大地测量仪器学.ppt

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1、大地测量仪器学第四章水准器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

2、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。大地测量仪器学水准器的格值：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大地测量仪器学三、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。

3、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

4、层。如图4-2如图4-3大地测量仪器学四、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大地测量仪器学长水准器：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大地测量仪器学大地测量仪

5、器学五、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

6、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。大地测量仪器学二、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(L2>L1)，气泡两端压力差就较大(可用气

7、泡两端高差h2>h1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）410162029气泡置中中误差（秒）1.40.60.40.30.2从上表看出，气泡置中误差(m″中)与气泡长度(L气)成反比，可用一近似经验式表示：式中，K为一随格值变化的系数，当τ=16″时K≈6。大地测量仪器学三、气泡长度与温度的关系水准器内灌注的液体为乙醇或乙醚等，都是冰点低而挥发性大的