第二节　水准仪和水准尺

一、水准仪

水准测量所用的仪器为水准仪,工具有水准尺和尺垫等。目前工程测量中常用的水准仪有微倾式水准仪、自动安平水准仪、精密水准仪和电子水准仪。我国按其精度指标划分为DS0.5、DS1、DS3和DS10四个等级,D和S分别为“大地测量”和“水准仪”汉语拼音的第一个字母,而表示水准仪精度指标的0.5、1、3、10等指每公里往返测高差中数的偶然中误差分别不超过0.5mm、1mm、3mm、10mm。一般可省略“D”只写“S”,工程中常用的是DS3型水准仪。

微倾式DS3型水准仪主要有望远镜、水准器和基座三个组成部分。

(一)望远镜

望远镜是构成水平视线、瞄准目标并对水准尺进行读数的主要部件。它由物镜、调焦透镜、十字丝分划板、目镜等组成。物镜光心与十字丝交点的连线称为望远镜的视准轴,视准轴是瞄准目标和读数的依据。

(二)水准器

水准仪上的水准器是利用液体受重力作用后气泡居于高处的特性,来判断望远镜视准轴是否水平及仪器竖轴是否竖直的装置。水准器通常分为管水准器(简称水准管)和圆水准器两种。

1.水准管

水准管是一个两端封闭的玻璃管,外形如图2-3(a)所示。管的内壁研磨成一定半径的圆弧,管内装有黏滞性小而易流动的液体(酒精或乙醚),装满后加热使液体膨胀而排出一小部分然后将两端封住,待冷却后管内便形成一个小空间,这个空间即为水准气泡。由于气体比液体轻,因此,无论水准管处于水平或是倾斜位置,气泡总处在管内最高点。水准管壁上刻有2mm间隔的分划线,用来判断气泡居中位置,如图2-3(b)所示。分划线的对称中心是水准管圆弧的中点,称为水准管的零点。如图2-3(a)所示的S点。过零点与水准管圆弧相切的直线LL称为水准管轴。当气泡两端与零点对称,即气泡中点与水准管零点重合时称为气泡居中,这时水准管轴LL一定处于水平位置。

水准管分划值与圆弧半径成反比,半径越大,分划值越小,整平的精度越高,气泡移动也越灵活。所以一般把水准气泡移动至最高点的能力,称为水准器的灵敏度。当然灵敏度还与水准管内壁面的研磨质量、气泡长度、液体性质和温度有关。灵敏度越高,使气泡居中也越费时间。因此,仪器上的水准管灵敏度要与仪器的精度相匹配。DS3型水准仪水准管分划值一般为20″。

为了提高水准管气泡居中的精度,目前水准仪多采用符合水准器。符合水准器就是在水准管上方设置一组符合棱镜,当气泡两端的半边影像经过三次反射后,其影像反映在望远镜的符合水准器的放大镜内,若气泡不居中,气泡两半边影像错开,如图2-4(a)、(b)所示;当转动微倾螺旋使气泡两半边的影像吻合时,气泡完全居中,如图2-4(c)所示。

2.圆水准器

圆水准器是一个密封的顶面内磨成球面的玻璃圆盒,如图2-5所示。球面中央刻有小圆圈,圆圈中心为零点,零点与球心的连线为圆水准器轴。当气泡位于圆内最高位置,即气泡中心与圆水准器零点重合时,气泡居中,圆水准器轴处于铅垂位置。当圆水准器轴偏离零点2mm时,其轴线所倾斜的角值称为圆水准器分划值。DS3型水准仪上的圆水准器分划值一般为(8'～10')/2mm,灵敏度较低,整平精度较差,所以圆水准器只能用于仪器的粗略整平。

(三)基座

基座起支撑仪器和连接仪器与三脚架的作用,由轴座、底板、三角压板及三个脚螺旋组成。转动三个脚螺旋可使水准器气泡居中。

二、水准尺及附件

水准尺是与水准仪配合进行水准测量的重要工具。多用优质木材或玻璃钢、金属材料制成,常用的有双面水准尺和塔尺两种,如图2-6所示。双面水准尺一般尺长为3m,如图2-6(a)所示,尺面每隔1cm涂以黑白或红白相间的分格,每分米处注有数字。尺子底面钉有铁片,以防磨损。双面尺的一面为黑白相间,称为黑面尺;另一面为红白相间,称为红面尺。在水准测量中,水准尺必须成对使用。每对双面水准尺黑面尺底部的起始数均为零,而红面尺底部的起始数分别为4687mm和4787mm。为使水准尺更精确地处于竖直位置,多数水准尺的侧面装有圆水准器。

塔尺长一般为5m,如图2-6(b)所示,分三节套接而成,可以伸缩,尺底从零起算,尺面分划值为1cm或0.5cm。因塔尺连接处稳定性较差,仅适用于普通水准测量。

尺垫如图2-7所示,用生铁铸成,一般为三角形,中央有一突出的半圆球,水准尺立于半圆球上;下有三个尖脚可以插入土中,尺垫通常用于转点上,使用时应踩稳固。