3水准测量的仪器和工具

水准测量的仪器和工具

水准测量所使用的仪器为水准仪，辅助工具为水准尺和尺垫。水准仪按其精度高低可分为D S05、D S1、

D S3和D S10等四个等级（D、S分别为“大地测量”和“水准仪”）的汉语拼音的第一个字母；数字05、1、

3、10表示该仪器的标称精度，是指用该仪器进行水准测量时，往返测1公里高差中数中误差，其单位是m m）；按结构可分为微倾式水准仪和自动安平式水准仪；按构造可分为光学水准仪和电子水准仪。本章着重介绍D S3水准仪，简单介绍精密水准仪和电子水准仪。

一、D S3微倾式水准仪的构造

根据水准测量的原理，水准仪的主要作用是提供一条水平视线，并能照准水准尺进行读数。因此，水

准仪主要由望远镜、水准器及基座三部分构成。2-2所示是我国生产的D S3微倾式水准仪。

1、望远镜

2-3是D S3微倾式水准仪望远镜的构造图，它主要由物镜1、目镜2、调焦透镜3和十字丝分划板4

所组成。物镜和目镜多采用复合透镜组，十字丝分划板上刻有两条互相垂直的长线，如2-3中的7，

竖直的一条称为竖丝，横的较长那条称为中丝，是为了瞄准目标和读取读数用的。在中丝的上下还对称地刻有两条与中丝对称的短横线，是用来测定距离的，称为视距丝。十字丝分划板是由平板玻璃圆片制成的，平板玻璃片在分划板座上，分划板座由固定螺丝固定在望远镜筒上。十字丝交点与物镜光心的连线，称为

视准轴或视线（2-3）中的（C－C1）。水准测量是在视准轴水平时，用十字丝的中丝截取水准尺上的读数。

2-4为望远镜成像原理图。远处目标A B发出的光线经过物镜1及调焦透镜3折射后，在十字丝平面4上形成一个倒立而缩小的实像a b；通过目镜2的放大，成虚相aˊbˊ，十字丝同时也被放大。

从望远镜内所看到的目标影像的视角与肉眼直接观察该目标的视角之比，称为望远镜的放大率。如

2-4所示，从望远镜内看到目标的像所对的视角为β，用肉眼看目标所对的视角可近似地认为是a，故放大率V=β/a。D S3微倾式水准仪的望远镜的放大率一般为28倍。

2、水准器

水准器是用来指示视准轴是否水平或仪器竖轴是否竖直的装置。水准器分为管水准器和圆水准器两种，管水准器又称为长水准器或水准管。管水准器用来指示视准轴是否水平，圆水准器用来指示竖轴是否竖直。

（1）管水准器

管水准器，是一纵向内壁磨成圆弧形（圆弧半径一般为7－20m）的玻璃管，管内装酒精、乙醚或二者

的混合液，加热融封冷却后留有一个气泡见2-5。由于气泡较轻，故恒处于管内最高位置。

水准管上一般刻有间隔为2m m的分划线，分划线的中点0，称为水准管零点（见2-5）。通过零点

作水准管圆弧的切线，称为水准管轴（2-5中的L-L）。当水准管的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L L处于水平位置。水准管圆弧2m m所对的圆心角τ（2-6），称为水准管分划值。用公式表示为：

″=•ρ″

（2-2-1）式中：

ρ″＝206265″；

R－水准管圆弧半径，单位：m m。

式（2-2-1）说明圆弧的半径R愈大，角值τ″愈小，则水准管灵敏度愈高。安装在D S3级水准仪上的水准管，其分划值不大于20″/2m m。

微倾式水准仪在水准管的上方安装一组符合棱镜，如2-6所示。通过符合棱镜的反射作用，使气泡两端的像反映在望远镜旁的符合气泡观察窗中。若气泡两端的半像符合成一个圆弧时，就表示气泡居中。若气泡的半像错开，则表示气泡不居中，这时，应转动微倾螺旋，使气泡的半像符合成一个圆弧。

（2）圆水准器

如2-7，圆水准器顶面的内壁是球面，其中有圆分划圈，圆圈的中心为水准器的零点。通过零点作球面的法线，称为圆水准器轴，当圆水准器气泡居中时，该轴线处于竖直位置。当气泡不居中时，气泡中心偏移零点2m m，轴线所倾斜的角值，称为圆水准器的分划值，一般为8′-10′。由于它的精度较低，故只用于仪器的粗略整平。

（3）基座

基座的作用是支承仪器的上部并与三脚架连接。它主要是由轴座、螺旋、底板和三角压板构成（如

2-8）。

二、水准尺和尺垫

水准尺是水准测量时使用的标尺。其质量好坏直接影响水准测量的精度。因此，水准尺需用不易变形且干燥的优质木材制成；要求尺长稳定，分划准确。常用的水准尺有整尺（直尺）、折尺、塔尺三种，如

2-9所示。水准尺又可分为单面尺和双面尺。

塔尺多用于等外水准测量，其长度有2m和5m两种，用两节或三节套接在一起。尺的底部为零点，尺上黑白格相间，每格宽度为1㎝，有的为0.5㎝，每一米和分米处均有注记。

双面水准尺多用于三、四等水准测量。其长度有2m和3m两种，且两根尺为一对。尺的两面均有刻划，一面为红白相间称红面尺；另一面为黑白相间，称黑面尺（也称主尺），两面的刻划均为1㎝，并在分米处注字。两根尺的黑面均由零开始；而红面，一根尺由 4.687m开始至 6.687m或7.687m，另一根由 4.787m 开始至 6.787m或7.787m。

尺垫是在转点处放置水准尺用的，它用生铁铸成，一般为三角形，中央有一突起的半球体，下方有三

个支脚，如2-10所示。用时将支脚牢固地插入土中，以防下沉，上方突起的半球形顶点作为竖立水准尺和标志转点之用。