Файл: Новая геодезическая техника и ее применение в строительстве учеб. пособие.pdf

вниз — в направлении к поверхности жидкости; одновременно в верхней части головки загорается электрическая лампочка. При движении световода специальный датчик перемещений фор­ мирует импульсы, считаемые пересчетной схемой. В момент со­ прикосновения конца световода с поверхностью жидкости обра­ зуется мениск; при этом лучи света от лампочки, падающие на коническую поверхность световода вне пределов мениска, пре­ терпевают пол.цре внутреннее отражение, а свет, упавший на нее в месте смачивания жидкостью, частично попадает в жидкость и

/= т,

вкоторой т —цена импульса, соответствующая установленному шагу перемещения световода по высоте; п — число импульсов от начала (фиксированного «нуля») до конца счета.

Влияния перепадов температуры жидкости на ее уровень в гидростатической системе учитываются с помощью специальных дистанционных термодатчиков.

Вся информация от каждой из двенадцати измерительных го­ ловок по линии связи передается на пульт управления. На про­ изводство полного цикла измерений работающий за пультом опе­ ратор (один) тратит не более 25 мин, тогда как для выполнения этих измерений геометрическим нивелированием бригаде из трех человек потребовалось бы 8—9 ч. При этом высотное положение элементов оборудования ускорителя определяется со средней квадратичной ошибкой порядка ± 6 0 мкм-

Возможность применения шланговых нивелиров в условиях, где затруднительно пользоваться другими приборами, простота конструкций переносных шланговых нивелиров, высокая точность измерений и возможность их автоматизации говорят в пользу широкого внедрения, гидростатического нивелирования.

§ IV. 6. Нивелиры гидромеханические

Значительно позже гидростатического зародился новый вид нивелирования — гидромеханическое (гидроманометрическое), при котором превышение находится как функция избыточного давления или вакуума *, создаваемого столбом жидкости в гид­ ростатической системе:

* Под избыточным будем понимать положительное давление, создавае­ мое собственным весом жидкости и представляющее собой превышение пол­ ного гидростатического давления в жидкости над атмосферным, а под ваку­ умом — разрежение, степень которого выражают, наоборот, лак превышение атмосферного давления над гидростатическим.

160

Рис. IV.16. Гидромеханический нивелир типа манометр — компенсатор:

Нивелир типа манометр — компенсатор (рис. IV.16), первая положительная разработка которого выполнена несколько лет на­ зад в Западном геофизическом тресте Министерства геологии РСФСР [IV. 15], состоит из мановакуумметра 2 или манометра того или иного класса точности и резервуара-компенсатора 8, соединенных между собой полиэтиленовым шлангом 6 малого" диаметра длиной 25—50 м. Чувствительный элемент (ЧЭ) мано­ вакуумметра, шланг и компенсатор (не полностью) заполняютсярабочёй жидкостью. Компенсатор представляет собой сосуд, площадь поперечного сечения которого, как и в гидростатическом' нивелировании, в несколько раз больше площади поперечного сечения шланга, за счет чего возможные значительные изменения объема жидкости в шланге компенсируются ничтожно малыми изменениями высоты уровня жидкости в компенсаторе.

При нахождении превышения между двумя точками в одной из них устанавливают манометр (мановакуумметр), а в другой — компенсатор. Чувствительный элемент манометра,— а в момент измерения и поверхность жидкости в компенсаторе,-—открыты, т. е. находятся под давлением атмосферы. Согласно основному уравнению гидростатики, манометр воспринимает избыточное

давление р столба жидкости, высота которого равна измеряемо­ му превышению /г- Для определения превышения необходимо отсчитать по манометру давление р и учесть «постоянные» при­ бора— его коэффициент К и место нуля МО (см. ниже), которые

практически оно зависит от пределов градуировки мановакуум­ метра, длины и прочности шланга.

При расположении компенсатора ниже мановакуумметра ЧЭ измеряет вакуум, создаваемый столбом жидкости высотой п. В этом случае возможности нивелира ограничиваются, так как его работа на вакуум при превышениях больших, чем высота столба жидкости, уравновешивающего внешнее (атмосферное) давление, в принципе невозможна. При использовании дистилли­ рованной воды теоретическим пределом работы прибора на ва­ куум на уровне моря является превышение около 10 м. С умень­ шением атмосферного давления при подъеме на высоту этот предел уменьшается. Практически, вследствие наличия в воде рас­ творенного воздуха, при работе на вакуум начинается его выде­ ление в ЧЭ. При получении же в системе давления, равного упру­ гости насыщенного пара при данной температуре, жидкость за­ кипает. При этом воздух и пары жидкости заполняют трубку Бурдона и она приобретает дополнительную деформацию, что искажает показания мановакуумметра. Практика показала, что, работая с дистиллированной водой, превышения свыше 6 м из­ мерять на вакуум нецелесообразно.

Гидромеханический нивелир типа манометр — манометр пред­ ставляет собой два мановакуумметра, соединенных шлангом. Система прибора полностью заполняется рабочей жидкостью. При измерении превышения давление столба жидкости высотой h распределяется поровну между чувствительными элементами обоих мановакуумметров. Нижний мановакуумметр покажет положительное давление +pi нижней половины h/2 столба жид­ кости, а верхний, фиксируя вакуум, создаваемый в его ЧЭ весом верхней половины h/2 этого столба, зарегистрирует отрицатель­ ное давление — рч.

Очевидно, что наибольшее превышение, которое может быть измерено нивелиром с двумя манометрами, равно удвоенному максимальному превышению, которое можно измерить нивели­ ром типа МК при работе его мановакуумметра на вакуум. Од­ нако это достоинство нивелира типа ММ не может компенсиро­

показаний мановакуумметров, определяется с погрешностями в 1/2 раз больше, чем при нивелировании прибором типа МК; схема же прибора типа ММ более сложна. Главный же недостаток та-

162

кого нивелира обусловлен полной герметичностью системы: на­ пряжения, постоянно возникающие в ней из-за изменений степени нагрева жидкости в шланге, не имеют выхода наружу, вследствие чего и при неизменных положениях мановакуумметров отсчеты по ним постоянно меняются, что вызывает необходимость отсче­ ты по мановакуумметрам брать синхронно.

Рис. IV.17. Принципиальная схема гидромеханического ни­ велира, разработанного в СНИИГГиМС:

воспринимается полой мембранной коробкой 7, а регистрируется с помощью множительно-измерительного механизма от баромет­ ра-анероида МД-49-А. В обоих блоках мембранные коробки включены в систему через перераспределительные• устройства, служащие одновременно и компенсаторами. Перераспредели­ тельное устройство представляет собой резервуар 5, . имеющий крышку с двойной стенкой и небольшим регулируемым зазором. Внутренняя стенка выполнена в виде тонкой эластичной плен­ ки 2, а внешняя — в виде мелкой жесткой сетки 3. Вся система заполняется жидкостью.

При установке измерительных блоков на нивелируемые точки эластичная пленка 2 в объеме 5 нижнего блока под давлением жидкости прилегает к сетке 3 и остается в этом положении до тех пор, пока данный блок находится ниже второго. Сетка позво­ ляет жидкости воспринимать атмосферное давление через элас­ тичную пленку. Из объема 5 полное гидростатическое давление через вспомогательный шланг 6 передается на мембраннуюко­ робку 7. Одновременно с этим в перераспределительном устрой­ стве верхнего блока эластичная пленка 2.отходит от сетки 3, про-

гибаясь вслед за жидкостью. При этом измерительное устройство верхнего блока фиксирует избыточное давление столба жидкости, находящейся над верхней плоскостью мембранной коробки. От­ счеты показаний обоих измерительных блоков производят одно­ временно. Значение измеряемого превышения находят как раз­ ность этих отсчетов.

Хотя описанная принципиальная схема прибора имеет ряд су­ щественных недостатков, достоинством ее является то, что оба измерительных блока работают всегда в одном режиме — только на избыточное давление. Это исключает засасывание в систему воздуха извне, повышает точность измерений и позволяет всю шкалу прибора использовать для измерения превышений одного знака, увеличивая диапазон измеряемых превышений.

Рис. IV.18. Определение превышения гидроме­ ханическим нивелиром:

нии превышения h\2 (рис. IV. 18, а) по линии (1) — (2) спосо­ бом «компенсатор впереди» давление атмосферы в точке 1 и уп­ ругая сила деформации чувствительного элемента (спирали

164