Высокоточные измерения переносными шланговыми нивелирами
Для высокоточных измерений переносными шланговыми нивелирами применяют двойное нивелирование с взаимной перестановкой сосудов. Эта методика обеспечивает автоматическое исключение влияния места нуля [см. (3.30), (3.31) и (3.34), (3.35)] и ослабляет температурные ошибки, но малопроизводительна. Поэтому в случаях, когда не требуется особо высокой точности, предварительно определяют величину МО и с учетом ее по формулам (3.27), (3.29) или (3.32), (3.33) выполняют нивелирование в одном направлении (1→2 или 2→1) без перестановок.
При нивелировании поверхностей прибегают и к полярному нивелированию от одной исходной точки. К настоящему времени создано немало конструкций гидростатических нивелиров различных устройств и назначений, а следовательно, и точностей.
Точность гидростатического нивелира определяется применяемым способом фиксации уровня жидкости в сосудах и возможностями учета (или исключения влияния) изменений внешней среды. Известно много способов отсчета уровня жидкости. Наиболее известные из них:
- визуальный
- контактно-визуальный
- электроконтактный и другие способы с различными их разновидностями.
В самом простом случае фиксация уровня жидкости в стеклянных трубках нивелира выполняется визуально — взятием отсчета на глаз по шкале, нанесенной на стенке самой трубки (рис. 3.32) против менисковой поверхности жидкости. Поскольку обычно применяемые жидкости — смачивающие, поверхность жидкости в трубке представляет собой вогнутый мениск; по самой низкой точке менисковой дуги и берут отсчет с ошибкой ± 1 мм.
Рис. 3.32. Способы
фиксации уровня жидкости в сосудах
а, б, в — разновидности визуального; г —
контактно-визуальный; д — электроконтактный; е — оптико-электронный;
1 —
передвижная рамка; 2 — щель; 3 — поплавок; 4 — микрометренный винт; 5 —
барабанчик; 6 — шкала; 7 — контакты; 8 — стеклянный цилиндрический световод; 9 —
фотоэлемент
Точность визуального способа повышается до ± 0,5 мм, если отсчет производить по шкале, расположенной рядом с трубкой, фиксируя уровень жидкости при помощи передвижной рамки 7 (рис. 3.32, б) с прорезанной щелью 2 и индексом на продолжении ее оси симметрии. Передвигая рамку по трубке, устанавливают ее так, чтобы нижний край мениска проходил по оси симметрии прорези, после чего против индекса берут отсчет по шкале. Для большего повышения точности индекс может быть заменен верньером.
Визуальный отсчет по нанесенной на трубку шкале может производиться против риски плавающего на поверхности жидкости специальной формы поплавка 3 (рис. 3.32, б, в). В этом случае точность отсчета характеризуется ошибкой ± 0,2 мм. При контактно-визуальном способе уровень жидкости фиксируется острием микрометренного винта 4 (рис. 3.32, г). Вращая барабанчик 5, микрометренный винт 4 в стеклянном цилиндрическом сосуде плавно опускают сверху и в момент прорыва острием пленки поверхностного натяжения смачивающей жидкости, когда вокруг острия образуется менисковая поверхность, производят отсчет по шкале 6, укрепленной рядом с барабанчиком микрометренного винта. Для удобства шаг винта делают равным 1 мм, а окружность барабанчика разбивают на десять частей, что дает возможность по вертикальной шкале отсчитывать количество целых, а по барабанчику — десятых и сотых долей миллиметра.
Электроконтактный способ заключается в фиксации глубины опускания микрометренного винта от фиксированного «нуля» до соприкосновения с жидкостью. В момент соприкосновения замыкается электрическая цепь и появляется соответствующий световой или звуковой сигнал.
Известны электроконтактные датчики положения уровня жидкости в сосуде как непрерывного действия (из одного подвижного электрода), так и дискретные. Дискретный датчик состоит из большого числа сигнальных устройств в виде контактов 7 (рис. 3.32, д), смонтированных последовательно на разных высотах. Расстояние между контактами по вертикали (шаг) зависит от необходимой точности получения информации о положении уровня жидкости.
Оптико-электронный способ регистрации уровня жидкости (рис. 3.32, е) состоит в регистрации фотоэлементом 9 светового сигнала, проходящего через жидкость при контакте с ней стеклянного цилиндрического световода 8.
Применение инструментальных контактных способов дает возможность автоматизации определения превышений и дистанционного получения информации о высотном положении контролируемых объектов. В последние годы одним из прогрессивных направлений при создании гидростатических нивелиров являются устройства, основанные на использовании видеоизмерений. Гидростатические нивелиры, использующие этот принцип измерений, представляют собой аппаратурно-программный комплекс, структура и алгоритм функционирования которых могут гибко меняться в зависимости от решаемой задачи и параметров измерений. Отсчетные устройства, применяемые для определения уровня жидкости и основанные на видеоизмерениях, называют видеоуровнемерами (ВУ).
ВУ предназначены для бесконтактного измерения уровня горючих, взрывоопасных, агрессивных, радиоактивных и других прозрачных и непрозрачных жидкостей в резервуарах
Эти устройства также используются в гидростатических нивелирах, так как позволяют автоматически измерять с высокой точностью и большом диапазоне уровень жидкости.
Работа ВУ основана на компьютерной обработке видеосигнала, содержащего изображение визирных целей, отраженных от исследуемого измеряемого уровня жидкости в резервуаре. Датчик имеет видеокамеру, чувствительным элементом которой является ПЗС-матрица. По краям объектива симметрично располагаются светодиоды от 4-х и более штук. Во время работы с помощью видеокамеры, направленной вертикально вниз на поверхность рабочей жидкости, определяют координаты светящихся визирных целей, создаваемых светодиодами на поверхности жидкости. При изменении уровня жидкости изменяются и координаты визирных целей. Относительная ошибка измерений составляет 10-4. (При диапазоне измерения 1-10,0 м средняя квадратическая ошибка не более 0,1-1 мм).
