精密水准仪与水准尺

§5.3 精密水准仪与水准尺

5.3.1 精密水准仪的构造特点

对于精密水准测量的精度而言，除一些外界因素的影响外，观测仪器——水准仪在结构上的精确性与可靠性是具有重要意义的。为此，对精密水准仪必须具备的一些条件提出下列要求。

1.高质量的望远镜光学系统

为了在望远镜中能获得水准标尺上分划线的清晰影像，望远镜必须具有足够的放大倍率和较大的物镜孔径。一般精密水准仪的放大倍率应大于40倍，物镜的孔径应大于50mm。

2.坚固稳定的仪器结构

仪器的结构必须使视准轴与水准轴之间的联系相对稳定，不受外界条件的变化而改变它们之间的关系。一般精密水准仪的主要构件均用特殊的合金钢制成，并在仪器上套有起隔热作用的防护罩。

3.高精度的测微器装置

精密水准仪必须有光学测微器装置，借以精密测定小于水准标尺最小分划线间格值的尾数，从而提高在水准标尺上的读数精度。一般精密水准仪的光学测微器可以读到0.lmm，估读到0.Olmm。

4.高灵敏的管水准器

一般精密水准仪的管水准器的格值为10"/2mm。由于水准器的灵敏度愈高，观测时要使水准器气泡迅速置中也就愈困难，为此，在精密水准仪上必须有倾斜螺旋（又称微倾螺旋）的装置，借以可以使视准轴与水准轴同时产生微量变化，从而使水准气泡较为容易地精确置中以达到视准轴的精确整平。

表5-1 我国水准仪系列及基本技术参数

5.高性能的补偿器装置

对于自动安平水准仪补偿元件的质量以及补偿器装置的精

密度都可以影响补偿器性能的可靠性。如果补偿器不能给出正

确的补偿量，或是补偿不足，或是补偿过量，都会影响精密水

准测量观测成果的精度。

我国水准仪系列按精度分类有S05型,S1型,S3型等。S是

“水”字的汉语拼音第一个字母,S后面的数字表示每公里往返

平均高差的偶然中误差的毫米数。

我国水准仪系列及基本技术参数列于表5-1。

5.3.2 精密水准标尺的构造特点

水准标尺是测定高差的长度标准，如果水准标尺的长度有

误差，则对精密水准测量的观测成果带来系统性质的误差影响，

为此，对精密水准标尺提出如下要求：

（1）当空气的温度和湿度发生变化时，水准标尺分划间的

长度必须保持稳定，或仅有微小的变化。一般精密水准尺的分

划是漆在因瓦合金带上，因瓦合金带则以一定的拉力引张在木

图5-7

质尺身的沟槽中，这样因瓦合金带的长度不会受木质尺身伸缩

变形影响。水准标尺分划的数字是注记在因瓦合金带两旁的木质尺身上，如图5-7（a）、（b）所示。

（2）水准标尺的分划必须十分正确与精密，分划的偶然误差和系统误差都应很小。水准标尺分划的偶然误差和系统误差的大小主要决定于分划刻度工艺的水平，当前精密水准标尺分划的偶然中误差一般在8～ll m。由于精密水准标尺分划的系统误差可以通过水准标尺的平均每米真长加以改正，所以分划的偶然误差代表水准标尺分划的综合精度。

（3）水准标尺在构造上应保证全长笔直，并且尺身不易发生长度和弯扭等变形。一般精密水准标尺的木质尺身均应以经过特殊处理的优质木料制作。为了避免水准标尺在使用中尺身底部磨损而改变尺身的长度，在水准标尺的底面必须钉有坚固耐磨的金属底板。

在精密水准测量作业时，水准标尺应竖立于特制的具有一定重量的尺垫或尺桩上。尺垫和尺桩的形状如图5-8所示。

（4）在精密水准标尺的尺身上应附有

圆水准器装置，作业时扶尺者借以使水准标

尺保持在垂直位置。在尺身上一般还应有扶

尺环的装置，以便扶尺者使水准标尺稳定在

垂直位置。

图5-8

（5）为了提高对水准标尺分划的照准精度，水准标尺分划的形式和颜色与水准标尺的颜色相协调，一般精密水准标尺都为黑色线条分划，如图5-7所示，和浅黄色的尺面相配合，有利于观测时对水准标尺分划精确照准。

线条分划精密水准标尺的分格值有l0mm 和5mm 两种。分格值

为lOmm 的精密水准标尺如图5-7（a ）所示，它有两排分划，尺面

右边一排分划注记从0～300cm ，称为基本分划，左边一排分划注

记从300～600cm 称为辅助分划，同一高度的基本分划与辅助分划

读数相差一个常数，称为基辅差，通常又称尺常数，水准测量作

业时可以用以检查读数的正确性。分格值为5mm 的精密水准尺如

图5-7（b ）所示，它也有两排分划，但两排分划彼此错开5mm ,

所以实际上左边是单数分划，右边是双数分划，也就是单数分划

和双数分划各占一排，而没有辅助分划。木质尺面右边注记的是

米数，左边注记的是分米数，整个注记从0.1～5.9m ，实际分格值

为5mm ，分划注记比实际数值大了一倍，所以用这种水准标尺所测

得的高差值必须除以2才是实际的高差值。

分格值为5mm 的精密水准标尺，也有有一辅助分划的。

与数字编码水准仪配套使用的条形码水准尺如图5-9所示。

通过数字编码水准仪的探测器来识别水准尺上的条形码，再经过

数字影像处理，给出水准尺上的读数，取代了在水准尺上的目视读数。

5.3.3 Wild N3精密水准仪

WildN3精密水准仪的外形如图

5-10所示。望远镜物镜的有效孔径为

50mm ，放大倍率为40倍，管状水准器

格值为10"/2mm 。N3精密水准仪与分

格值为l0mm 的精密因瓦水准标尺配套

使用，标尺的基辅差为301.55cm 。在

望远镜目镜的左边上下有两个小目镜

（在图5-10中没有表示出来），它们

是符合气泡观察目镜和测微器读数目

镜，在3个不同的目镜中所见到的影

像如图5-11所示。

转动倾斜螺旋，使符合气泡观察

目镜的水准气泡两端符合，则视线精

确水平，此时可转动测微螺旋使望远

镜目镜中看到的楔形丝夹准水准标尺

上的148分划线，也就是使148分划

线平分楔角，再在测微器目镜中读出

图5-9 图5-10