Проектирование модульной конструкции измерителя барометрического давления для барометрического нивелирования
Курсовой проект - Геодезия и Геология
Другие курсовые по предмету Геодезия и Геология
ОГЛАВЛЕНИЕ
1.Техническое задание
.Назначение датчика
.Выбор и обоснование схемы измерения
.1Понятие о барометрическом нивелировании
.2Барометрическая формула
.3Барометрическое нивелирование
.4Барометрическая ступень
.Обзор аналогов
.1 Первый известный барометрический нивелир
.2 Барометрический высотомер в самолетах
.3 Парашютный высотомер
.Расчет конструкции прибора
.1 Подбор и расчет сильфона
.2 Расчет пластины
.3 Расчет стержня на устойчивость
.4 Подбор клапана
.5 Подбор мембраны
.Расчет размерной цепи
1. Техническое задание
Разработать модульную конструкцию измерителя барометрического давления для барометрического нивелирования, состоящего из двух сильфонов, растягивающих пластину с тензодатчиками.
Вариант3Номер задания11Температура-5 … +80 СНапряжение питания5 В 4000 ГцТочность измерения уровня0.1%Содержание в атмосфере коррозийных агентовIУсловия эксплуатацииУХЛ 5.1.1Величина измеряемого давления 780 мм рт. ст.
2. Назначение датчика
Барометрический нивелир, прибор для относительного и абсолютного определения высот, основанный на измерении разности давлений воздуха. Барометрическое нивелирование основано на зависимости атмосферного давления от высоты точки над уровнем моря. Известно, что с увеличением высоты на 10 м давление падает примерно на 1 мм ртутного столба. Точность барометрического нивелирования невысока; средняя квадратическая ошибка измерения превышения колеблется от 0.3 м в равнинных районах до 2 м и более в горных. Прибор предназначен для непрерывного измерения атмосферного давления, всё давление которого передается на чувствительный элемент в форме пластины, на которою приклеен тензорезистор. При помощи моста Уитсона и тензорезистора мы фиксируем в виде электрического сигнала по напряжению механические упругие деформации стержня в виде растяжения-сжатия, которые переводим в разность давлений, включая температуру окружающего воздуха.
3. Выбор и обоснование схемы измерения
.1 Понятие о барометрическом нивелировании
Барометрическое нивелирование основано на зависимости атмосферного давления от высоты точки над уровнем моря. Известно, что с увеличением высоты на 10 м давление падает примерно на 1 мм рт. ст.
Приближенное значение превышения между точками 1 и 2 можно вычислить по формуле:
где и - давление в первой и во второй точках;
- барометрическая ступень; значения выбирают из специальных таблиц.
Более точные формулы барометрического нивелирования получают, учитывая закономерности распределения плотности и температуры воздуха по высоте.
Приведем полную формулу Лапласа:
В этой формуле:
- давление воздуха на высоте и соответственно,
- среднее значение давления,
- среднее значение высоты,
- среднее значение температуры и влажности воздуха,
- среднее значение широты,
- температурный коэффициент объемного расширения воздуха, равный 0.003665
? - коэффициент, равный 0.00265,
- коэффициент, равный 18400 при некоторых стандартных значениях давления воздуха и силы тяжести.
Известны и так называемые сокращенные барометрические формулы, в которых значения некоторых параметров состояния атмосферы приняты фиксированными; так в формуле М.В. Певцова:
где N = 18470,
принято: = 9 мм рт. ст., = 55, = 250 м, = 740 мм рт. ст.
Точность барометрического нивелирования невысока; средняя квадратическая ошибка измерения превышения колеблется от 0.3 м в равнинных районах до 2 м и более в горных. Основные области применения барометрического нивелирования - геология и геофизика.
Нивелирование - определение разности высот двух или многих точек земной поверхности относительно условного уровня (напр., уровня океана, реки и пр.), т.е определение превышения. Существуют следующие способы нивелирования:
1.Геометрическое (нивелиром и рейками);
2.Тригонометрическое (угломерными приборами (в осн. теодолитом посредством измерения наклонения визирных линий с одной точки на другую);
.Барометрическое (при помощи барометра). Превышение определяется по значениям атмосферного давления при помощи полной барометрической формулы
.Гидростатическое (основано на свойстве жидкости сообщающихся сосудов всегда находиться на одном уровне, независимо от высоты точек, на которых установлены эти сосуды)
.Аэрорадионивелирование (осуществляется с помощью радиовысотомеров, установленных на самолетах)
.Механическое (производится с помощью приборов, автоматически вычерчивающих профиль проходимого пути)
.Стереофотограмметрическое
.Радиолокационное
3.2 Барометрическая формула
Барометрическая формула - зависимость давления или плотности газа от высоты в поле тяжести.
Для идеального газа, имеющего постоянную температуру T и находящегося в однородном поле тяжести (во всех точках его объёма ускорение свободного падения g одинаково), барометрическая формула имеет следующий вид:
, где
- давление газа в слое, расположенном на высоте h,
- давление на нулевом уровне ,- молярная масса газа,- газовая постоянная,- абсолютная температура.
Из барометрической формулы следует, что концентрация молекул n (или плотность газа) убывает с высотой по тому же закону:
, где
m - мас