2.2 水准测量的仪器和工具
进行水准测量时所使用的仪器是水准仪，使用的测量工具有水准尺和尺垫。
2.2.1 水准仪系列及适用
水准仪按测量精度分为DS0.5、DS1、DS3等。其中“D”“S”分别是“大地测量”“水准仪”的汉语拼音的第一个字母。下标数字表示这些型号的仪器每公里往返测高差中数的中误差，以毫米为单位。DS0.5、DS1型属于精密水准仪，DS0.5型主要用于国家一、二等水准和精密工程测量；DS1型主要用于国家二等水准和精密工程测量；DS3型为普通水准仪，可用于一般工程建设测量，国家三、四等水准测量，是目前工程上使用最普遍的一种仪器。
按水准仪结构分类，目前主要有微倾式水准仪、自动安平水准仪和电子水准仪3种。本节介绍DS3型微倾式水准仪的基本构造。
2.2.2 DS3水准仪构造及各部件作用
DS3水准仪主要由望远镜、水准器、基座三部分组成。仪器主要部件的名称如图2.2.1所示。
1.望远镜
望远镜是用来精确瞄准目标和读数的设备。望远镜主要由物镜、目镜、物镜调焦透镜和十字丝等构成（图2.2.2）。
物镜和目镜采用多块透镜组合而成，对光透镜由单块透镜或多块透镜组合而成。转动物镜对光螺旋即可带动对光透镜在望远镜筒内前后移动，使所照准的目标清晰。转动目镜对光螺旋，使十字丝清晰。
图2.2.1 DS3型微倾水准仪
1—望远镜物镜；2—水准管；3—簧片；4—支架；5—微倾螺旋；6—基座；7—脚螺旋；8—圆水准器；9—望远镜目镜；10—物镜对光螺旋；11—水准管气泡观测窗；12—水平制动螺旋；13—水平微动螺旋；14—缺口；15—准星
十字丝分划板安置在物镜和目镜之间，如图2.2.2（b）所示。十字丝是用来照准目标的。十字丝中竖直的一根称为纵丝（又称竖丝），中间长的称为横丝（又称为中丝），横丝上、下两根对称的短丝是测距时用的称为视距丝，分上、下丝。十字丝刻在一块圆形的玻璃片上，称为十字丝分划板，它装在十字丝环上，再用螺丝固定在望远镜筒内。十字丝交点与物镜光心的连线称为视准轴（图2.2.2的C-C轴）。视准轴的延长线为视线，它是瞄准目标的依据。
望远镜可以沿水平方向左、右转动。为了准确对准目标，水准仪有一套水平制动和微动螺旋，当大致对准目标时即拧紧制动螺旋，望远镜就不能转动，再旋转微动螺旋，望远镜可沿水平方向做微小的转动，这样就能对准目标。当制动螺旋放松时，转动微动螺旋是不起作用的，只有拧紧制动螺旋，转动微动螺旋才有效。
图2.2.2 望远镜的构造
1—物镜；2—目镜；3—物镜调焦透镜；4—十字丝分划板；5—物镜对光螺旋；6—目镜调焦螺旋
2.水准器
水准器的作用是保证水准仪提供一条水平视线。水准器分为圆水准器和水准管两种。
（1）圆水准器。如图2.2.3所示，圆水准器是一封闭的玻璃圆盒，顶面的玻璃内表面研磨成球面，球面的正中刻画有圆圈。圆圈的中心称为零点，通过零点的法线L′L′，称为圆水准轴。当气泡居中时，圆水准轴就处于铅垂位置。指示仪器的竖轴也处于铅垂位置。圆水准器的气泡每移动2mm，圆水准轴相应倾斜的角度，称为圆水准器分划值，一般为8′～10′。由于圆水准器的精度低，只适用于仪器粗略整平之用。
图2.2.3 圆水准器
图2.2.4 水准管
（2）水准管。水准管的玻璃管内壁为圆弧（图2.2.4），圆弧中点称为水准管的零点，通过零点与内壁圆弧相切的直线称为水准管轴（图中LL1轴线）。水准管气泡居中时，水准管轴处于水平位置。水准管内壁弧长2mm所对的圆心角值τ，称为水准管的分划值。设水准管的内壁弧半径为R，则水准管的分划值（τ）用下式表示：
式中 τ——水准管分划值；
ρ″——一弧度的秒数，206265″。
DS3级水准仪的水准管分划值为20″。水准管分划值越小，水准管的灵敏度越高。因此，水准管的精度比圆水准器的精度高，适用于仪器精确整平。
为了提高判别水准管气泡居中的准确度，在水准管的上方设置一组符合棱镜（图2.2.5），借棱镜组的反射将气泡两端的半像反映在望远镜旁边的观察窗内。如图2.2.6（b）是水准管气泡不居中影像，水准管两端的影像错开，这时可转动微倾螺旋（右手大拇指旋转微倾螺旋方向与左侧半气泡影像的移动方向一致），以使水准管连同望远镜沿竖向做微小转动达到水准管气泡居中，此时两端的影像吻合，如图2.2.6（a）所示。这种设有微倾螺旋的水准仪称为微倾式水准仪。
图2.2.5 水准管与符合水准器
图2.2.6 符合水准器影像
（3）基座。基座由轴座、脚螺旋和连接板组成。仪器上部通过竖轴插入轴座内，由基座承托，旋紧中心螺旋，使仪器与三脚架相连接。三脚架由木质（或金属）制成，脚架一般可伸缩，便于携带及调整仪器高度。
2.2.3 水准尺
水准尺是水准测量的重要工具（图2.2.7），它是用优质木料或塑料制成的。水准尺的零点在尺的底部，尺的刻划是黑（红）白相间，每格是1cm 或0.5cm，每分米处有明显标志，且均注有数字。如15则表示1.5m。
水准尺一般分为双面水准尺和塔尺、折尺3种。双面尺的尺长3m，一面为黑面分划，黑白相间，尺底为零；另一面为红面分划，红白相间，尺底为一常数（如4.687m或4.787m）。普通水准测量用黑面读数，如图2.2.7所示。三、四等水准测量用黑、红面尺读数进行校核。塔尺可以伸缩，尺长一般为5m，适用于普通水准测量。
图2.2.7 水准尺
图2.2.8 尺垫
2.2.4 尺垫
尺垫顶面是三角形或圆形，用生铁铸成或铁板压成，中央有突起的半圆顶（图2.2.8）。使用时将尺垫压入土中，在其顶部放置水准尺。应用尺垫的目的是作为临时标志，并避免土壤下沉和立尺点位置变动而影响读数。特别注意在水准点上不能放置尺垫。