徑的平方)。貯水杯安放在一個支腿能伸縮的三腳架的升降管上，觀測管安插在伸縮管內(nèi)，伸縮管又安插在有底座的支座管內(nèi)，伸縮管和支座管的上端均裝有一個下部夾緊伸縮管、支座管的，上部能夾緊、松開觀測管、伸縮管的管接箍。連通管由三段組成，一段穿過三腳架的升降管，與貯水杯底的漏嘴相連；一段通過支座管下部的側(cè)孔穿入支座管、伸縮管與觀測管下部的細管相連；另一段采用管插頭與連接貯水杯的管、連接觀測管的管相連，組成連通器。以下結(jié)合附圖
對發(fā)明做進一步說明圖I高差儀的結(jié)構(gòu)2上測裝置3貯水杯4規(guī)測管5管接箍6高差儀原理中符號表示的意義如下
I-貯水杯2-三腳架3-連通管4-管插頭5-觀測管6-伸縮管7_支座管8_底座9-管接箍10-上測管11-上測伸縮管12-卡腳貯水杯I為一個內(nèi)徑較大的圓筒狀的有蓋容器，杯蓋可以防止灰塵落入，保持儀器內(nèi)的水質(zhì)清潔。貯水杯底有一個柱形漏嘴，漏嘴外圍焊有一個環(huán)形座圈，環(huán)形座圈套裝在三腳架2的升降管上，連通管3穿過三腳架2的升降管與貯水杯底的漏嘴相連。觀測管5安插在伸縮管6內(nèi)，伸縮管6安插在支座管7內(nèi)，伸縮管6和支座管7的上端均有一個下部能夾住伸縮管6、支座管7，上部能夾緊、松開觀測管5、伸縮管6的管接箍9。管接箍9上部的錐形螺母松開時，觀測管5、伸縮管6在伸縮管、支座管內(nèi)能夠自由升降，到達適于觀察的位置后，再旋緊管接箍上端的錐形螺母，夾住觀測管5、伸縮管6，使其夾緊定位，不能下滑，保證儀器工作可靠。支座管7坐落在底座8上，為測量和實際工作需要，底座8有平面實心、 平面空心、球形的三種。為了檢測高空中軌道、管道、磚石砌體、模板等的水平高差，高差儀另外設(shè)計有上測裝置。上測裝置由上部裝有卡腳12的上測管10、上測伸縮管11、管接箍9 組成。上測伸縮管11插在上測管10內(nèi)，上測管10、上測伸縮管11的下端，均裝有一個上部與其夾緊聯(lián)結(jié)的管接箍，管接箍下部的錐形螺母，可以夾緊或松開上測伸縮管、觀測管。這樣就可以測量任意兩點的水平高差了，測量地面上任意兩點的水平高差時，就把貯水杯支架在地面上適于人體觀察的高度，再調(diào)整觀測管內(nèi)的水位至適當部位，移動觀測管的底座， 便可測出地面上前后兩點的水平高差。測量高空任意兩點的水平高差，也是把貯水杯支架在地面上適于人體觀察的高度，再把上測裝置上的卡腳12，卡在某一被測位置上，再用伸縮管下端的管接箍9夾起觀測管5，利用上測伸縮管11調(diào)整調(diào)整觀測管內(nèi)的水位至適當部位， 移動上測管上的卡腳至另一個被測位置，便可測出高空任意兩點的水平高差了。連通管3 —端穿過三腳架2的升降管與貯水杯I相連，另一端通過支座管7下部的側(cè)孔，穿過支座管7、伸縮管6，與觀測管5下端的細管相連，構(gòu)成連通器。把連通管3的一段置于三腳架2的升降管內(nèi)，把連通管的另一段置于伸縮管6、支座管7內(nèi)，是把連通管隱蔽起來，不僅美觀好看，干凈利索，且便于拆解，組合使用。三腳架2采用一個支腿能伸縮的，支架管能升降的架子，伸張時能把貯水杯I支架在不同高度的空中，以適于人體觀察需要。收攏時體積很小，便于收藏攜帶。觀測管5在伸縮管6內(nèi)，伸縮管6在支座管7內(nèi)，皆能自由伸縮升降，也是為了把觀測管5的刻度段，支持在適合觀測者不同工作姿態(tài)時的視線之內(nèi)。用畢全部收入支座管7內(nèi)，便于收藏攜帶，也有利于保護觀測管。管接箍9采用錐形螺母夾緊，牢固可靠，不會有下滑移位現(xiàn)象；工作完畢，反旋管接箍上的錐形螺母，即可松開觀測管、伸縮管，把儀器恢復到收藏狀態(tài)。本發(fā)明是這樣工作的把三腳架2置于待測范圍的中央部位，把貯水杯I支架到適合觀察的高度；把支座管底座8放置在待測位置A，或把上測管上的卡腳12卡在待測墻壁位置A上，再把觀測管5升起到適于觀察的高度，然后把連通管3的各個管插頭4插好，這時往貯水杯內(nèi)加水,加水量約為貯水杯容積的2/3。水流過連通管3，經(jīng)過管插頭4，進入觀測管5，當液流靜止后，液面便停止在觀測管的某一刻度線上，記下這一數(shù)值。保持貯水杯I 位置和高度不變，移動觀測管底座8或上測管上的卡腳12至待測位置B，當液流靜止后，如果液面仍然停止在原來的數(shù)值上，說明位置B和位置A處于同一個水平面內(nèi)，即它們的高差為O ;如果液面上升了，說明位置B比位置A低；如果液面下降了，說明位置B比位置A高， 位置B比位置A究竟低或高多少呢？可從高差儀原理圖6計算出來，見圖
X:...··.
X = H+h......(I)設(shè)貯水杯內(nèi)徑為D，觀測管內(nèi)徑為d，觀測管在位置A時，液柱高度為ha。保持貯水杯位置和高度不變，把觀測管置于位置B時，觀測管內(nèi)的液柱高度為hb。因為位置B比位置 A低X，所以hb大于ha，液柱上升的值為h = hb-ha。為什么觀測管在位置B時液柱會上升呢？這是因為位置B比位置A低，貯水杯內(nèi)的水在大氣壓力作用下，流進了觀測管，貯水杯內(nèi)的液面也隨之下降了 H，因為貯水杯與觀測管組成了連通器，貯水杯內(nèi)流出的液體體積， 等于觀測管內(nèi)流入的液體體積，即Ji D2H/4 = d2h/4D2H = d2hH = h · d2/D2......(2)把(2)代入(I)X = h · d2/D2+h= h(d2/D2+l)... d2/D2 > 0... X > hX-標不值(聞差)h-觀測管刻度段的實際長度所以h = X/ (l+d2/D2)因此，觀測管刻度段的實際長度要比標示的值小，是標示的值除以(l+d2/D2)。如高差儀的量程為400mm，貯水杯內(nèi)徑D = 100mm，觀測管內(nèi)徑d = 10mm，觀測管上刻度段的實際長度就得是396. 04mm。即在觀測管的396. 04mm的長度上，均勻刻制400個格，每格標示為1mm。以上數(shù)學推導是建立在連通器兩端容器里的液面成水平這一原理之上的，我們的高差儀雖然也是連通器，但卻一端是容器，一端是很細的管子，水在細管內(nèi)受管壁張力作用有附壁效應，即水在管子內(nèi)要多上升一端距離，使觀測管內(nèi)的水面與貯水杯內(nèi)的水面不水平。又由于水本身的表面張力作用，水在管內(nèi)上升或下降有粘滯作用，致使觀測管內(nèi)的水位忽高忽低，影響了儀器的準確性。怎樣才能使觀測管內(nèi)的水位與貯水杯內(nèi)的水位成水平呢？我們采取消除管壁張力的做法，使觀測管內(nèi)的水面不再是下凹的月牙形，而是一條像金屬指針似的直線，這樣儀器就準確多了。本發(fā)明貯水杯內(nèi)徑100mm，觀測管內(nèi)徑10mm，觀測管上396. 04mm的長度上均勻刻 400個格，每格標示為1mm。觀測管上標示的數(shù)字上小下大。所測位置較低時，液柱上升其值由大變??；所測位置較高時，液柱下降其值由小變大，這樣符合人們的思維習慣。連通管選用透明耐老化的塑膠軟管，由多段組成，目的是不用時能把儀器拆解分開，便于收攏存放， 也是為了組成不同的工作半徑，便于測量使用。管插頭插接容易，用后拔開、放水，即可縮回貯水杯，觀測管，盤起連通管，放進儀器包裝盒里。使用時要注意排空連通管內(nèi)的氣泡。連通管內(nèi)如混有氣泡，測量同一個位置的高程時，觀測管內(nèi)的水位將變化不定，說明儀器內(nèi)有氣泡。
本發(fā)明簡單實用，不用調(diào)整水平，險驗校正容易，誤差小，開辟了一個水準儀無法勝任的測量技術(shù)領(lǐng)域，為工程質(zhì)量的過程控制和工程產(chǎn)品質(zhì)量檢驗提供保障。本發(fā)明使用方便，不用專業(yè)測量人員、不用專職放線工，施工工人自己就會使用，且可邊測量，邊施工， 邊監(jiān)控，最后自己檢查工程質(zhì)量，給施工作業(yè)人員增添信心。建筑地面工程施工前，先找出地面的最高點，可節(jié)省材料，確保水平度、坡度誤差符合國家標準要求。利用高差儀作泛水， 既能完全保證設(shè)計坡度的要求，又不會產(chǎn)生倒泛水和地面積水現(xiàn)象。高差儀淘汰了建筑工程中延續(xù)數(shù)十年的彈線法，直接在地面上制作水平地面，簡潔、省事、準確，功效高，質(zhì)量好。 利用高差儀檢測地面工程，比肉眼觀察可靠，比潑水試驗科學，比坡度尺檢驗準確。利用高差儀檢測橋式起重機主梁的拱度、撓度、翹度，比拉線法簡單、方便，省時；利用高差儀檢測高空中天車軌道和墻口等的水平高差，也不用彈線，站在地上就可測量了。用做教學教具， 可以啟發(fā)學生的數(shù)學推導和創(chuàng)造思維能力。
權(quán)利要求
1.一種由連通管連接起來的內(nèi)徑較大的貯水杯和內(nèi)徑較小的觀測管等組成的高差儀， 其特征在于所述的觀測管上刻度段的實際長度比標示的值小，等于標示的值除以(1+觀測管內(nèi)徑的平方/貯水杯內(nèi)徑的平方)。
2.按權(quán)利要求I所述的高差儀，其特征在于所述的貯水杯底中心有一個柱形漏嘴，漏嘴周圍焊有一個環(huán)形座圈，座圈連同貯水杯一起安裝在一個支腿能伸縮的三腳架的升降管上。
3.按權(quán)利要求I所述的高差儀，其特征在于所述的觀測管為一根透明的圓管，透明圓管安插在伸縮管內(nèi)，伸縮管安插在有底座的支座管內(nèi)，伸縮管和支座管的上端均有一個下部與其夾緊聯(lián)接的管接箍，管接箍上部的錐形螺母可把觀測管、伸縮管夾緊或松開。
4.按權(quán)利要求I所述的高差儀，其特征在于所述的觀測管上端可與上端裝有卡腳的上測管相連，上測管內(nèi)插有上測伸縮管，上測管與上測伸縮管的下端均裝有一個上部與其夾緊連接的管接箍，管接箍下部的錐形螺母可把上測伸縮管、觀測管加緊或松開。
5.按權(quán)利要求I所述的高差儀，其特征在于所述的連通管由三段組成，一段通過三腳架的升降管與貯水杯底的漏嘴相連，一段通過支座管下部的側(cè)孔穿入支座管、伸縮管與觀測管下端的細管相連，另一段采用管插頭與聯(lián)接貯水杯的管、聯(lián)接觀測管的管相連。
全文摘要
一種由連通管連接起來的貯水杯、觀測管等組成的高差儀，能從觀測管上直接看出被測兩點的水平高差，是工程質(zhì)量過程控制和工程產(chǎn)品質(zhì)量檢驗必備的儀器。用于建筑工程、建筑地面工程、機械工程、設(shè)備檢修安裝工程、教學試驗等。
文檔編號G01C5/04GK102607517SQ201110038239
公開日2012年7月25日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者鄭負 申請人:鄭負