專利名稱：一種液體高度測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及采用密度小的液體作為介質(zhì)的高度測(cè)量?jī)x，是一種利用大氣壓強(qiáng) 來(lái)測(cè)量高度的測(cè)量?jī)x。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，用于測(cè)量海拔高度的儀器一般是采用氣壓高度計(jì)，通過(guò)氣壓計(jì)測(cè)出 被測(cè)高度位置的壓強(qiáng)，然后計(jì)算出被測(cè)物的高度，但現(xiàn)有的無(wú)液氣壓高度計(jì)其精確度較低， 誤差大，無(wú)法準(zhǔn)確地測(cè)量出山脈的高度，特別是測(cè)量低海拔山脈其誤差尤為明顯，如無(wú)液氣 壓計(jì)靈敏度低，誤差較大，不宜用于實(shí)際測(cè)量；水銀氣壓計(jì)刻度小，單位大，估數(shù)難以準(zhǔn)確， 且長(zhǎng)度較大也不便攜帶和使用；利用托里拆利實(shí)驗(yàn)同樣具有水銀氣壓計(jì)的弊病，另外操作 也很麻煩且有污染。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、精確度 高的高度測(cè)量?jī)x。本實(shí)用新型的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種液體高度測(cè)量?jī)x，包括一密閉的保溫容器，其內(nèi)部放置有一定量的溶液和氣 體；一透明管，沿豎直方向延伸，且形成有沿其長(zhǎng)度方向延伸的通孔，其下端與所述保溫容 器中的溶液相連通，上端與大氣相連通；若干刻度線，沿豎直方向等間距分布，且與所述透 明管配合設(shè)置，其特征在于還包括一壓強(qiáng)調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)所述保溫容器中氣體的壓 強(qiáng)，以使透明管中所述溶液的液面高度與某一刻度線對(duì)齊，其具有與所述保溫容器中的氣 體相連通的密封腔、以及用于調(diào)節(jié)所述密封腔大小的操縱件。所述壓強(qiáng)調(diào)節(jié)裝置為注射器，注射器的針管與所述保溫容器中的氣體相連通，注 射器的活塞桿可被操縱在注射器的針筒中滑動(dòng)，以調(diào)節(jié)針筒與活塞桿所圍成的密封腔的大 小。所述透明管的一段沿豎直方向插設(shè)于所述保溫容器中，且其下端伸入所述溶液 中，所述透明管位于所述保溫容器外部的另一段外周面沿其長(zhǎng)度方向等間距分布有若干刻 度線。所述透明管的內(nèi)徑為Imm 2mm。所述保溫容器中的溶液為紅色溶液。本實(shí)用新型的工作原理及有益效果由于透明管的內(nèi)徑較小，在透明管中溶液的液面高度變化過(guò)程中，對(duì)保溫容器中 氣體的體積的影響可以忽略不計(jì)，且保溫容器可以保證氣體的溫度不變，根據(jù)公式PV = nRT，可以設(shè)定保溫容器中氣體的壓強(qiáng)Ptl是定值。設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)處的大氣壓強(qiáng)為P1，被測(cè)處的大 氣壓強(qiáng)為P2。由物理學(xué)知識(shí)P。= P+Pgh可得P1 = P0-Pgh1P2 = P0-Pgh2[0013]P1-P2 = P g(h2-h1) = Pgh基準(zhǔn)點(diǎn)處和被測(cè)處的氣壓之差，等于透明管內(nèi)液柱兩處高度差h產(chǎn)生的壓強(qiáng)。而 且壓強(qiáng)差與恒壓瓶?jī)?nèi)的壓強(qiáng)Ptl大小無(wú)關(guān)。若水銀密度為P Hg，液體密度為P 液，水銀高度差為hHg，溶液的高度差為h液，則p1－p2 = pHgghHg = ρ 液gh液
pHg＝p液/pHg h液根據(jù)在海拔2千米以內(nèi)，每升高12米，大氣壓強(qiáng)減小約為1毫米(I(T3m)水銀柱。 因此，被測(cè)處與基準(zhǔn)點(diǎn)處的高度差H可表示為H＝hHgx12m/1X1003m＝p液/pHgh液X12X10 3公式表明若保持保溫容器中的氣體壓強(qiáng)Ptl不變，被測(cè)處的高度越高，所測(cè)的大氣 壓強(qiáng)越小，透明管中溶液的液面升得越高。而且被測(cè)處與基準(zhǔn)點(diǎn)處的高度差H與透明管中 溶液液面的高度差成簡(jiǎn)單的線性正比關(guān)系。根據(jù)各種溶液的不同密度和水銀密度P Hg = 13. 6X 103kg/m3，可得出下表 為了方便本實(shí)用新型的讀數(shù)可設(shè)定相鄰兩刻度線的間距為L(zhǎng)=pHg/p液x12X10-3并
P液 X12
設(shè)定與相應(yīng)刻度線對(duì)應(yīng)的數(shù)字標(biāo)識(shí)，即讀數(shù)時(shí)刻度線一格為測(cè)量高度lm，可方便直觀地進(jìn) 行讀數(shù)。壓強(qiáng)調(diào)節(jié)裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)密封腔的大小來(lái)調(diào)節(jié)保溫容器中氣體的體積，最終調(diào)節(jié) 所述保溫容器中氣體的壓強(qiáng)，以使透明管中所述溶液的液面高度與某一刻度線(通常是零 位刻度線)對(duì)齊，防止因溶液蒸發(fā)而影響讀數(shù)、同時(shí)便于測(cè)量較高海拔的多次調(diào)零累計(jì)測(cè) 量，采用氣壓調(diào)節(jié)裝置，只要大約20厘米長(zhǎng)的透明管便能測(cè)量2000米甚至更大的高度，測(cè) 量高度大，實(shí)用性強(qiáng)。如果采用密度較小的純凈水代替密度較大的水銀，沒有氣壓調(diào)節(jié)裝置 要測(cè)量1000米的高度透明管大約要1. 3米長(zhǎng)，這樣帶來(lái)制作、攜帶上的不便。保溫容器可使本實(shí)用新型在測(cè)量過(guò)程中不受外界溫度的影響。采用密度較小、相對(duì)穩(wěn)定的溶液代替密度大的水銀，制作的高度測(cè)量?jī)x，比傳統(tǒng)高度測(cè)量?jī)x更簡(jiǎn)易準(zhǔn)確，準(zhǔn)確度可以達(dá)到1米以內(nèi)；采用內(nèi)徑lmm-2mm的透明管，在不影響實(shí) 驗(yàn)條件下最大限度減小毛細(xì)現(xiàn)象的影響，溶液的液面上升、下降自如，反應(yīng)靈敏。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便，可作為中學(xué)教程中的教具，或者讓學(xué)生自己動(dòng)作 制作，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1。一種液體高度測(cè)量?jī)x，包括密閉的保溫容器1、透明管5、壓強(qiáng)調(diào)節(jié)裝置 4，保溫容器1，為保溫瓶或其他具有保溫作用的容器，其內(nèi)部放置有一定量的紅色溶液2和 氣體3;透明管5，沿豎直方向延伸，且形成有沿其長(zhǎng)度方向延伸的通孔，其一段插設(shè)于保溫 容器1中，且下端與溶液2相連通，其位于保溫容器1外部的另一段的外表面沿其長(zhǎng)度方 向等間距設(shè)置有若干刻度線，以及與相應(yīng)刻度線對(duì)應(yīng)的數(shù)字標(biāo)識(shí)，且上端與大氣相連通，透 明管的內(nèi)徑為1. 5mm ；壓強(qiáng)調(diào)節(jié)裝置4為注射器，注射器的針管與保溫容器中的氣體3相連 通，注射器的活塞桿可被操縱在注射器的針筒中滑動(dòng)，以調(diào)節(jié)針筒與活塞桿所圍成的密封 腔的大小，用于調(diào)節(jié)保溫容器1中氣體3的壓強(qiáng)，以使透明管5中溶液的液面高度與某一刻 度線對(duì)齊，壓強(qiáng)調(diào)節(jié)裝置4也可使用具有調(diào)節(jié)氣體3體積功能的其他裝置。本實(shí)用新型的制作方法如下需要用到器材和工具保溫瓶一個(gè)(約250ml)、刻度吸管一支、塑料注射器兩 支(5ml、50ml)、純凈水、高錳酸鉀、AB雙管膠、5號(hào)軟膠塞、12號(hào)針頭、透明膠布、燒杯一個(gè) (250ml)、剪刀、打孔器、銅絲等。打孔器在軟膠塞鉆一個(gè)比透明管略小的孔，用水潤(rùn)濕刻度吸管慢慢地插入軟膠 塞，把銅絲穿過(guò)12號(hào)針頭后插透軟膠塞，撥出銅絲。將保溫瓶的瓶口與做好的軟膠塞塞緊密封，如有密封不好可用AB雙管膠混合均 勻密封。在燒杯加入一小粒的高錳酸鉀，加入純凈水振蕩均勻以增加可見度；用50ml的注 射器把紅顏色的水注入保溫瓶?jī)?nèi)約100ml。要把保溫瓶顛倒注水，才能把保溫瓶中的空氣從 透明管趕出來(lái)。把整個(gè)裝置豎直放正，拔出50ml的注射器，插入5ml的調(diào)零注射器，紅水沿刻度吸 管中心管上升，并調(diào)節(jié)純凈水液面與刻度吸管旁邊刻度線的0刻度線或某個(gè)整數(shù)對(duì)齊。實(shí)踐證明該高度計(jì)上的注射器活塞的摩擦力足夠大，經(jīng)久耐用，不會(huì)因?yàn)楦叨扔?jì) 瓶?jī)?nèi)外的壓強(qiáng)差而使注射器活塞自然滑動(dòng)。如果長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)，要把注射器活塞拔出來(lái)，以 防氣溫升高時(shí)，紅水從刻度吸管中心管內(nèi)上升外漏。高度測(cè)量?jī)x由于氣溫的變化或搬運(yùn)時(shí)的振動(dòng)，其中標(biāo)度會(huì)出現(xiàn)誤差。因此在測(cè)量 前必須進(jìn)行標(biāo)度調(diào)校。利用水銀氣壓計(jì)進(jìn)行調(diào)校。用5ml的注射器調(diào)試，使液體高度測(cè)量 儀的透明管管內(nèi)液面與0刻度線對(duì)齊，記下水銀氣壓計(jì)的讀數(shù)，換算成海拔高度。測(cè)量時(shí)，把高度測(cè)量?jī)x拿到被測(cè)高度，將高度測(cè)量?jī)x放于水平面上且讓其 豎直， 靜置一會(huì)兒，就可以從刻度吸管刻度線上讀出純凈水液面升高h(yuǎn)，利用公式
,就可以算出樓高或某處的海拔 IxlU m pHg聞度。采用本實(shí)用新型提供的高度測(cè)量?jī)x對(duì)某大樓各樓層的高度進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)如 下 從上面的測(cè)量數(shù)據(jù)可以看出，測(cè)量高度越高，相對(duì)誤差越小，測(cè)量高度20米以上 的測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率都在99%以上，實(shí)際測(cè)量存在誤差很小，誤差產(chǎn)生的原因有，眼睛觀察讀 數(shù)時(shí)，視角存在一定誤差；液面的讀數(shù)只能是半格半格的估讀，這是誤差的主要原因。
權(quán)利要求一種液體高度測(cè)量?jī)x，包括一密閉的保溫容器，其內(nèi)部放置有一定量的溶液和氣體；一透明管，沿豎直方向延伸，且形成有沿其長(zhǎng)度方向延伸的通孔，其下端與所述保溫容器中的溶液相連通，上端與大氣相連通；若干刻度線，沿豎直方向等間距分布，且與所述透明管配合設(shè)置，其特征在于還包括一壓強(qiáng)調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)所述保溫容器中氣體的壓強(qiáng)，以使透明管中所述溶液的液面高度與某一刻度線對(duì)齊，其具有與所述保溫容器中的氣體相連通的密封腔、以及用于調(diào)節(jié)所述密封腔大小的操縱件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液體高度測(cè)量?jī)x，其特征在于所述壓強(qiáng)調(diào)節(jié)裝置為注 射器，注射器的針管與所述保溫容器中的氣體相連通，注射器的活塞桿可被操縱在注射器 的針筒中滑動(dòng)，以調(diào)節(jié)針筒與活塞桿所圍成的密封腔的大小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種液體高度測(cè)量?jī)x，其特征在于所述透明管的一段 沿豎直方向插設(shè)于所述保溫容器中，且其下端伸入所述溶液中，所述透明管位于所述保溫 容器外部的另一段外周面沿其長(zhǎng)度方向等間距分布有若干刻度線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種液體高度測(cè)量?jī)x，其特征在于所述透明管的內(nèi)徑 為 Imm 2mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種液體高度測(cè)量?jī)x，其特征在于所述保溫容器中的 溶液為紅色溶液。
專利摘要一種液體高度測(cè)量?jī)x，包括一密閉的保溫容器，其內(nèi)部放置有一定量的溶液和氣體；一透明管，沿豎直方向延伸，且形成有沿其長(zhǎng)度方向延伸的通孔，其下端與所述保溫容器中的溶液相連通，上端與大氣相連通；若干刻度線，沿豎直方向等間距分布，且與所述透明管配合設(shè)置；壓強(qiáng)調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)所述保溫容器中氣體的壓強(qiáng)，以使透明管中所述溶液的液面高度與某一刻度線對(duì)齊，其具有與所述保溫容器中的氣體相連通的密封腔、以及用于調(diào)節(jié)所述密封腔大小的操縱件，上述高度測(cè)量?jī)x具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、精確度高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01C5/06GK201589610SQ200920299919
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2009年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者李昕 申請(qǐng)人:李昕