专利名称:高差仪的制作方法
本发明涉及一种检测仪器，用于检测任意两点的水平高差。
目前，测量标高(高差)的仪器唯有水准仪，但水准仪构造复杂，由望远镜、圆水准器、长水准管和多个调整螺旋等组成，零部件的精密度要求很高，制造、装配、移动极易产生误差，且价格昂贵；水准仪是在水平尺上工作的，使用前必须调整水平，调整繁琐费事，调整不好会产生很大误差；检验困难，校正必到国家指定的计量产品质量监督检验部门；有盲区，观察近处模糊不清，对于距离近，房间小场所的标高(高差)测量，无能为力；只能通视，观察、测量不到障碍物后面的目标的标高；塔尺上的刻度是厘米，读数误差较大。因此，迄今还没有一种适于近距离，有隔墙场所施工用的测量任意两点水平高差的仪器，致使我国有关的国家技术标准偏低，贯彻执行遇到困难。由于没有一种适合工程质量过程控制的仪器，致使许多分部工程质量失败，造成了巨大经济损失和不良社会影响。
本发明的目的是提供一种结构简单，能自动调整水平，检验校正容易，使用方便，测量误差小，能够测量近距离、有隔墙场所任意两点水平高差的新仪器。
本发明应用连通器两端液面成水平的原理。当连通器一端的容器(贮水杯)保持不动，抬高或降低另一端容器(观测管)时，便引起液体在连通器内流动。当液流静止后，连通器两端容器内的液面便在一个新的水平线上达成水平。因为流进一端容器的液体体积，等于另一端容器流出液体的体积，从而计算出一端容器(观测管)抬升或降低的高度，与这端容器(观测管)液位变化的关系，得出观测管抬升或降低的高度，等于观测管内液位变化的高度，乘以(1+观测管内径的平方/贮水杯内径的平方)。但这样势必增加现场测量工作的计算量，不方便，也易产生误差。为了能直接从观测管上看出两个被测位置的水平高差，本发明把观测管上刻度段的实际长度比标示的值缩小了，等于标示的值除以(1+观测管直径的平方/贮水杯直径的平方)。本发明采用连通管，一端连接内径较大的贮水杯，另一端连接内径较小的观测管组成连通器。观测管上刻度段的实际长度，比标示的值小，等于标示的值除以(1+观测管内径的平方/贮液桶内径的方)。贮水杯安放在一个支腿能伸缩的、支管能升降的三脚架上；观测管安插在伸缩管内，伸缩管又安插在有底座的支座管内，伸缩管和支座管的上端均装有一个下部夹紧伸缩管、支座管的，上部能夹紧、松开观测管、伸缩管的管接箍。连通管由三段组成，一段穿过三脚架的升降管、杯托与贮水杯底的杯嘴相连；一段通过支座管下部的侧孔穿入支座管、伸缩管与观测管下端的倒锥形部相连；一段采用管插头与联接贮水杯的管、联接观测管的管相连，组成连通器。
以下结合附图对发明做进一步说明图1高差仪的结构图图2上测装置图图3贮水杯、杯托图图4观测管、伸缩管、支座管、管接箍图图5观测管图图6管接箍图图7高差仪原理图图中符号表示的意义如下1-贮水杯2-杯托3-三脚架4-连通管5-管插头6-观测管7-伸缩管8-支座管9-底座10-管接箍11-拉线12-上测伸缩管13-上测管14-卡脚贮水杯1为一个内径较大的圆筒状的有盖容器，杯盖可以防止灰尘落入，保持仪器内的水质清洁。贮水杯的杯底有一漏嘴。漏嘴插入杯托2的孔内，杯托2是一个喇叭状的塑胶件，上面紧托贮水杯的底，下部插入三脚架3的升降管内。连通管4穿过三脚架3的升降管、杯托2与贮水杯的漏嘴相连。观测管6安插在伸缩管7内，伸缩管7安插在支座管8内，伸缩管7和支座管8的上端均有一个下部能夹住伸缩管7、支座管8，上部能夹紧、松开观测管6、伸缩管7的管接箍10。管接箍10上部的锥形螺母松开时，观测管6、伸缩管7在伸缩管、支座管内能够自由升降，到达适于观察的位置后，再旋紧管接箍上端的锥形螺母，夹住观测管6、伸缩管7，使其夹紧定位，不能下滑，保证仪器工作可靠。支座管8坐落在底座9上，为测量和实际工作需要，底座9有平面实心、平面空心、球形的三种。为了检测高空中的轨道、管道、砖石砌体、模板等的水平高差，高差仪另外设计有上测装置。伸缩管7上的管接箍10上有一个突缘板，板上边缘有二个径向对称的小孔和二个径向螺孔，拉线11的一端穿入其中的一个孔内，并用螺钉顶紧固定，拉线11的另一端通过上测伸缩管12下端的侧孔，返下来调整好长度后，穿入突缘板上的另一个小孔内，并用螺钉顶紧固定。上测伸缩管12安插在上测管13内，上测伸缩管在上测管内的伸缩采用管接箍定位、夹紧。卡脚14安装在上测管的顶端。测量时把上测伸缩管12从上测管13内抽出来，用管接箍10把上测伸缩管12，定位夹紧在需要的长度上，再把卡脚14卡在高空中被测位置上，把拉线11的一端固定在管接箍10的突缘板上其中的一个小孔内，再把拉线11的另一端穿过上测伸缩管12下端的侧孔，拉下来托起观测管至适于观察的高度，把拉线11的另一端顶紧固定在管接箍10突缘板上的另一个小孔内，就可以测量高空中不同位置的水平高差了。连通管4一端穿过三脚架的升降管、杯托2与贮水杯相连，另一端通过支座管8下部的侧孔，穿过支座管8、伸缩管7，与观测管6下端的倒锥形相连，构成连通器。把连通管4的一段置于三脚架3的升降管内、把连通管的另一段置于伸缩管7、支座管8内，是把连通管隐蔽了起来，不仅美观好看，干净利落，而且便于拆解携带，组合使用。三脚架3采用一个支腿能伸缩的、支管能升降的架子，伸张时能把贮水杯1支架在不同高度的空中，适于人体观察需要。收拢时体积很小，便于收藏携带。观测管6在伸缩管7内，伸缩管7在支座管8内，皆能自由伸缩升降，也是为了把观测管6的刻度段，支持在适合观测者不同工作姿态时的视线之内。用毕全部收入支座管8内，便于收藏携带，也有利于保护观测管。管接箍采用锥形螺母夹紧，牢固可靠，不会有下滑移位现象；工作完毕，反旋管接箍上的锥形螺母，即可松开观测管、伸缩管，把仪器恢复到收藏状态。
本发明是这样工作的把三脚架3置于待测范围的中心附近，把贮水杯1支架到适合观察的工作高度；把支座管底座9放置在待测位置A，或把上测管上的卡脚卡在待测墙壁位置A上，再把观测管6升起到适于观察的工作高度，然后把连通管4的各个管插头5插好，这时往贮水杯内加水，加水量约为贮水杯容积的1/2。水流过连通管4，经过管插头5，进入观测管6，当液流静止后，液面便停止在观测管的某一刻度线上，记下这一数值。保持贮水杯1位置和高度不变，移动观测管底座9或上测管上的卡脚14至待测位置B，当液流静止后，如果液面仍然停止在原来的数值上，说明位置B和位置A处于同一个水平面内，即它们的高差为0；如果液面上升了，说明位置B比位置A低；如果液面下降了，说明位置B比位置A高，位置B比位置A究竟低或高多少呢？可从高差仪原理图7计算出来X＝H+hb-ha∵ hb-ha＝h∴ X＝H+h……(1)设贮水杯内径为D，观测管内径为d，观测管在位置A时，液柱高度为ha。保持贮水杯位置和高度不变，把观测管置于位置B时，观测管内的液柱高度为hb。因为位置B比位置A低X，所以hb大于ha，液柱上升的值为h＝hb-ha。为什么观测管在位置B时液柱会上升呢？这是因为位置B比位置A低，贮水杯内的水在液柱压力作用下，流进了观测管，贮水杯内的液面也随之下降了H，因为贮水杯与观测管组成了连通器，贮水杯内流出的液体体积，等于观测管内流入的液体体积，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----标示值(高差)h-----观测管刻度段的实长所以h＝X/(1+d2/D2)因此，观测管刻度段的实际长度要比标示的值小，是标示的值除以(1+d2/D2)。
如高差仪的量程为400mm，贮水杯内径D＝100mm，观测管内径d＝10mm，观测管上刻度段的实际长度就得是396.04mm。即在观测管的396.04mm的长度上，均匀刻制400个格，每格标示为1mm。
本发明的贮水杯内径100mm，观测管内径10mm。观测管上口外缘加厚，下端有一小段倒锥形，内壁涂有减附壁的涂料，在管身396.04mm的长度上，均匀刻制400个格，每格标示为1mm。观测管上标示的数字上小下大。液柱上升其值由大变小，所测位置较低；液柱下降其值由小变大，所测位置较高，这样符合人们的思维习惯。连通管选用透明的耐老化的塑胶软管，由多段组成，目的是不用时能把仪器拆解分开，便于收拢存放，也是为了组成不同工作半径，便于使用。管插头插接容易，用后拔掉，放干净水，即可缩回贮水杯，观测管，盘起连通管，放进仪器包装盒里，便于携带。使用时要注意排空连通管内的气泡。连通管内如混有气泡，测量同一个位置的高程时，观测管内的水位将变化不定，说明仪器内有气泡。
本发明简单实用，不用调整水平，检验校正容易，误差小，开辟了一个水准仪无法胜任的测量领域，为工程质量的过程控制和工程产品质量提供保障。本发明使用方便，不用专业测量人员、不用专职放线工，施工工人自己就会使用，且可以边测量，边施工，边监控，最后自己检查工程质量，给工人增添了一根主心骨。建筑地面工程施工前，先找出地面的最高点，可节省材料，确保水平度、坡度误差符合国家标准要求。利用高差仪作泛水，既能满足设计坡度的要求，又保证不会产生倒泛水现象。高差仪淘汰了建筑工程中延续数十年的弹线法，直接在地面上制作水平地面，简洁、省事、准确，功效高，质量好。利用高差仪检测地面工程，比肉眼观察可靠，比泼水试验科学，比坡度尺检验准确。利用高差仪检测桥式起重机主梁的拱度、挠度、翘度，比拉线法简单、方便，省时；利用高差仪检测高空中天车轨道和墙口等的水平高差，也不用弹线，站在地上就可测量了。用做教学教具，可以启发学生的数学推导和创造思维能力。
权利要求
1一种由连通管连接起来的内径较大的贮水杯和内径较小的观测管等组成的高差仪，其特征在于所述的观测管上刻度段的实际长度比标示的值小，等于标示的值除以(1+观测管内径的平方/贮水杯内径的平方)。
2按权利要求
1所述的高差仪，其特征在于所述的贮水杯底有一个锥形漏嘴，锥形漏嘴插入一个喇叭形的杯托孔内，杯托连同贮水杯一起安插在一个支腿能伸缩的三脚架的升降管内。
3按权利要求
1所述的高差仪，其特征在于所述的观测管为一根内壁涂有减附壁涂料的透明玻璃管，玻璃管安插在伸缩管内，伸缩管安插在有底座的支座管内，伸缩管和支座管的上端均有一个下部与其夹紧联接的管接箍，管接箍上部的锥形螺母可把观测管、伸缩管夹紧或松开。
4按权利要求
1所述的高差仪，其特征在于所述的伸缩管上的管接箍中部有一个突缘板，板上边缘有二个径向对称的小孔和二个径向螺孔，其中一个孔内穿有一根拉线，并用螺钉顶紧固定，拉线的另一端通过上测伸缩管下端的侧孔，返下来穿入伸缩管上管接箍的突缘板的另一个小孔，调整好拉线的长度后用螺钉顶紧固定，上测伸缩管安插在上测管内，上测伸缩管在上测管内的伸缩采用管接箍定位、夹紧，上测管的上端装有卡脚，卡脚卡在被测物体上。
5按权利要求
1所述的高差仪，其特征在于所述的连通管由三段组成，一段通过三脚架的升降管、杯托与贮水杯底的漏嘴相连，一段通过支座管下部的侧孔穿入支座管、伸缩管与观测管下端的倒锥形相连，其余一段采用管插头与联接贮水杯的管、联接观测管的管相连。
专利摘要
一种由连通管连接起来的贮水杯、观测管等组成的高差仪，能从观测管上直接看出被测两点的水平高差，是工程质量过程控制和工程产品质量检验必备的仪器。用于建筑工程、建筑地面工程、机械工程、设备检修安装工程、教学试验等。
文档编号G01C5/00GK1995912SQ200610000040
公开日2007年7月11日 申请日期2006年1月5日
发明者郑负 申请人:郑负导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan