陶瓷式液壓靜力水準儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種陶瓷式液壓靜力水準儀，屬于一種豎向垂直位移觀測儀器。其特征在于所述液壓盒側(cè)面底部設(shè)一進液孔，進液孔通過螺紋快速接頭連接外部液體連通管；液壓盒側(cè)面上部設(shè)一氣壓平衡孔，氣壓平衡孔通過螺紋快速接頭連接外部氣壓平衡管；液壓盒頂部設(shè)有一排氣孔，排氣孔的孔口裝有針閥；測壓盒設(shè)在液壓盒底部，陶瓷電容壓力傳感器固定于測壓盒中央。本實用新型由于應(yīng)用了液體的連通管原理，采用測量壓強計算液體深度的方法，使得靜力水準儀的體積小，量程大，精度高；排氣孔設(shè)于液壓盒錐形頂部，便于盒內(nèi)氣體排出，陶瓷壓力傳感器設(shè)于液壓盒底部，即使靜力水準儀傾斜也不會影響測量結(jié)果，因此對放置地點的地形要求低，適用范圍廣。
【專利說明】
陶瓷式液壓靜力水準儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實用新型涉及一種陶瓷式液壓靜力水準儀。
【背景技術(shù)】
[0002]靜力水準儀系統(tǒng)是測量兩點或多點間相對高程差的精密儀器，主要用于大型建筑工程，包括大壩、發(fā)電站、高層建筑、基坑、橋梁、鐵路等多點垂直位移的監(jiān)控與測量。
[0003]傳統(tǒng)的靜力水準儀采用了浮子控制電極位置來測量液壓盒內(nèi)水位變化的方法，其安裝須在精確平整的平面固定，本身高度也至少為量程的兩倍，體積較大，對環(huán)境、場地要求較高，適用范圍較窄。于是發(fā)展出通過測量液壓盒內(nèi)液體對盒底的壓強來計算液面高度的方法，形成液壓式靜力水準儀，對環(huán)境場地要求相對較低，精度較高，儀器體積也比傳統(tǒng)靜力水準儀要小。然而在測量液壓時多采用合金材料或硅材料制造的電阻應(yīng)變片用有機膠粘結(jié)在膜片上構(gòu)成壓力傳感器，或用制備惠斯登電橋的硅擴散片制造壓阻式壓力傳感器。這兩種壓力傳感器靈敏度高，但是線性、重復(fù)性不好，滯后、蠕變明顯，反應(yīng)速度慢，抗腐蝕抗過載抗沖擊能力差，測量范圍小，其精確度仍然難有保障。并且裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致操作繁瑣。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型的目的在于提供一種陶瓷式液壓靜力水準儀的技術(shù)方案。
[0005]所述的陶瓷式液壓靜力水準儀，其主體由液壓盒與測壓盒構(gòu)成，其特征在于所述液壓盒側(cè)面底部設(shè)一進液孔，進液孔通過螺紋快速接頭連接外部液體連通管;所述液壓盒側(cè)面上部設(shè)一氣壓平衡孔，氣壓平衡孔通過螺紋快速接頭連接外部氣壓平衡管;所述液壓盒頂部設(shè)有一排氣孔，排氣孔的孔口裝有針閥;所述測壓盒設(shè)在液壓盒底部，陶瓷電容壓力傳感器固定于測壓盒中央且陶瓷電容壓力傳感器與液壓盒內(nèi)的液體接觸。
[0006]所述的陶瓷式液壓靜力水準儀，其特征在于所述液壓盒的下半部外形為圓柱體，液壓盒的上半部外形為圓錐體，圓柱體與圓錐體內(nèi)接聯(lián)通構(gòu)成液壓盒主體。
[0007]所述的陶瓷式液壓靜力水準儀，其特征在于所述進液孔和氣壓平衡孔均設(shè)置在所述圓柱體上，進液孔與螺紋快速接頭之間和氣壓平衡孔與螺紋快速接頭之間均設(shè)置針閥；所述排氣孔設(shè)置在所述圓錐體的頂部。
[0008]所述的陶瓷式液壓靜力水準儀，其特征在于所述陶瓷電容壓力傳感器與測壓盒固定處設(shè)有卡槽，卡槽內(nèi)嵌接設(shè)置密封圈。
[0009]所述的陶瓷式液壓靜力水準儀，其特征在于所述陶瓷電容壓力傳感器主要由陶瓷基座和陶瓷膜片構(gòu)成，陶瓷膜片直接與液壓盒內(nèi)液體接觸，陶瓷基座固定與測壓盒底部。
[0010]所述的陶瓷式液壓靜力水準儀，其特征在于所述陶瓷基座上方設(shè)有同軸的導(dǎo)電層作為雙電極，陶瓷膜片下方設(shè)置的導(dǎo)電層構(gòu)成單電極，單電極與雙電極相向設(shè)置構(gòu)成同軸的雙電容。
[0011]所述的陶瓷式液壓靜力水準儀，其特征在于所述單電極與雙電極的表面均設(shè)置有防止電極觸碰而短路的二氧化硅絕緣膜。
[0012]所述的陶瓷式液壓靜力水準儀，其特征在于所述陶瓷基座與陶瓷膜片之間設(shè)置陶瓷墊圈形成空氣介質(zhì)腔，陶瓷基座、陶瓷膜片與陶瓷墊圈之間通過接封玻璃層進行接封，并在陶瓷基座上設(shè)有保證空氣介質(zhì)腔內(nèi)氣壓等同于大氣壓的通氣孔。
[0013]所述的陶瓷式液壓靜力水準儀，其特征在于所述測壓盒內(nèi)置集成電路與厚膜電路，經(jīng)電極引線孔連接單電極與雙電極，將壓力變化信號轉(zhuǎn)換成電信號，并通過設(shè)置在測壓盒側(cè)壁的通信孔內(nèi)的通信電纜將信號傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)。
[0014]所述的陶瓷式液壓靜力水準儀，其特征在于所述液壓盒與測壓盒外殼材質(zhì)均為鋁樣A全
[0015]本實用新型的有益效果在于:應(yīng)用液體的連通管原理，將高程測量轉(zhuǎn)化為對液體壓力的測量，使得靜力水準儀的體積小，量程大，精度高;排氣孔設(shè)于液壓盒錐形頂部，便于盒內(nèi)氣體排出，陶瓷壓力傳感器設(shè)于液壓盒底部，即使靜力水準儀傾斜也不會影響測量結(jié)果，因此對測量環(huán)境要求低，適用范圍廣；陶瓷電容壓力傳感器充分利用了陶瓷材料的剛性、無力學(xué)滯后的特點，提高了液壓靜力水準儀的綜合精度及穩(wěn)定性，抗干擾能力強，抗過載能力強，耐腐蝕、耐久性強，溫度漂移小，重復(fù)利用性強，能夠滿足工程測量對高精度、簡潔化、微型化的需求。
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型實施例1中的陶瓷電容式液壓靜力水準儀內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖2為本實用新型實施例1中整個測量系統(tǒng)的示意圖；
[0018]圖3為本實用新型實施例1中陶瓷電容壓力傳感器的結(jié)構(gòu)詳圖；
[0019]圖4為圖3中粘于陶瓷基座的雙電極俯視圖；
[0020]圖5為圖3中粘于陶瓷膜片的單電極俯視圖；
[0021]圖中:1:液壓盒，2:測壓盒，3:陶瓷電容壓力傳感器，4:進液孔，5:氣壓平衡孔，6:排氣孔，7:通信孔，8:針閥，9:螺紋快速接頭，1:液體連通管，11:氣壓平衡管，12:通信電纜，13:儲液罐，14:陶瓷膜片，15:陶瓷基座，16:單電極，17:雙電極，18: 二氧化硅絕緣膜，19:陶瓷墊圈，20:接封玻璃層，21:通氣孔，22:電極引線孔，23:密封圈，24:電路模塊。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合說明書附圖對本實用新型作進一步說明:
[0023]—種陶瓷式液壓靜力水準儀，其主體由液壓盒I與測壓盒2構(gòu)成，液壓盒的下半部外形為圓柱體，液壓盒的上半部外形為圓錐體，圓柱體與圓錐體內(nèi)接聯(lián)通構(gòu)成液壓盒主體。液壓盒側(cè)面底部設(shè)一進液孔4，進液孔通過螺紋快速接頭9連接外部液體連通管10;液壓盒側(cè)面上部設(shè)一氣壓平衡孔5，氣壓平衡孔5通過螺紋快速接頭9連接外部氣壓平衡管11;液壓盒頂部設(shè)有一排氣孔6，排氣孔的孔口裝有針閥8;測壓盒2設(shè)在液壓盒I底部，壓力傳感器固定于測壓盒中央，與測壓盒之間設(shè)置密封圈23，傳感器為干式陶瓷電容壓力傳感器3，陶瓷電容壓力傳感器3設(shè)有通氣孔21和電極引線孔22，置于測壓盒內(nèi)的厚模電路連接電極(單電極與雙電極)，將壓力變化轉(zhuǎn)化為電信號，并通過測壓盒側(cè)部通信孔7內(nèi)的通信電纜12將信號傳到控制系統(tǒng)。
[0024]較佳地，進液孔和氣壓平衡孔均設(shè)置在圓柱體上，進液孔與螺紋快速接頭之間和氣壓平衡孔與螺紋快速接頭之間均設(shè)置針閥;排氣孔設(shè)置在圓錐體的頂部。
[0025]較佳地，本實用新型的水準儀僅由液壓盒與測壓盒兩部分構(gòu)成主體，外殼材料為鋁鎂合金，樣式簡潔輕便，便于安裝放置。
[0026]較佳地，利用該水準儀的測量系統(tǒng)由水準儀、儲液罐13、液體連通管10、氣壓平衡管11和通信控制系統(tǒng)組成，利用了連通管原理，液壓系統(tǒng)中只有儲液罐與氣壓平衡管口連通大氣，其余部位皆是密封的。因此測量時只需要保證處在最高位置的水準儀內(nèi)有液體，即儲液罐內(nèi)液體表面高于所有水準儀，氣壓平衡管口須高于儲液罐液體表面。以其中一個水準儀為高程參考標準，即能得到每個水準儀的相對高程。因為只需測定相對高程，對同一個工程在不同次測量時，無需液體表面等高，操作極其簡易方便。
[0027]較佳地，液壓盒側(cè)面底部設(shè)有一個進液孔，液壓盒側(cè)面上部設(shè)有一個氣壓平衡孔。根據(jù)連通管原理，液壓盒只需要一個進水口就可以完成進水排水的工作了。另外，為保證測量系統(tǒng)中各靜力水準儀內(nèi)液體表面的氣壓相同，在液壓盒側(cè)面上部設(shè)接口連通氣壓平衡管，在進水時也能夠方便地排出液壓盒內(nèi)的空氣，在水準儀低于儲液罐內(nèi)液體表面時，液體也會被壓入氣壓平衡管，此時氣壓平衡管中液面高度與儲液罐內(nèi)相平。
[0028]較佳地，該液壓盒采用了錐形頂設(shè)計，頂部設(shè)有排氣孔并裝有針閥，使得盒內(nèi)液面升高時，即使水準儀傾斜，空氣能也能夠順利排出而不會有余留。并且，當(dāng)測量完畢收起儀器時，打開排氣閥，倒置水準儀也能輕易地將液體排出液壓盒，方便攜帶轉(zhuǎn)移。
[0029]較佳地，該液壓盒接液體連通管處設(shè)計為螺紋快速接頭，強度高，延性好，連接快捷。在接頭處設(shè)有針閥，方便控制液壓盒中氣液的流通，并在閑置時保證水準儀內(nèi)部的封閉性，沒有異物進入液壓盒。
[0030]較佳地，該測壓盒應(yīng)用了陶瓷電容壓力傳感器3，陶瓷材料在酸堿環(huán)境中皆能長期工作不受影響。并且，陶瓷屬于剛性材料，以電容替代用有機膠粘結(jié)在膜片上的應(yīng)變片或擴散片，受壓發(fā)生形變時沒有金屬材料的滯后和蠕變性。在單電極和雙電極上覆蓋二氧化硅絕緣膜18，使傳感器受到強大壓力膜片發(fā)生較大變形時，正負電極也不會接觸短路，傳感器不易被破壞，故其抗過載能力強、耐久性強。
[0031]較佳地，該陶瓷電容壓力傳感器的陶瓷膜片14與陶瓷基座15用陶瓷墊圈19分隔，并用玻璃參入晶合劑和有機粘合劑來粘合接封(接封玻璃層20)，使接封處強度較高，受壓后蠕變小，介質(zhì)腔穩(wěn)定，從而保障了測量的準確性。
[0032]較佳地，該陶瓷電容壓力傳感器中的電容采用空氣介質(zhì)，由于空氣的介電常數(shù)隨溫度變化極小，在氣溫變化時電容量變化可忽略不計，所以此傳感器溫度漂移小。在陶瓷基座上設(shè)有通氣孔21，使陶瓷膜片下方的氣壓等于大氣壓，使測量到的壓力僅由液體產(chǎn)生，確保測量數(shù)據(jù)準確。
[0033]較佳地，該陶瓷電容壓力傳感器在陶瓷基座15上設(shè)計為同軸的雙電極17，對應(yīng)陶瓷膜片14上的單電極16形成雙電容。因陶瓷膜片受壓變形時，中心形變大，四周形變小，電容量與所受壓力有一定的非線性，可將外環(huán)電容與中心電容的非線性程度大幅抵消，減少了傳感器受力與電壓比的非線性，提高了測量準確度。
[0034]較佳地，該測壓盒內(nèi)應(yīng)用電路模塊(包括信號處理電路、集成電路和厚膜電路)，將電容信號轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷盒盘?，并進行線性修正與溫度補償，經(jīng)由通信電纜將信號輸入通信控制系統(tǒng)。
[0035]較佳地，該測量系統(tǒng)具有統(tǒng)籌的通信控制系統(tǒng)，所有靜力水準儀都將信號匯總至此，各臺水準儀內(nèi)電壓信號的變化經(jīng)系統(tǒng)計算可直接得到液壓盒底部到液面的距離，由此可得各觀測點間的高程差。保持系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，還可以實現(xiàn)持續(xù)觀測功能，當(dāng)某臺水準儀的高程變化大于設(shè)定值時自動發(fā)出警示。因此整套測量系統(tǒng)的操作十分簡便。
[0036]實施例1
[0037]圖1所示一種陶瓷液壓靜力水準儀，利用該水準儀來測量兩點或多點間相對高程差的測量系統(tǒng)包括水準儀、儲液罐、液體連通管、氣壓平衡管和通信控制系統(tǒng)。
[0038]測量時，首先確認一個參考高程基準點與若干需要測量豎直位移點，在每個點上都固定一臺陶瓷式液壓靜力水準儀，錐頂?shù)囊簤汉蠭在上，測壓盒2在下。
[0039]打開各水準儀的進液孔4閥門，將一段液體連通管10的一端用螺紋快速接頭9接在進液孔4接頭處，另一端用三相接頭連接到液體連通總管，總管連接于儲液罐13，連接完成后管道內(nèi)保證密封。
[0040]打開各水準儀的氣壓平衡孔5閥門，將一段氣壓平衡管11的一端用螺紋快速接頭9接在氣壓平衡孔5接頭處，另一端用三相接頭連接到氣壓平衡總管，連接完成后管道內(nèi)保證密封。
[0041]用通信電纜12將各水準儀的通信電路接口接于控制系統(tǒng)。
[0042]氣溫高于冰點時，在儲液罐13內(nèi)加入水即可，水平面高于最高的一臺水準儀，并保證氣壓平衡總管開口高于水平面。
[0043]打開各水準儀的排氣孔6閥門，直到溢出液體后關(guān)閉，此時已排除液壓盒內(nèi)的空
Ho
[0044]由于各點高程不同，故各水準儀所陶瓷壓力傳感器3測到的壓力也有不同，經(jīng)傳感器和電路模塊24將壓力信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)通信電纜傳輸?shù)酵ㄐ趴刂葡到y(tǒng)，直觀可見被測量的各點相對于基準點的初始高程差。
[0045]設(shè)定臨界值，當(dāng)某點相對基準點高程變化大于此值時，系統(tǒng)會自動發(fā)出信號告知，管理人員可立即作出反應(yīng)，由此可做持續(xù)性監(jiān)測，十分簡便。
[0046]本實用新型由于應(yīng)用了液體的連通管原理，采用測量壓強計算液體深度的方法，使得靜力水準儀的體積小，量程大，精度高;排氣孔設(shè)于液壓盒錐形頂部，便于盒內(nèi)氣體排出，陶瓷壓力傳感器設(shè)于液壓盒底部，即使靜力水準儀傾斜也不會影響測量結(jié)果，因此對放置地點的地形要求低，適用范圍廣;并且陶瓷電容壓力傳感器充分利用了陶瓷材料的剛性、無力學(xué)滯后的特點，提高了液壓靜力水準儀的綜合精度及穩(wěn)定性，抗干擾能力強，抗過載能力強，耐腐蝕、耐久性強，溫度漂移小，重復(fù)利用性強，能夠滿足工程測量對高精度、簡潔化、微型化的需求。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，方便實用，精確穩(wěn)定。
【主權(quán)項】
1.陶瓷式液壓靜力水準儀，其主體由液壓盒與測壓盒構(gòu)成，其特征在于所述液壓盒側(cè)面底部設(shè)一進液孔，進液孔通過螺紋快速接頭連接外部液體連通管;所述液壓盒側(cè)面上部設(shè)一氣壓平衡孔，氣壓平衡孔通過螺紋快速接頭連接外部氣壓平衡管;所述液壓盒頂部設(shè)有一排氣孔，排氣孔的孔口裝有針閥;所述測壓盒設(shè)在液壓盒底部，陶瓷電容壓力傳感器固定于測壓盒中央且陶瓷電容壓力傳感器與液壓盒內(nèi)的液體接觸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷式液壓靜力水準儀，其特征在于所述液壓盒的下半部外形為圓柱體，液壓盒的上半部外形為圓錐體，圓柱體與圓錐體內(nèi)接聯(lián)通構(gòu)成液壓盒主體。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的陶瓷式液壓靜力水準儀，其特征在于所述進液孔和氣壓平衡孔均設(shè)置在所述圓柱體上，進液孔與螺紋快速接頭之間和氣壓平衡孔與螺紋快速接頭之間均設(shè)置針閥;所述排氣孔設(shè)置在所述圓錐體的頂部。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷式液壓靜力水準儀，其特征在于所述陶瓷電容壓力傳感器與測壓盒固定處設(shè)有卡槽，卡槽內(nèi)嵌接設(shè)置密封圈。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷式液壓靜力水準儀，其特征在于所述陶瓷電容壓力傳感器主要由陶瓷基座和陶瓷膜片構(gòu)成，陶瓷膜片直接與液壓盒內(nèi)液體接觸，陶瓷基座固定與測壓盒底部。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的陶瓷式液壓靜力水準儀，其特征在于所述陶瓷基座上方設(shè)有同軸的導(dǎo)電層作為雙電極，陶瓷膜片下方設(shè)置的導(dǎo)電層構(gòu)成單電極，單電極與雙電極相向設(shè)置構(gòu)成同軸的雙電容。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的陶瓷式液壓靜力水準儀，其特征在于所述單電極與雙電極的表面均設(shè)置有防止電極觸碰而短路的二氧化硅絕緣膜。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的陶瓷式液壓靜力水準儀，其特征在于所述陶瓷基座與陶瓷膜片之間設(shè)置陶瓷墊圈形成空氣介質(zhì)腔，陶瓷基座、陶瓷膜片與陶瓷墊圈之間通過接封玻璃層進行接封，并在陶瓷基座上設(shè)有保證空氣介質(zhì)腔內(nèi)氣壓等同于大氣壓的通氣孔。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的陶瓷式液壓靜力水準儀，其特征在于所述測壓盒內(nèi)置集成電路與厚膜電路，經(jīng)電極引線孔連接單電極與雙電極，將壓力變化信號轉(zhuǎn)換成電信號，并通過設(shè)置在測壓盒側(cè)壁的通信孔內(nèi)的通信電纜將信號傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷式液壓靜力水準儀，其特征在于所述液壓盒與測壓盒外殼材質(zhì)均為鋁鎂合金。
【文檔編號】G01C5/04GK205537605SQ201620263197
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】周林霞, 謝逸敏, 周宗強
【申請人】浙江中浩應(yīng)用工程技術(shù)研究院有限公司