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(cè)儀器，用于工程施工中檢測(cè)任意兩點(diǎn)的水平高差。
目前，測(cè)量標(biāo)高(高差)的儀器唯有水準(zhǔn)儀，但水準(zhǔn)儀構(gòu)造復(fù)雜，由望遠(yuǎn)鏡、圓水準(zhǔn)
器、長(zhǎng)水準(zhǔn)管和多個(gè)調(diào)整螺旋等組成，零部件的精密度要求高，制造、裝配、移動(dòng)極易產(chǎn)生誤
差，且價(jià)格昂貴；水準(zhǔn)儀是在水準(zhǔn)泡上工作的，使用前必須調(diào)整水平，調(diào)整繁瑣費(fèi)事，調(diào)整不
好就會(huì)產(chǎn)生誤差；檢驗(yàn)困難，校正必到國(guó)家指定的計(jì)量產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)部門；有盲區(qū)，觀
察近處模糊不清，對(duì)于距離近，房間小，受局限，有障礙場(chǎng)所的高差測(cè)量，無(wú)能為力；只能通
視，觀察、測(cè)量不到障礙物后面目標(biāo)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(chǎng)所施工用的測(cè)量任意兩點(diǎn)水平高差的儀器，致使我
國(guó)相關(guān)的國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)水平偏低，貫徹執(zhí)行困難。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(jì)損失和不良社會(huì)影響。 本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能自動(dòng)調(diào)整水平，檢驗(yàn)校正容易，使用方便，
測(cè)量誤差小，能夠測(cè)量近距離、有隔墻場(chǎng)所任意兩點(diǎn)水平高差的新儀器。 本發(fā)明應(yīng)用連通器兩端液面成水平的原理。當(dāng)連通器一端的容器(貯水杯)保持 不動(dòng)，抬高或降低另一端容器(觀測(cè)管)時(shí)，便引起液體在連通器內(nèi)流動(dòng)。當(dāng)液流靜止后，連 通器兩端容器內(nèi)的液面便在一個(gè)新的水平線上達(dá)成水平。因?yàn)榱鬟M(jìn)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(jì)算出一端容器(觀測(cè)管)抬升或降低的高度，與另 一端容器(觀測(cè)管)液位變化的關(guān)系，得出觀測(cè)管抬升或降低的高度，等于觀測(cè)管內(nèi)液位變 化的高度，乘以(l+觀測(cè)管內(nèi)徑的平方/貯水杯內(nèi)徑的平方)。但這樣勢(shì)必增加現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量 工作的計(jì)算量，不方便，也易產(chǎn)生誤差。為了能直接從觀測(cè)管上看出兩個(gè)被測(cè)位置的水平高 差，本發(fā)明把觀測(cè)管上刻度段的實(shí)際長(zhǎng)度比標(biāo)示的值縮小了，等于標(biāo)示的值除以(l+觀測(cè) 管直徑的平方/貯水杯直徑的平方)。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(cè)管組成連通器。觀測(cè)管上刻度段的實(shí)際長(zhǎng)度，比標(biāo)示的值小，等于 標(biāo)示的值除以(l+觀測(cè)管內(nèi)徑的平方/貯液桶內(nèi)徑的方)。貯水杯安放在一個(gè)支腿能伸縮 的三腳架的升降管上；觀測(cè)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(gè)下部夾緊伸縮管、支座管的，上部能夾緊、松開觀測(cè)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、與貯水杯底中心的漏嘴相連；一 段通過支座管下部的側(cè)孔穿入支座管、伸縮管與觀測(cè)管下端的細(xì)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(cè)管的管相連，組成連通器。
以下結(jié)合附圖
對(duì)發(fā)明做進(jìn)一步說明
圖l高差儀的結(jié)構(gòu)圖
圖2上測(cè)裝置圖
圖3貯水杯圖
圖4觀測(cè)管圖
圖5管接箍圖
圖6高差儀原理圖
圖中符號(hào)表示的意義如下
3
l—貯水杯 2—三腳架 3—連通管 4一管插頭 5—觀測(cè)管6—伸縮管 7-支座管8-底座9-管接箍10-上測(cè)管11-上測(cè)伸縮管12-卡腳
貯水杯1為一個(gè)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。貯水杯的杯底中心有一個(gè)柱形漏嘴，漏嘴外圍焊有一個(gè)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中心的漏嘴相 連。觀測(cè)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(gè)下部能夾住伸縮管6、支座管7，上部能夾緊、松開觀測(cè)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(shí)，觀測(cè)管5、伸縮管6在伸縮管、支座管內(nèi)能夠自由升降， 到達(dá)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(cè)管5、伸縮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(cè)量和實(shí)際工作需要，底 座8有平面實(shí)心、平面空心、球形的三種。為了檢測(cè)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(jì)有上測(cè)裝置。上測(cè)裝置由上部裝有卡腳12的上測(cè)管10、上測(cè)伸 縮管11、管接箍9組成。上測(cè)伸縮管11插在上測(cè)管10內(nèi)，上測(cè)管10、上測(cè)伸縮管11的下 端，均裝有一個(gè)上部與其夾緊連接的管接箍，管接箍下部的錐形螺母，可以?shī)A緊或松開上測(cè) 伸縮管、觀測(cè)管。 這樣就可以測(cè)量任意兩點(diǎn)的水平高差了 ，測(cè)量地面上任意兩點(diǎn)的水平高差時(shí)，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(cè)管內(nèi)的水位至適當(dāng)部位，移動(dòng)觀 測(cè)管的底座，便可測(cè)出地面上前后兩點(diǎn)的水平高差。測(cè)量高空中任意兩點(diǎn)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(cè)裝置上的卡腳，卡在某一被測(cè)位置 上，再用伸縮管下端的管接箍夾起觀測(cè)管，利用上測(cè)伸縮管調(diào)整觀測(cè)管內(nèi)的水位至適當(dāng)部 位，移動(dòng)上測(cè)管上的卡腳，便可測(cè)出高空中任意兩點(diǎn)的高差了。 連通管3 —端穿過三腳架2的升降管與貯水杯1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(cè)管5下端的細(xì)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 蔽了起來，不僅美觀好看，干凈利落，且便于拆解，組合使用。三腳架2采用一個(gè)支腿能伸縮 的、支管能升降的架子，伸張時(shí)能把貯水杯1支架在不同高度的空中，適于人體觀察需要。 收攏時(shí)體積很小，便于收藏?cái)y帶。觀測(cè)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(cè)管5的刻度段，支持在適合觀測(cè)者不同工作姿態(tài)時(shí)的視線之 內(nèi)。用畢全部收入支座管7內(nèi)，便于收藏?cái)y帶，也有利于保護(hù)觀測(cè)管。管接箍9采用錐形螺 母夾緊，牢固可靠，不會(huì)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(cè)管、伸縮管，把儀器恢復(fù)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(cè)范圍的中央，把貯水杯1支架到適合觀 察的工作高度；把支座管底座8放置在待測(cè)位置A，或把上測(cè)管上的卡腳12卡在待測(cè)墻壁 位置A上，再把觀測(cè)管5升起到適于觀察的工作高度，然后把連通管3的各個(gè)管插頭4插好， 這時(shí)往貯水杯內(nèi)加水，加水量約為貯水杯容積的1/2。水流過連通管3，經(jīng)過管插頭4，進(jìn)入 觀測(cè)管5，當(dāng)液流靜止后，液面便停止在觀測(cè)管的某一刻度線上，記下這一數(shù)值。保持貯水 杯1位置和高度不變，移動(dòng)觀測(cè)管底座8或上測(cè)管上的卡腳12至待測(cè)位置B，當(dāng)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(gè)水平面內(nèi)，即它們 的高差為0 ;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
4A高，位置B比位置A究竟低或高多少呢？可從高差儀原理圖7計(jì)算出來
X = H+hb_ha
... hb_ha = h
... X = H+h......(1) 設(shè)貯水杯內(nèi)徑為D，觀測(cè)管內(nèi)徑為d，觀測(cè)管在位置A時(shí)，液柱高度為ha。保持貯水 杯位置和高度不變，把觀測(cè)管置于位置B時(shí)，觀測(cè)管內(nèi)的液柱高度為hb。因?yàn)槲恢肂比位置 A低X，所以hb大于ha，液柱上升的值為h = hb_ha。為什么觀測(cè)管在位置B時(shí)液柱會(huì)上升 呢？這是因?yàn)槲恢肂比位置A低，貯水杯內(nèi)的水在水柱壓力作用下，流進(jìn)了觀測(cè)管，貯水杯 內(nèi)的液面也隨之下降了 H，因?yàn)橘A水杯與觀測(cè)管組成了連通器，貯水杯內(nèi)流出的液體體積， 等于觀測(cè)管內(nèi)流入的液體體積，即
Ji D2H/4 = Ji d2h/4
D2H = d2h H = h d2/D2......(2) 把(2)代入(1):X = h d2/D2+h =h(d2/D2+l) ... d2/D2 > 0 ... X > h X——標(biāo)示值(高差) h——觀測(cè)管刻度段的實(shí)長(zhǎng) 所以h = X/(l+d2/D2) 因此，觀測(cè)管刻度段的實(shí)際長(zhǎng)度要比標(biāo)示的值小，是標(biāo)示的值除以(l+d2/D2)。如 高差儀的量程為400mm，貯水杯內(nèi)徑D = lOOmm，觀測(cè)管內(nèi)徑d = lOmm，觀測(cè)管上刻度段的實(shí) 際長(zhǎng)度就得是396. 04mm。即在觀測(cè)管的396. 04mm的長(zhǎng)度上，均勻刻制400個(gè)格，每格標(biāo)示 為lmnic 以上數(shù)學(xué)推導(dǎo)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(xì)的管子，水在管子內(nèi)受管壁張力作用 有附壁效應(yīng)，即水在管子內(nèi)要多上升一段距離，使觀測(cè)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，促使觀測(cè)管內(nèi)的水 位忽高忽低，影響了儀器的準(zhǔn)確性。怎樣才能使觀測(cè)管內(nèi)的水位與貯水杯內(nèi)的水位成水平 呢？我們采取了消除管壁表面張力的做法，使觀測(cè)管內(nèi)的水面不再是中間凹下，四周隆起 的月牙形，而是一條象金屬指針?biāo)频闹本€，這樣儀器就精確了 、準(zhǔn)確了 。
本發(fā)明的貯水杯內(nèi)徑lOOmm，觀測(cè)管內(nèi)徑lOmm。觀測(cè)管下端有一小段細(xì)管，在管身 396. 04mm的長(zhǎng)度上，均勻刻制400個(gè)格，每格標(biāo)示為lmm。觀測(cè)管上標(biāo)示的數(shù)字上小下大。 液柱上升其值由大變小，所測(cè)位置較低；液柱下降其值由小變大，所測(cè)位置較高，這樣符合 人們的思維習(xí)慣。連通管選用透明的耐老化的塑膠軟管，由多段組成，目的是不用時(shí)能把儀 器拆解分開，便于收攏存放，也是為了組成不同工作半徑，便于使用。管插頭插接容易，不用 時(shí)拔掉，放干凈水，即可縮回貯水杯，觀測(cè)管，盤起連通管，放進(jìn)儀器包裝盒里，便于攜帶。使 用時(shí)要注意排空連通管內(nèi)的氣泡。連通管內(nèi)如混有氣泡，測(cè)量同一個(gè)位置的高程時(shí)，觀測(cè)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(jiǎn)單實(shí)用，不用調(diào)整水平，檢驗(yàn)校正容易，誤差小，開辟了一個(gè)新的測(cè)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)量提供保障。本發(fā)明使用方便，不用專業(yè)測(cè)量 人員、施工工人自己就會(huì)使用，且可以先預(yù)設(shè)，邊施工，邊監(jiān)控，自己檢查工程質(zhì)量，給施工 作業(yè)人員增添新心。建筑地面工程施工前，先找出地面的最高點(diǎn)，可節(jié)省材料，確保水平度、 坡度誤差符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。利用高差儀作泛水，既能符合設(shè)計(jì)坡度的要求，又能保證絕不 產(chǎn)生倒泛水、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(jiǎn)潔、省事、準(zhǔn)確，功效高，質(zhì)量好。利用高差儀檢測(cè)地面工程，比肉眼觀察可 靠，比潑水試驗(yàn)科學(xué)，比坡度尺檢驗(yàn)準(zhǔn)確。利用高差儀檢測(cè)橋式起重機(jī)主梁的拱度、撓度、翹 度，比拉線法簡(jiǎn)單、方便，省時(shí)；利用高差儀檢測(cè)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(cè)量了。用做教學(xué)教具，可以啟發(fā)學(xué)生的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和創(chuàng)造思維能力。
權(quán)利要求
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(cè)管等組成的高差儀，其特征在于所述的觀測(cè)管上刻度段的實(shí)際長(zhǎng)度比標(biāo)示的值小，等于標(biāo)示的值除以(1+觀測(cè)管內(nèi)徑的平方/貯水杯內(nèi)徑的平方)。
2. 按權(quán)利要求1所述的高差儀，其特征在于所述的貯水杯底中心有一個(gè)柱形漏嘴，漏 嘴周圍焊有一個(gè)環(huán)狀座圈，座圈連同貯水杯一起安裝在一個(gè)支腿能伸縮的三腳架的升降管 上。
3. 按權(quán)利要求1所述的高差儀，其特征在于所述的觀測(cè)管為一根透明圓管，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(gè)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(cè)管、伸縮管夾緊或松開。
4. 按權(quán)利要求1所述的高差儀，其特征在于所述的觀測(cè)管上端可與上端裝有卡腳的上 測(cè)管相連，上測(cè)管內(nèi)插有上測(cè)伸縮管，上測(cè)管與上測(cè)伸縮管的下端均裝有一個(gè)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(cè)伸縮管、觀測(cè)管夾緊或松開。
5. 按權(quán)利要求1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、與貯水杯底中心的漏嘴相連，一段通過支座管下部的側(cè)孔穿入支座管、伸縮管 與觀測(cè)管下端的細(xì)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(cè)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(cè)管等組成的高差儀，能從觀測(cè)管上直接看出被測(cè)兩點(diǎn)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(yàn)的儀器，還是施工作業(yè)工人必備的工具。用于建筑工程、工業(yè)工業(yè)爐砌筑工程、礦井巷道工程、機(jī)械設(shè)備檢修安裝工程和教學(xué)實(shí)驗(yàn)等使用。
文檔編號(hào)G01C5/04GK101769737SQ20091000175
公開日2010年7月7日 申請(qǐng)日期2009年1月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月2日
發(fā)明者鄭負(fù) 申請(qǐng)人:鄭負(fù)