水准测量工具：测量员专业技能入门

2023-08-20 理论教育版权反馈

【摘要】：水准仪是能提供一条水平视线，用以测量高差的精密光学仪器。现以其为例介绍水准仪各部分的构造和作用。水准器是用来判定测量仪器是否整平的装置，分为管水准器和圆水准器两种。圆水准器的灵敏度较低，只能用于粗略整平仪器。水准尺是水准测量时使用的标尺，通常用优质木材和铝材制成。

水准仪是能提供一条水平视线，用以测量高差的精密光学仪器。主要由望远镜、水准器和基座三部分组成。

1.DS₃级微倾式水准仪的构造

“D”和“S”分别是为“大地测量”和“水准仪”的汉语拼音第一个字母，“3”表示该类仪器能达到的精度指标，即每千米往返测高中数偶然中误差不超过±3mm。

在建筑工程测量中，应用最广泛的是DS₃级微倾式水准仪。所谓“微倾式”是指仪器上设有微倾装置，转动微倾螺钉能使望远镜作微小的仰俯变动，用以实现视线水平。图8-3为我国生产的一种DS₃级微倾式水准仪的外形和各部件名称。现以其为例介绍水准仪各部分的构造和作用。

图8-3 DS₃型微倾式水准仪

1—物镜 2—对光螺旋 3—微动螺旋 4—制动螺旋 5—微倾螺旋 6—脚螺旋 7—符合水准器放大镜 8—水准管 9—圆水准器 10—圆水准器校正螺旋 11—目镜 12—准星 13—照门 14—基座

（1）望远镜。望远镜的作用是照准和看清目标，并能截取水准尺上的读数。图8-4a为望远镜的剖视图，它主要由物镜、目镜、调焦透镜（为凹透镜）和十字丝分划板等组成。十字丝分划板为一圆形平板玻璃，上面刻有相互垂直的细线。竖的一根称为竖丝，横的一根长线称为中丝。竖丝用以照准目标，中丝用以截取水准尺上的读数；在中丝的上、下等距处还有两根短横丝，称为视距丝，专用于距离测量（图8-4b）。十字丝分划板装在十字丝环上，再用螺钉固定在望远镜筒内。

图8-4 望远镜剖视图

十字丝交点与物镜光心的连线CC（图8-4a）称为视准轴，简称视线。当视准轴处于水平位置时，通过十字丝交点看出去的视线就是水准测量原理中提及的水平视线。

图8-5 成像原理

图8-5是望远镜的成像原理图，由几何光学理论知道，目标AB发出的光线通过由物镜和调焦透镜组成的复合透镜时，发生折射，形成一个倒立而缩小了的实像ab。前后移动调焦透镜，可以改变复合透镜的等效焦距，从而使不同距离的目标形成的像均能落在十字丝分划板平面上。由于十字丝分划板到目镜的距离小于目镜的焦距，因而通过目镜便可看到同时放大了的十字丝的虚像和目标的虚像a′b′。借助望远镜可使观察目标的视角得以放大，从而看清远处的目标。我们把望远镜内看到的目标影像a′b′对眼睛构成的视角β与眼睛直接观察目标AB的视角α（图8-5）的比值称为望远镜的放大率，即放大率V=βα。DS₃级水准仪的望远镜放大率不小于28倍。

（2）水准器。水准器是用来判定测量仪器是否整平的装置，分为管水准器和圆水准器两种。水平视线就是借助水准器获得的。

1）管水准器。管水准器通常称为水准管（如图8-6所示），其构造是把玻璃管内壁磨成一定半径的弧面，内装质轻而易流动的液体，经加热融封，冷却后形成一个气泡。水准管上一般刻有间隔为2mm的分划线，分划线的对称中心S称为水准管零点，过零点所作圆弧面的纵向切线LL称为水准管轴（如图8-6a所示）。当气泡的中心与水准管零点重合时称为气泡居中（如图8-6b所示），此时水准管轴处于水平位置。水准管上相邻分划线间的圆弧所对应的圆心角值称为水准管分划值，分划值的大小与圆弧半径成反比，分划值越小，水准管的灵敏度就越高。DS₃级水准仪的水准管分划值为20″/2mm。

图8-6 管水准器

为方便观察和提高精度，微倾式水准仪常在水准管的上方装有符合棱镜系统。由水准气泡两端发出的竖直光线进入符合棱镜内，各自经过三次全反射之后，可在望远镜左侧的符合气泡观察窗内看到气泡两端各自的半边像（如图8-7a所示）。转动微倾旋钮，两上半边像就相对错动。当两半像相吻合时，表示气泡居中（如图8-7b所示），错开时表示不居中（如图8-7c所示）。这种装有符合棱镜系统的水准管称为符合水准器。符合水准器把气泡偏离零点的距离放大了1倍，从而使气泡居中的精度得以提高。

图8-7 符合棱镜系统

图8-8 圆水准器

2）圆水准器。如图8-8所示，圆水准器顶面的内壁是一圆球面，中央刻有一个小圆圈。其圆心称为圆水准器的零点，过零点的球面法线LL′称为圆水准器轴。当气泡中心与零点重合时，表示气泡居中，此时LL′处于竖直位置。圆水准器的内壁，在由零点向外辐射的方向上，每2mm圆弧所对的圆心角值称为圆水准器分划值。DS₃水准仪的圆水准器分划值不大于8′/2mm。圆水准器的灵敏度较低，只能用于粗略整平仪器。

（3）基座。基座包括轴座、脚螺旋、底板和三角压板四部分，用于支承仪器上部，并通过中心旋钮将仪器与三角架连接，三个脚螺旋可调节圆水准气泡居中，将仪器粗略整平。

2.水准测量工具——水准尺与尺垫

（1）水准尺。水准尺是水准测量时使用的标尺，通常用优质木材和铝材制成。水准尺有杆式尺和塔尺两种，如图8-9所示。杆式尺（如图8-9a所示）的尺长为3m，尺的两面均为“cm”分划，一面分划为黑白相间，称为黑面尺，尺底从零开始起算，每分米有数字注记。另一面红白相间，称为红面尺，形式与黑面尺大致相同，但尺底从4.687m或4.787m起算。在视线高度不变的条件下，读取红黑面的读数，其差值为常数，水准测量时以此检查读数正确性。尺的侧面通常装有扶手和圆水准器。杆式尺多用于三、四等水准测量。塔尺（如图8-9b所示）全长5m，分为三节，可以伸缩。尺面分划为1m或0.5m，也分红黑两面，其注字与杆式尺相同。优点是便于携带，但由于接头处易影响尺长精度，故多用于等外水准测量。

图8-9 水准尺

a）杆式尺 b）塔尺

（2）尺垫。尺垫一般由铸铁或钢板制成，多呈三角状，其中央有一凸出圆顶，下有三个尖脚。水准测量时用来支承水准尺，防止沉降，如图8-10所示。

图8-10 尺垫

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