長度計量基礎(chǔ)知識講座(三十八)

顧耀宗/上海市計量測試技術(shù)研究院

第三十八講 水準(zhǔn)儀

1 概述

水準(zhǔn)儀是以儀器的水平視準(zhǔn)線作為基準(zhǔn)線，進(jìn)行高差測量的計量器具。水準(zhǔn)儀在使用時與水準(zhǔn)標(biāo)尺配套使用。水準(zhǔn)儀廣泛用于大地水準(zhǔn)測量、地形變測量、各種工程水準(zhǔn)測量與大型精密機(jī)械安裝調(diào)整時的測量。

水準(zhǔn)儀盡管有不同的類型，但其基本結(jié)構(gòu)和工作原理是相似的。根據(jù)不同準(zhǔn)確度和結(jié)構(gòu)類型，水準(zhǔn)儀分為水準(zhǔn)管水準(zhǔn)儀（圖1）、自動安平水準(zhǔn)儀（圖2）和電子水準(zhǔn)儀（圖3）。

圖1 水準(zhǔn)管水準(zhǔn)儀

圖2 自動安平水準(zhǔn)儀

圖3 電子水準(zhǔn)儀

2 結(jié)構(gòu)和工作原理

2.1 水準(zhǔn)管式水準(zhǔn)儀

水準(zhǔn)管式水準(zhǔn)儀由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)管和基座三個主要部分組成（如圖4所示），支架的旋轉(zhuǎn)軸插入基座5中，轉(zhuǎn)動基座下面的三個底腳螺旋6，可使支架上的圓水準(zhǔn)器7的氣泡居中，使支架面大致呈水平。望遠(yuǎn)鏡1和水準(zhǔn)管2連成一體，轉(zhuǎn)動微傾螺旋4可使望遠(yuǎn)鏡相對于支架3作上、下微傾，當(dāng)水準(zhǔn)管氣泡居中時，望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)線呈水平，便可對水準(zhǔn)標(biāo)尺進(jìn)行讀數(shù)。

2.2 自動安平水準(zhǔn)儀

自動安平水準(zhǔn)儀是指在一定的豎軸傾斜范圍內(nèi)，利用補(bǔ)償器自動獲取視線水平時對水準(zhǔn)標(biāo)尺進(jìn)行讀數(shù)的水準(zhǔn)儀。它用自動安平補(bǔ)償器代替管狀水準(zhǔn)器，在儀器微傾時，補(bǔ)償器受重力作用而相對于望遠(yuǎn)鏡筒移動，使視線水平時標(biāo)尺上的正確讀數(shù)通過補(bǔ)償器后仍落在水平十字絲上。自動安平的補(bǔ)償可通過懸吊十字絲或在物鏡筒至十字絲之間的光路中安置一個補(bǔ)償器或在常規(guī)水準(zhǔn)儀的物鏡前安裝單獨(dú)的補(bǔ)償附件等途徑實現(xiàn)。用此類水準(zhǔn)儀觀測時，當(dāng)圓水準(zhǔn)器氣泡居中儀器放平之后，不需再經(jīng)手工調(diào)整即可讀得視線水平時的讀數(shù)。它可簡化操作手續(xù)，提高作業(yè)速度，以減少外界條件變化所引起的觀測誤差。圖5為蘇州一光儀器有限公司生產(chǎn)的自動安平水準(zhǔn)儀。

圖4 水準(zhǔn)管式水準(zhǔn)儀

圖5 自動安平水準(zhǔn)儀

2.3 電子水準(zhǔn)儀

電子水準(zhǔn)儀又稱數(shù)字水準(zhǔn)儀。自上世紀(jì)90年代起，它是在自動安平水準(zhǔn)儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。電子水準(zhǔn)儀采用條碼水準(zhǔn)標(biāo)尺，具有測量速度快、讀數(shù)客觀、準(zhǔn)確度高、測量結(jié)果計算機(jī)處理等特點(diǎn)，很快得到廣泛的應(yīng)用。

目前電子水準(zhǔn)儀的望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)水準(zhǔn)標(biāo)尺和調(diào)焦仍需目視進(jìn)行。在人工照準(zhǔn)和調(diào)焦后，水準(zhǔn)標(biāo)尺條碼一方面被成像在望遠(yuǎn)鏡分劃板上，供目視觀測，另一方面通過望遠(yuǎn)鏡的分光鏡，水準(zhǔn)標(biāo)尺條碼又被成像在CCD器具上，使CCD產(chǎn)生光電流，實現(xiàn)數(shù)字化。

3 水準(zhǔn)儀的級別和主要技術(shù)要求

根據(jù)1 km往返水準(zhǔn)測量標(biāo)準(zhǔn)偏差，水準(zhǔn)儀分為三個不同級別，其分級情況和主要技術(shù)要求見表1。

表1 水準(zhǔn)儀的分級和主要技術(shù)要求

[1] 顧耀宗等. 長度計量[G]. 北京: 中國計量出版社，2007.

[2] 全國幾何量角度計量技術(shù)委員會. JJG425-2003[S]. 北京: 中國計量出版社，2003.