Опубликовано: 22, 04, 2013

Автоматические системы гидростатического нивелирования



Гидростатические нивелиры

Гидростатическое нивелирование используют в инженерно-геодезической практике для высотной установки и выверки технологического оборудования, измерения осадок инженерных сооружений, передачи отметок через водные преграды. К настоящему времени физические основы метода гидростатического нивелирования достаточно подробно изучены, создан целый ряд оригинальных по конструкции гидростатических нивелиров.

Как известно, при гидростатическом нивелировании превышение точек определяют непосредственно по поверхности (мениску) жидкости. Существует несколько способов фиксирования высотного положения уровненной поверхности жидкости в сообщающихся сосудах гидронивелиров. Наиболее распространенным из них является визуальный способ, при котором момент контакта измерительного щупа с поверхностью жидкости определяется визуально, а отсчет снимается по барабану микрометра.

Такой способ определения уровенной поверхности жидкости обладает достаточно высокой точностью, однако имеет и существенные недостатки: низкая производительность измерений, отсутствие дистанционных измерений, наличие субъективных ошибок наблюдателя, трудоемкость.

Поэтому в силу названных причин на ряде современных инженерных объектов, где по условиям труда человеку в период работы физических установок объекта находиться нельзя, например на ускорителях заряженных частиц, использование гидростатических систем возможно только при условии полной автоматизации процесса измерения.

Автоматизация определения положения уровненной поверхности жидкости возможна при применении электроконтактного и фотоэлектрического способов фиксации.

Электроконтактный способ фиксации нашел применение в гидронивелирах с водяным и ртутным заполнением, при этом жидкость в гидронивелирах должна быть токопроводящей. В приборах с ртутным заполнением с течением времени на поверхности контактного щупа образуется пленка окиси ртути и с момента появления такой пленки точность измерения резко падает. Заполнение гидростатической системы водой, содержащей соли для обеспечения токопроводимости, вызывает необходимость более строго учитывать температурное состояния жидкости в сосудах с целью получения высокой точности измерения превышений. К тому же с течением времени из-за воздействия электрического тока наступает коррозия верхней части конуса щупа и точность измерения также падает.
Для повышения точности измерений верхняя часть конусного наконечника щупа может быть выполнена в виде изолятора (например, из органического стекла), высота которого меньше высоты Н мениска, образующегося в момент контакта конца щупа и уровня жидкости.

С течением времени электропроводная часть щупа также может подвергаться коррозии, однако это не влияет на точность измерения, так как образование мениска происходит лишь в момент контакта изолятора и жидкости.

Другим способом борьбы с коррозией наконечника щупа является включение в электроконтактную гидростатическую систему устройства, переключающего полярность питания электрического указателя. Такое устройство выполнено в виде трех поляризованных электромагнитных реле, в цепь одного из которых включены емкости, служащие для запоминания знака потенциала, поданного на щуп, а два других реле включены в измерительную цепь гидростатической системы.
Наличие в схеме управления поляризованного реле совместно с емкостями позволяет автоматически чередовать полярность потенциала, подаваемого на щуп, при каждом очередном замере. Смена полярности потенциала щупа позволяет снизить электрокоррозию.

Известны гидростатические нивелиры, в которых фиксация момента касания щупа с поверхностью жидкости дистанционно и автоматически определяется при помощи света. Причем подвижный щуп может быть выполнен в виде цилиндрического световода, заточенного на конце под углом полного внутреннего отражения света, с осветителем, установленным над световодом, и фотоприемником, расположенным под уровнем рабочей жидкости. Разработаны конструкции, где со щупом измерителя уровня связан сильфон, сообщающийся с внутренним объемом сосуда через капилляр из прозрачного материала, укрепленный на щупе как наконечник и снабженный фотоэлектрическим датчиком, регистрирующим появление жидкости в капилляре.

Устройства первого типа обеспечивают точную регистрацию в случае образования заполняющей сосуд жидкостью положительного мениска в момент соприкосновения с ней заостренного световода.

Устройства второго типа могут применяться также с жидкостями, относящимися к несмачивающим, или с непрозрачными жидкостями.

Для высокоточного дистанционного измерения превышений между точками в условиях закрытых помещений может быть использована система гидростатического нивелирования СГН-27Д.

Такая система оснащается гидростатическими датчиками электроконтактного типа или датчиками со световодами полного внутреннего отражения, аналогичными вышерассмотренным. Блок управления системы выполнен по функциональной схеме, соответствующей схеме, и позволяет дистанционно для измерений подключать любой датчик системы.

Датчики, число которых может достигать 27, соединены между собою шлангами. Их устанавливают на контролируемых точках объекта. Датчики соответствующими кабелями подключены к распределительным коробкам, устанавливаемым в зоне контролируемого объекта. Каждая распределительная коробка рассчитана на подключение к ней трех датчиков.

В качестве рабочей жидкости, заполняющей шланги системы, может быть использована дистиллированная вода с добавкой 0,1% формалина или спирта, или жидкость, проводящая электрический ток. Выбор жидкости определяется типом используемых датчиков.

Все органы управления системой СГН-27Д выведены на лицевую панель блока управления. В блоке управления имеется декатронный счетчик импульсов.

Диапазон измеряемых превышений, системой СГН-27Д составляет 4 мм от некоторого среднего уровня. Средняя квадратическая ошибка в определении уровня жидкости 20 мкм. Время одного замера 30 с. Потребляемая мощность 80 Вт. Питание системы осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В с частотой 50 Гц.

Оставить комментарий