专利名称：精确调平测角仪的制作方法
技术领域：
本实用新型属于量角器技术领域，具体涉及精确调平测角仪。
背景技术：
量角器是最为普通的一种测量角度的仪器，仅限于对平面上角度的测量，大中学生学习数学所用的是最为一般角度测量仪器，由于没有游标尺作为辅助精确读数装置，力口之半径小，因此精度不高、误差大。现行科研、工程建筑、野外检测尤其学校实验等所用测角(坡度)仪器的确种类繁多，归纳起来不外乎两类电子式和机械式。随着经济建设和科研等要求，它们的测量精度还达不到实际需要；比如，机械类所采用的是指针与水泡相连，在具体测量时，将底面放在角度斜边上，通过手动与指针相连的水泡部位，使之水泡居中，此时，与水泡相连的指针指示读数，即为斜面角度(坡度)，但是，测量者在转动与指针相连的水泡 部位时，由于在观察水泡居于标准线中央的时候，存在判断误差，加之这类型仪器普遍没有 游标尺，精度都不会很高；另一种类型为电子坡度测量仪器，其弊端在于其一，虽然能直接读数，但精度也不是很高，准确度等级普遍在12'，分辨率普遍在6'，其二，由于使用电池供电，野外检测、工程建设等使用不便，加之其内电子检测、处理系统，因而造价高，即便是液晶显示，其精度也并不很高；而且，在大中学校实验室使用这样的一些仪器，不仅调节不方便，原理也不够清晰，而且精度不高。
实用新型内容针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于设计一种携带方便、精度高的精确调平测角仪的技术方案。所述的精确调平测角仪，其特征在于包括扇形结构的主尺，所述的主尺圆心点上设置转动轴，所述的转动轴上端固定设置由左游标和右游标构成的游标尺，所述的游标尺外侧设置指针，所述的转动轴下端固定设置重锤。所述的精确调平测角仪，其特征在于所述的主尺底部固定设置底座。所述的精确调平测角仪，其特征在于所述的主尺侧部固定设置手把。所述的精确调平测角仪，其特征在于所述的转动轴上设置转动轴固定轴。所述的精确调平测角仪，其特征在于所述的重锤为扇形结构。所述的精确调平测角仪，其特征在于所述的游标尺通过设置的游标固定架固定设置在转动轴上。所述的精确调平测角仪，其特征在于所述的主尺表面标注角度为-105° 105。，最小刻度为30'。所述的精确调平测角仪，其特征在于所述的游标尺表面标注角度为-30' 30'，最小刻度为I'。上述的精确调平测角仪与现有的量角器相比具有以下优点1)携带方便，内部不安装电路装置，节能减排，成本低，市场前景广阔；2)应用于学校实验室作为调平、测角度(坡度)装置时，使用简单方便，原理清晰，精度非常高，精度可达到I'。
图I为本实用新型的主视图；图2为本实用新型的侧视图；图3为本实用新型中指针恒为铅直方向的条件图；图4为本实用新型的精度原理图；图5为本实用新型测角原理图；图6为采用本实用新型的装置对某一斜面角度(坡度)实施测量时的具体读数方法 示意图。图中1_指针；2_左游标；3_右游标；4_游标固定架；5_主尺；6_转动轴；7_重锤；8_底座；9-手把；10_转动轴固定轴。
具体实施方式
以下结合说明书附图来进一步说明本实用新型。一、实施例如图I和2所示，精确调平测角仪包括扇形结构的主尺5，主尺5的圆心点上设置转动轴6，转动轴6上固定设置转动轴固定轴10。转动轴6上端固定设置游标固定架4，游标固定架4上端设置扇形结构的游标尺，游标尺由对称的左游标2和右游标3组成。游标尺的外侧设置指针1，指针I下端固定设置在转动轴6的上端。转动轴6的下端固定设置重锤7，重锤7的优选结构为扇形结构。作为优选结构，主尺5的底部固定设置长方体结构的底座8，提高该装置的稳定性。作为优选结构，主尺5的侧部固定设置手把9，便于该装置的携带或测量时抓握。作为优选结构，底座8选择比重较重的材料制成，游标固定架4采用较轻金属制成，以便增加该装置的稳定性和提高其灵敏性，该装置正面可采用透明玻璃封装。主尺5表面标注角度为-105° 105°，精确测量范围-90° 90°，表面分隔成420格，最小刻度为30'，主尺5外沿直径优选为200mm。游标尺表面标注的角度范围为-30' 30'，分隔成30格，最小刻度为I'，游标尺外沿半径优选为180mm。二、调节测角根据本实用新型采用重力永远为铅直方向原理，如图3所示。在设计重锤7、游标固定架4和游标尺时，采用轴承两端力矩不平衡，就能够永远保持指针铅直方向，实现指针直接显示读数。设重锤7质量M，其质心距转轴间距为0D，转动轴6至指针I尖端一端质量为m，其质心距转轴距离为0C，根据力矩公式，在制作该仪器时，指针永远铅直必须严格满足力矩不平衡原理表达式M ■ OD m. OC。就理论上讲，只要重锤7端的力矩大于转动轴6至指针I尖端力矩，就能实现测量角度(坡度)目标，而在实际设计时，应该使重锤7端力矩远大于游标固定架4端的力矩，其灵敏度也会非常之高，为此，在制作该仪器时，尤其要注意材料选择和结构设计，比如重锤7密度应选择密度大的不锈钢，游标尺与游标固定架4材料可选择轻盈而较薄的合金较为合适。转轴处拟采用轴承技术，以便减小阻力，提高仪器的灵敏度。三、测量精确原理(I)采用主尺5与游标尺组合测量如图I所示的主尺5 (外环)外沿的每个15°间的弧度与图4所示的AB弧长相等，即半径左R2与右R2方向之间夹角，采用长、短线相间将其分为30格，每格代表0.5° ;游标尺(内环)A' B'，该弧对应半径左R1、右R1方向之夹角，与主尺5 (外环)的29格(即14.5° )弧长相等，但是，所表示的度数不同，将A' B'弧分成30格(30')，与主尺上的0.5° (30')相对 应，即将主尺上的0.5° (30')平均分配到了游标尺A' B'弧长上，即游标尺上的每格代表I'。主尺5外沿上的弧长用210°表示，用长线将其分割成210份，每份1°，然后用短线将每个相邻长线分为两半，如此又将弧长210°等分为420份，每份为30'，长短线相间，相邻长线或短线相差1°。左游标2和右游标3尺的弧长A' B'分别与主尺5上的29格(S卩14. 5° )弧长的长度相同，但所代表的涵义不同，左游标2和右游标3弧长均被分成30格，每格I'。(2)采用了双游标提高精度的测量方法，当指针I指向0° 90°进行测量，采用左游标2精确读数，当指针I指向0° -90°进行测量，采用右游标3精确读数，双游标测角范围均为0 ±30'，其精度均可达到I'。(3)双对称主、辅尺测角(坡度)范围0 ±90°。四、精确调平测角仪工作原理(I)在采用精确调平测角仪调节水平时，将其放在被调台面上，通过调节待测平台使之指针I指向主尺5的0°刻度线上，此时，待调台面就水平了，其调节精度可达I'。(2)若要测量角度(坡度)，只要将精确调平测角仪放置在沿着待测角度斜面方向上，此时，指针I所指的位置，就是该斜面角度(或坡度)。读数时，先读主尺5，超过主尺5某一刻度多余部分从游标尺中读取，若指针在主尺5的0°刻度线的左端时读左游标2，在0°刻度线右端时读右游标3，读游标尺是以游标尺中某一刻度线与主尺5某一刻度线在一条直线作为读数标准，并取相应的格数，即多少分，然后与主尺5上准确地读出的度数之和，即为被测角度(坡度)的度数。(3)调平测角仪的几何学读数原理如图(5)所示，因为Za = (对顶角相等)，又的两边分别与的两边分别垂直，因此，两个角相等，即= ,因为一个角度两边垂直于另一个角的两边，则这两角对应相等。(4)具体读数方法将图(5)所示，测角状态中主尺从15° 35°和左游标2放大,如图(6)所示，主盘每小格30'，付盘总共30格，可明显看出，其分辨率为I'，从角游标的“0”对下来看，大于30'的值从主盘读得，小于30'的值从付盘读得，付盘上读数是依据游标尺上与主尺在一条直线上的哪一条线所对应的刻度。通过图(6)从主尺上读得16° 30'，从付盘读得15'。真正的角度为两盘的读数之和，即16° 45'。以上所述及图中所示的仅是本实用新型的优选实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，这些也应视为属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.精确调平测角仪，其特征在于包括扇形结构的主尺(5)，所述的主尺(5)圆心点上设置转动轴(6)，所述的转动轴(6)上端固定设置由左游标(2)和右游标(3)构成的游标尺，所述的游标尺外侧设置指针(I )，所述的转动轴(6)下端固定设置重锤(7)。
2.如权利要求I所述的精确调平测角仪，其特征在于所述的主尺(5)底部固定设置底座(8)。
3.如权利要求I所述的精确调平测角仪，其特征在于所述的主尺(5)侧部固定设置手把(9)。
4.如权利要求I所述的精确调平测角仪，其特征在于所述的转动轴(6)上设置转动轴固定轴(10)。
5.如权利要求I所述的精确调平测角仪，其特征在于所述的重锤(7)为扇形结构。
6.如权利要求I所述的精确调平测角仪，其特征在于所述的游标尺通过设置的游标固定架(4)固定设置在转动轴(6)上。
7.如权利要求I所述的精确调平测角仪，其特征在于所述的主尺(5)表面标注角度为-105。 105。，最小刻度为30'。
8.如权利要求I所述的精确调平测角仪，其特征在于所述的游标尺表面标注角度为-30' 30'，最小刻度为I'。
专利摘要精确调平测角仪，属于量角器技术领域。其特征在于包括扇形结构的主尺，所述的主尺圆心点上设置转动轴，所述的转动轴上端固定设置由左游标和右游标构成的游标尺，所述的游标尺外侧设置指针，所述的转动轴下端固定设置重锤。上述的精确调平测角仪与现有的量角器相比具有以下优点1)携带方便，内部不安装电路装置，节能减排，成本低，市场前景广阔；2)应用于学校实验室作为调平、测角度(坡度)装置时，使用简单方便，原理清晰，精度非常高，精度可达到1′。
文档编号G01C9/12GK202547649SQ20122017323
公开日2012年11月21日 申请日期2012年4月23日 优先权日2012年4月23日
发明者张锐波 申请人:张锐波, 浙江大学城市学院