Макет нивелира с двужидкостным компенсатором, укрепленный на штативе,
испытывался в условиях естественного сейсмического фона и при ветровой на-
грузке. В результате экспериментов установлено, что самодемпфирование колеба-
ний жидкости в ампулах макета вполне соответствовало современным требовани-
ям, следовательно, можно полагать, что величина коэффициента затухания коле-
баний в двужидкостном компенсаторе сопоставима с аналогичными
характеристиками одножидкостного компенсатора, используемого, например,
в визуальном нивелире НЖК (см. п. 2.3), то есть принять
E
c
= 7.
Учитывая найденное выше значение круговой частоты колебаний поверхнос-
ти раздела двух жидкостей
Z
= 52 рад/с, а также параметры двужидкостного ком-м-
пенсатора, испытывавшегося в макете визуального нивелира, на основании фор-
мулы (3.4.38) получим значение постоянной: С = 0,865. Подставляя найденную
величину постоянной С в выражение (3.4.38), после преобразований получим
рабочую формулу для определения глубины слоев
124,00505,0
211
QQZ Н
. (3.4.39)
Выражение (3.4.39) позволяет определить параметры двужидкостных компен-
саторов с плоской поверхностью раздела несмешивающихся жидкостей.
Остановимся на подборе жидкостей по вязкости для компенсаторов, основан-
ных на использовании сфероидической поверхности раздела жидкость–газ или
жидкость–жидкость. Устойчивость к вибрациям поверхности раздела в таких ком-
пенсаторах в большей степени определяется действием
капиллярных сил, чем вяз-
костью жидкости. Капли жидкостей, так же как и газовые пузырьки, имеют до-
вольно высокую собственную частоту колебаний, при которой возможна дефор-
мация их поверхности [20]. Вибрационные нагрузки с большой амплитудой при
более низких частотах вызывают в приборах с компенсатором такого типа пере-
мещение сфероидической поверхности раздела без изменения
своей формы.
Например, в одножидкостном линзовом компенсаторе Ni-4 фирмы Carl Zeiss
Opton, ФРГ, используется спирт, вязкость которого примерно в 10 раз ниже, чем у
смеси дибутил- с диметилфталатом в одножидкостном компенсаторе нивелира
НЖК.
Конвекционное движение жидкости в ампулах компенсаторов, возникающее
вследствие разности температуры ее слоев, может приводить к ухудшению каче-
ства изображения в оптической системе приборов. Определим
, при каких услови-
ях возможно появление конвекционных токов жидкости в компенсаторах. Учиты-
вая справедливость соотношения (3.4.1), тепловым влиянием стенок ампулы мож-
но пренебречь, а жидкость считать находящейся между двумя бесконечными
горизонтальными плоскостями, поддерживаемыми при постоянной температуре.
Устойчивость жидкости к конвекционным движениям в этом случае определяется
числом Рэлея [20]
QF
4D
3
R
Hg
, (3.4.40)
где
D
– коэффициент объемного расширения жидкости;
– разность температу-у-
ры горизонтальных плоскостей;
– коэффициент температуропроводности.
Стационарное конвекционное движение в жидкости может возникать при ус-
ловии
КР
RR !
. (3.4.41)
Критическое значение числа Рэлея
КР
R
для жидкости, имеющей свободную
поверхность, как, например, в одножидкостном компенсаторе, составляет:
КР
R
= 1100 [20].
Например, для смеси дибутил- с диметилфталатом имеем:
= 0,74 м
2
/с, тогда
при
4
1015,0
Q
м
2
/с,
3
104,1
D
1/град и
= 0,2 см, в диапазоне температуртур
от –40 до +50 °С по формуле (3.4.40) получаем : R = 9, то есть конвекционное
движение практически невозможно.
Возможность конвекционного движения в двужидкостных компенсаторах
с плоской поверхностью раздела слоев определяется величиной
КР
R
= 1700. Оче-
видно, что при использовании в ампуле компенсатора тонкого слоя жидкости
в ней может существовать только режим чистой теплопроводности, приводящий
к временному расслоению жидкости, которое вызывает снижение прозрачности
жидкости, исчезающее по мере того, как прибор принимает рабочую температуру.
Конвекционное движение жидкости в ампулах компенсаторов лазерных мар-
кшейдерско-геодезических приборов может быть использовано
для ускорения
процесса прогрева жидкости. Учитывая, что при значительном увеличении глуби-
ны жидкости до значений u
, где u – радиус светового отверстия компенсато-о-
ра, критическое значение числа Рэлея снижается [20] до
КР
R
= 216, то можно
создать условия для возникновения конвекционных токов в жидкости, используя,
например, тепловыделение корпуса Ge–Ne лазера в приборах с формированием
КИС излучения.
Возникновению конвекционных токов может способствовать специальная
цилиндрическая канавка 1 в ампуле ЖК лазерного нивелира (рис. 3.16), имеющая
глубину
К
Н
и внутренний радиус
. Плоскопараллельная пластинка а 3 в централь-
ной части дна ампулы служит при этом иллюминатором для пучка световых лучей
радиуса
u
, глубина жидкости 2 над иллюминатором равна
Н
, причем
К
HН
.
Характеристикой поведения жидкости в ампуле компенсатора является параметр
[
,
определяемый по формуле (3.4.30), эти требования соблюдаются в пределах све-
тового отверстия компенсатора.