便携式坡度(角度)测量装置的研发

　　0引言

　　在建筑施工中普遍使用的测量坡度(角度)的仪器,其操作复杂且不方便,精度也很难保证。在建筑施工的屋顶找坡度时,由于是在高空作业,且面积不大,用现有的测量仪器操作很不方便;在给排水、供热、通风、空调等管道的安装使用时,由于坡度小,操作范围有限,现有的精密测量仪器操作受限,不能准确的完成测量任务,简易的测量仪器又很难达到测量要求,故研发了一种便携式坡度(角度)测量装置。

　　1　测量装置的结构及有关参数计算

　　1.1　结构的组成

　　如图1所示,为坡度(角度)测量装置结构示意图。装置是由蜗杆1,蜗轮2,手动旋钮3,一次刻度盘4,水平尺5,水平水准泡6,靠尺7,二次刻度盘8,游标刻度盘9等组成。

　　蜗杆1为单头蜗杆与手动旋钮3刚性连接,蜗轮2与水平尺5刚性连接,蜗轮2的整周有72个齿,水平尺上、下分别设有水平水准泡6,靠尺7分别与蜗杆1和蜗轮2铰接。水平尺5左下方的圆柱面做半周蜗轮齿,蜗杆1与蜗轮2为蜗杆传动,一次刻度盘4与蜗轮2端面平行、同心并且固定在靠尺7上,二次刻度盘8与蜗杆1轴线垂直并且固定在靠尺7上,刻度盘上的指针为可调定位式,手动旋钮靠二次刻度盘8侧装有游标刻度盘9。尺面上标有角度一坡度对照表。

　　1.2　有关参数计算

　　蜗杆传动比i为:

　　式中,Z1为蜗杆的齿数;Z2为蜗轮的齿数。设:蜗杆的头数Z1=1;蜗轮的齿数Z2=72。

　　则,传动比为

　　蜗杆转动的角度与蜗轮转动角度关系为

　　式中,α为蜗杆转角;β为蜗轮转角。

　　把二次刻度盘圆周等分100格时,根据式(2),1格所对应的β为

　　把一次刻度盘圆周等分72格,每格为5°。

　　2　工作原理

　　当手动旋钮旋转到一定位置时,在一次刻度盘上可读到n1×5°的数值(n1为表针越过的格数);在二次刻度盘指针处可读到n2×0.05°(n2为表针越过的小格数)的数值;在小格内可估读出n3×0.01°的数值(n3为每小格数分为5份估读到的份数)。

　　所测量的角度为

　　利用游标刻度盘9,读数分辨力可提高一个数量级,达到0.001。

　　利用游标刻度盘所测量的角度为:

　　式中,n4、n5为利用游标刻度盘读出的格数。式(3)用于无游标刻度盘的场合;式(4)用于有游标刻度盘的场合。

　　坡度与角度的关系:

　　I=tanθ(5)

　　式中,I为坡度(垂直距离与水平距离的比值)。

　　如图2所示,为测量时刻度盘示意图。在刻度盘可读到:一次刻度盘上,n1=6;二次刻度盘上,n2=66;估读,n3=2。

　　根据式(3)被测量的角度为:θ=6×5°+66×0.05°+2×0.01°=33.32°