专利名称：高差仪的制作方法
高差仪 本发明涉及一种检测仪器，用于工程施工中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高，制造、装配、移动极易产生误
差，且价格昂贵；水准仪是在水准泡上工作的，使用前必须调整水平，调整繁琐费事，调整不
好就会产生误差；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，受局限，有障碍场所的高差测量，无能为力；只能通
视，观察、测量不到障碍物后面目标的高差；塔尺上的刻度常是厘米，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
国相关的国家技术标准水平偏低，贯彻执行困难。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，与另 一端容器(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(l+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縮小了，等于标示的值除以(l+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(l+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縮 的三脚架的升降管上；观测管安插在伸縮管内，伸縮管又安插在有底座的支座管内，伸縮管 和支座管的上端均装有一个下部夹紧伸縮管、支座管的，上部能夹紧、松开观测管、伸縮管 的管接箍。连通管由三段组成，一段穿过三脚架的升降管、与贮水杯底中心的漏嘴相连；一 段通过支座管下部的侧孔穿入支座管、伸縮管与观测管下端的细管相连；另一段采用管插 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l高差仪的结构图
图2上测装置图
图3贮水杯图
图4观测管图
图5管接箍图
图6高差仪原理图
图中符号表示的意义如下
3
l—贮水杯 2—三脚架 3—连通管 4一管插头 5—观测管6—伸縮管 7-支座管8-底座9-管接箍10-上测管11-上测伸縮管12-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。贮水杯的杯底中心有一个柱形漏嘴，漏嘴外围焊有一个环形座圈，环形座 圈套装在三脚架2的升降管上。连通管3穿过三脚架2的升降管与贮水杯底中心的漏嘴相 连。观测管5安插在伸縮管6内，伸縮管6安插在支座管7内，伸縮管6和支座管7的上 端均有一个下部能夹住伸縮管6、支座管7，上部能夹紧、松开观测管5、伸縮管6的管接箍 9。管接箍9上部的锥形螺母松开时，观测管5、伸縮管6在伸縮管、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5、伸縮6，使其夹紧定 位，不能下滑，保证仪器工作可靠。支座管7坐落在底座8上，为测量和实际工作需要，底 座8有平面实心、平面空心、球形的三种。为了检测高空中轨道、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。上测装置由上部装有卡脚12的上测管10、上测伸 縮管11、管接箍9组成。上测伸縮管11插在上测管10内，上测管10、上测伸縮管11的下 端，均装有一个上部与其夹紧连接的管接箍，管接箍下部的锥形螺母，可以夹紧或松开上测 伸縮管、观测管。 这样就可以测量任意两点的水平高差了 ，测量地面上任意两点的水平高差时，就 把贮水杯支架在地面上适于人体观察的高度，再调整观测管内的水位至适当部位，移动观 测管的底座，便可测出地面上前后两点的水平高差。测量高空中任意两点的水平高差，也是 把贮水杯支架在地面上适于人体观察的高度，再把上测装置上的卡脚，卡在某一被测位置 上，再用伸縮管下端的管接箍夹起观测管，利用上测伸縮管调整观测管内的水位至适当部 位，移动上测管上的卡脚，便可测出高空中任意两点的高差了。 连通管3 —端穿过三脚架2的升降管与贮水杯1相连，另一端通过支座管7下部 的侧孔，穿过支座管7、伸縮管6，与观测管5下端的细管相连，构成连通器。把连通管3的 一段置于三脚架2的升降管内、把连通管的另一段置于伸縮管6、支座管7内，是把连通管隐 蔽了起来，不仅美观好看，干净利落，且便于拆解，组合使用。三脚架2采用一个支腿能伸縮 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5在伸縮管6内，伸縮管6在支座管7内，皆能自 由伸縮升降，也是为了把观测管5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7内，便于收藏携带，也有利于保护观测管。管接箍9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、伸縮管，把仪器恢复到收藏状态。 本发明是这样工作的把三脚架2置于待测范围的中央，把贮水杯1支架到适合观 察的工作高度；把支座管底座8放置在待测位置A，或把上测管上的卡脚12卡在待测墙壁 位置A上，再把观测管5升起到适于观察的工作高度，然后把连通管3的各个管插头4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3，经过管插头4，进入 观测管5，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8或上测管上的卡脚12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
4A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，贮水杯内的水在水柱压力作用下，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
Ji D2H/4 = Ji d2h/4
D2H = d2h H = h d2/D2......(2) 把(2)代入(1):X = h d2/D2+h =h(d2/D2+l) ... d2/D2 > 0 ... X > h X——标示值(高差) h——观测管刻度段的实长 所以h = X/(l+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(l+d2/D2)。如 高差仪的量程为400mm，贮水杯内径D = lOOmm，观测管内径d = lOmm，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lmnic 以上数学推导是建立在连通器两端容器里的液面成水平这一原理之上的，我们的 高差仪虽然也是连通器，但却一端是容器， 一端是很细的管子，水在管子内受管壁张力作用 有附壁效应，即水在管子内要多上升一段距离，使观测管内的水面与贮水杯内的水面不水 平。又由于水本身的表面张力作用，水在管内上升或下降有粘滞作用，促使观测管内的水 位忽高忽低，影响了仪器的准确性。怎样才能使观测管内的水位与贮水杯内的水位成水平 呢？我们采取了消除管壁表面张力的做法，使观测管内的水面不再是中间凹下，四周隆起 的月牙形，而是一条象金属指针似的直线，这样仪器就精确了 、准确了 。
本发明的贮水杯内径lOOmm，观测管内径lOmm。观测管下端有一小段细管，在管身 396. 04mm的长度上，均匀刻制400个格，每格标示为lmm。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，不用 时拔掉，放干净水，即可縮回贮水杯，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，开辟了一个新的测量技 术领域，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、施工工人自己就会使用，且可以先预设，边施工，边监控，自己检查工程质量，给施工 作业人员增添新心。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，既能符合设计坡度的要求，又能保证绝不 产生倒泛水、地面积水现象。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
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中心有一个柱形漏嘴，漏 嘴周围焊有一个环状座圈，座圈连同贮水杯一起安装在一个支腿能伸縮的三脚架的升降管 上。
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透明圆管，透明圆管 安插在伸縮管内，伸縮管安插在有底座的支座管内，伸縮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、伸縮管夹紧或松开。
4. 按权利要求1所述的高差仪，其特征在于所述的观测管上端可与上端装有卡脚的上 测管相连，上测管内插有上测伸縮管，上测管与上测伸縮管的下端均装有一个上部与其夹 紧连接的管接箍，管接箍下部的锥形螺母可把上测伸縮管、观测管夹紧或松开。
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、与贮水杯底中心的漏嘴相连，一段通过支座管下部的侧孔穿入支座管、伸縮管 与观测管下端的细管相连，另一段采用管插头与联接贮水杯的管、联接观测管的管相连。
全文摘要
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的仪器，还是施工作业工人必备的工具。用于建筑工程、工业工业炉砌筑工程、矿井巷道工程、机械设备检修安装工程和教学实验等使用。
文档编号G01C5/04GK101769737SQ20091000175
公开日2010年7月7日 申请日期2009年1月2日 优先权日2009年1月2日
发明者郑负 申请人:郑负