大地测量仪器学4专用课件.ppt

第四章 水准器 4.1水准器的结构原理与分类 一、水准器的用途 水准器用来指示仪器的某一轴线处于水平或铅垂位置，如水准仪就借助于它将望远镜视线安平；经纬仪就借助于照准部上的水准器将竖轴安放至铅垂位置等等。 水准器也用来精确地测量微小倾角，如经纬仪横轴倾斜量的测量。 水准器在大型及精密机械设备安装中使用也相当广泛，如精密圆刻线机的安装，大型发电机主轴的安装、矿井大型提升机主轴的安装等等。 二、水准器的结构原理 目前水准器均用玻璃管(或片)将其内壁研磨成一定曲率，里面填充精馏乙醇或乙醚等，在封口前内腔形成一气泡，如图4-1。在水准器中点O′对管内圆弧所作的切线LL′，称为水准器轴，它与通过O′点的铅垂线O′O垂直。为了指示气泡的位置，在玻璃管(或片)上均刻有分划线，格宽一般均为2毫米。 水准器的格值：每一格分划(2毫米)所对应的圆弧角为 式中R为圆弧半径，单位为毫米。格值(角值) 也可理解为气泡移动2毫米时，水准器所倾斜的角度值。它与R成反比，从几何尺寸来讲，R值是水准器精度的决定因素，当 时R=412．530米，当 时R=0．115米。 图4-1 三、水准器的分类 从形状分有管状水准器(亦称长水准器)和圆形水准器。 圆形水准器如图4-2所示，上部玻璃片内表面为一均匀的圆球面，并划有同心分划圈，片下部为一带封嘴的玻璃座，两者用专门的合成胶胶合在一起。从目前使用情况来看，胶合面脱胶的问题未得到彻底解决，各国都在提高胶的牢度上下功夫。我国有的厂家为了解决脱胶问题，将上玻璃片与玻璃座进行熔接，脱胶问题得到彻底解决，但在烧熔过程中玻璃片内表面的R易变形，而且不能在短时间内稳定下来。废品率也比胶合的高。 圆水准器的格值，是指气泡由圆水准器分划中心向任意方向移动2毫米时，水准器所倾斜的角度。格值有8′、15′、30′、60′等。 长水准器(图4-1)和圆水准器(图4-2)，一般均采用烧制过的石膏固结在水准器座上(图4-3)。为了提高气泡的衬度，在水准器底部垫一白纸或涂以白漆，在两侧衬以黑纸。在地下或夜间使用的仪器，可以涂上夜光材料，外加保护层。 如图4-2 如图4-3 四、水准器的国家标准 为了仪器制造、使用、维修上的方便，由一机部提出，国家标准计量局发布了水准器的国家标准，代号为GBll46—74(代替JB510—64)。现列出“基本参数，尺寸及系列”。以供参考。 圆形水准器：结构与基本参数标注见图4-4。尺寸及系列见表4-1。 如图4-4 长水准器：结构与基本参数标注见图4-5。尺寸及系列见表4-2。 水准器玻璃材料为温度计玻璃，九五灯工料或GG—17玻璃。水准器内填充的液体为精馏乙醇、乙醚或两者混合液。长水准器为了保证一定的气泡长度，采用补偿式和隔室式等多种形式。 如图4-5 五、水准器格(角)值的测定方法 对于换配质量不明的或者经过剧烈震动和温度剧烈变化的水准器，新出厂但长期存放过的仪器上的水准器，均应测定其格值，均匀性，气泡符合精度等，以便确定该仪器对某一等级测量工作的适应性。 测定格值的方法很多：如水准器检验仪法、脚螺旋法、竖盘直读法、标尺法以及竖轴倾斜法(康司托克法)。方法不同，但其实质相同，即要设法使待测水准器的气泡在使用范围内移动，同时把气泡移动时水准器倾角的变化量求出，最后把移动的格数除以倾角的变化量，即水准器的格值。 §4.2 水准器灵敏度及其影响因素 一、灵敏度 水准器的灵敏度是指当气泡产生0．2毫米(0．1格)位移时，水准器倾角的变化量，也就是说，当水准器倾斜一个很小的角度，气泡就产生可察觉的位移，这个角度愈小灵敏度就愈高。另外，从(4-1)式可知 ， 也就是说一般格值小(R大)时灵敏度高。灵敏度不仅取决于水准器的格值，同时取决于气泡的长度，外界温度，内灌液体的性质，管子的材料及研磨的质量及方法等。下面分析这些影响因素及减少其不良影响的措施。 二、灵敏度与气泡长度的关系 气泡长度是影响灵敏度的重要因素，气泡在玻璃管内要产生移动，必需克服液体对管壁的附着力，只有当气泡两端压力差值大于其附着力时，气泡才会产生移动。对于格值相同的水准器，当水准器倾斜Δα角时，气泡长度较长(L2L1)，气泡两端压力差就较大(可用气泡两端高差h2h1近似表示之)，也就愈容易产生移动，即灵敏度愈高。有人曾对一个质量良好的水准器(τ=16″)，用不同的气泡长度，在相同的外界条件下进行了试验，得出如下结果： 气泡长度（格） 4 10 16 20 29 气泡置中中误差（秒） 1.4 0.6 0.4 0.3 0.2 从上表看