專利名稱：高差儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測儀器，用于檢測任意兩點的水平高差。
目前，測量標(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、長水準(zhǔn)管和多個調(diào)整螺旋等組成，零部件的精密度要求很高，制造、裝配、移動極易產(chǎn)生誤差，且價格昂貴；水準(zhǔn)儀是在水平尺上工作的，使用前必須調(diào)整水平，調(diào)整繁瑣費事，調(diào)整不好會產(chǎn)生很大誤差；檢驗困難，校正必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)，觀察近處模糊不清，對于距離近，房間小場所的標(biāo)高(高差)測量，無能為力；只能通視，觀察、測量不到障礙物后面的目標(biāo)的標(biāo)高；塔尺上的刻度是厘米，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，致使我國有關(guān)的國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏低，貫徹執(zhí)行遇到困難。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，能夠測量近距離、有隔墻場所任意兩點水平高差的新儀器。
本發(fā)明應(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，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(dāng)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(dá)成水平。因為流進(jìn)一端容器的液體體積，等于另一端容器流出液體的體積，從而計算出一端容器(觀測管)抬升或降低的高度，與這端容器(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(biāo)示的值縮小了，等于標(biāo)示的值除以(1+觀測管直徑的平方/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)徑較小的觀測管組成連通器。觀測管上刻度段的實際長度，比標(biāo)示的值小，等于標(biāo)示的值除以(1+觀測管內(nèi)徑的平方/貯液桶內(nèi)徑的方)。貯水杯安放在一個支腿能伸縮的、支管能升降的三腳架上；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、杯托與貯水杯底的杯嘴相連；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倒錐形部相連；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，組成連通器。
以下結(jié)合附圖對發(fā)明做進(jìn)一步說明

圖1高差儀的結(jié)構(gòu)2上測裝置3貯水杯、杯托4觀測管、伸縮管、支座管、管接箍5觀測管6管接箍7高差儀原理中符號表示的意義如下1-貯水杯2-杯托3-三腳架4-連通管5-管插頭6-觀測管7-伸縮管8-支座管9-底座10-管接箍11-拉線12-上測伸縮管13-上測管14-卡腳貯水杯1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。貯水杯的杯底有一漏嘴。漏嘴插入杯托2的孔內(nèi)，杯托2是一個喇叭狀的塑膠件，上面緊托貯水杯的底，下部插入三腳架3的升降管內(nèi)。連通管4穿過三腳架3的升降管、杯托2與貯水杯的漏嘴相連。觀測管6安插在伸縮管7內(nèi)，伸縮管7安插在支座管8內(nèi)，伸縮管7和支座管8的上端均有一個下部能夾住伸縮管7、支座管8，上部能夾緊、松開觀測管6、伸縮管7的管接箍10。管接箍10上部的錐形螺母松開時，觀測管6、伸縮管7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，夾住觀測管6、伸縮管7，使其夾緊定位，不能下滑，保證儀器工作可靠。支座管8坐落在底座9上，為測量和實際工作需要，底座9有平面實心、平面空心、球形的三種。為了檢測高空中的軌道、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。伸縮管7上的管接箍10上有一個突緣板，板上邊緣有二個徑向?qū)ΨQ的小孔和二個徑向螺孔，拉線11的一端穿入其中的一個孔內(nèi)，并用螺釘頂緊固定，拉線11的另一端通過上測伸縮管12下端的側(cè)孔，返下來調(diào)整好長度后，穿入突緣板上的另一個小孔內(nèi)，并用螺釘頂緊固定。上測伸縮管12安插在上測管13內(nèi)，上測伸縮管在上測管內(nèi)的伸縮采用管接箍定位、夾緊?？_14安裝在上測管的頂端。測量時把上測伸縮管12從上測管13內(nèi)抽出來，用管接箍10把上測伸縮管12，定位夾緊在需要的長度上，再把卡腳14卡在高空中被測位置上，把拉線11的一端固定在管接箍10的突緣板上其中的一個小孔內(nèi)，再把拉線11的另一端穿過上測伸縮管12下端的側(cè)孔，拉下來托起觀測管至適于觀察的高度，把拉線11的另一端頂緊固定在管接箍10突緣板上的另一個小孔內(nèi)，就可以測量高空中不同位置的水平高差了。連通管4一端穿過三腳架的升降管、杯托2與貯水杯相連，另一端通過支座管8下部的側(cè)孔，穿過支座管8、伸縮管7，與觀測管6下端的倒錐形相連，構(gòu)成連通器。把連通管4的一段置于三腳架3的升降管內(nèi)、把連通管的另一段置于伸縮管7、支座管8內(nèi)，是把連通管隱蔽了起來，不僅美觀好看，干凈利落，而且便于拆解攜帶，組合使用。三腳架3采用一個支腿能伸縮的、支管能升降的架子，伸張時能把貯水杯1支架在不同高度的空中，適于人體觀察需要。收攏時體積很小，便于收藏攜帶。觀測管6在伸縮管7內(nèi)，伸縮管7在支座管8內(nèi)，皆能自由伸縮升降，也是為了把觀測管6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8內(nèi)，便于收藏攜帶，也有利于保護(hù)觀測管。管接箍采用錐形螺母夾緊，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(fù)到收藏狀態(tài)。
本發(fā)明是這樣工作的把三腳架3置于待測范圍的中心附近，把貯水杯1支架到適合觀察的工作高度；把支座管底座9放置在待測位置A，或把上測管上的卡腳卡在待測墻壁位置A上，再把觀測管6升起到適于觀察的工作高度，然后把連通管4的各個管插頭5插好，這時往貯水杯內(nèi)加水，加水量約為貯水杯容積的1/2。水流過連通管4，經(jīng)過管插頭5，進(jìn)入觀測管6，當(dāng)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1位置和高度不變，移動觀測管底座9或上測管上的卡腳14至待測位置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7計算出來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)的水在液柱壓力作用下，流進(jìn)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πD2H/4＝πd2h/4D2H＝d2hH＝h·d2/D2……(2)把(2)代入(1)X＝h·d2/D2+h＝h(d2/D2+1)∵ d2/D2＞0∴ X＞hX----標(biāo)示值(高差)h-----觀測管刻度段的實長所以h＝X/(1+d2/D2)因此，觀測管刻度段的實際長度要比標(biāo)示的值小，是標(biāo)示的值除以(1+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(biāo)示為1mm。
本發(fā)明的貯水杯內(nèi)徑100mm，觀測管內(nèi)徑10mm。觀測管上口外緣加厚，下端有一小段倒錐形，內(nèi)壁涂有減附壁的涂料，在管身396.04mm的長度上，均勻刻制400個格，每格標(biāo)示為1mm。觀測管上標(biāo)示的數(shù)字上小下大。液柱上升其值由大變小，所測位置較低；液柱下降其值由小變大，所測位置較高，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，用后拔掉，放干凈水，即可縮回貯水杯，觀測管，盤起連通管，放進(jìn)儀器包裝盒里，便于攜帶。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，檢驗校正容易，誤差小，開辟了一個水準(zhǔn)儀無法勝任的測量領(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)測量人員、不用專職放線工，施工工人自己就會使用，且可以邊測量，邊施工，邊監(jiān)控，最后自己檢查工程質(zhì)量，給工人增添了一根主心骨。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(biāo)準(zhǔn)要求。利用高差儀作泛水，既能滿足設(shè)計坡度的要求，又保證不會產(chǎn)生倒泛水現(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(zhǔn)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(xué)，比坡度尺檢驗準(zhǔn)確。利用高差儀檢測橋式起重機(jī)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(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
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(biāo)示的值小，等于標(biāo)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1所述的高差儀，其特征在于所述的貯水杯底有一個錐形漏嘴，錐形漏嘴插入一個喇叭形的杯托孔內(nèi)，杯托連同貯水杯一起安插在一個支腿能伸縮的三腳架的升降管內(nèi)。
3按權(quán)利要求1所述的高差儀，其特征在于所述的觀測管為一根內(nèi)壁涂有減附壁涂料的透明玻璃管，玻璃管安插在伸縮管內(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1所述的高差儀，其特征在于所述的伸縮管上的管接箍中部有一個突緣板，板上邊緣有二個徑向?qū)ΨQ的小孔和二個徑向螺孔，其中一個孔內(nèi)穿有一根拉線，并用螺釘頂緊固定，拉線的另一端通過上測伸縮管下端的側(cè)孔，返下來穿入伸縮管上管接箍的突緣板的另一個小孔，調(diào)整好拉線的長度后用螺釘頂緊固定，上測伸縮管安插在上測管內(nèi)，上測伸縮管在上測管內(nèi)的伸縮采用管接箍定位、夾緊，上測管的上端裝有卡腳，卡腳卡在被測物體上。
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、杯托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倒錐形相連，其余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(jī)械工程、設(shè)備檢修安裝工程、教學(xué)試驗等。
文檔編號G01C5/00GK1995912SQ200610000040
公開日2007年7月11日 申請日期2006年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月5日
發(fā)明者鄭負(fù) 申請人:鄭負(fù)