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1、大地測(cè)量?jī)x器學(xué),第四章 水準(zhǔn)器 4.1水準(zhǔn)器的結(jié)構(gòu)原理與分類(lèi) 一、水準(zhǔn)器的用途 水準(zhǔn)器用來(lái)指示儀器的某一軸線(xiàn)處于水平或鉛垂位置，如水準(zhǔn)儀就借助于它將望遠(yuǎn)鏡視線(xiàn)安平；經(jīng)緯儀就借助于照準(zhǔn)部上的水準(zhǔn)器將豎軸安放至鉛垂位置等等。 水準(zhǔn)器也用來(lái)精確地測(cè)量微小傾角，如經(jīng)緯儀橫軸傾斜量的測(cè)量。 水準(zhǔn)器在大型及精密機(jī)械設(shè)備安裝中使用也相當(dāng)廣泛，如精密圓刻線(xiàn)機(jī)的安裝，大型發(fā)電機(jī)主軸的安裝、礦井大型提升機(jī)主軸的安裝等等。 二、水準(zhǔn)器的結(jié)構(gòu)原理 目前水準(zhǔn)器均用玻璃管(或片)將其內(nèi)壁研磨成一定曲率，里面填充精餾乙醇或乙醚等，在封口前內(nèi)腔形成一氣泡，如圖4-1。在水準(zhǔn)器中點(diǎn)O對(duì)管內(nèi)圓弧所作的切線(xiàn)LL，稱(chēng)為水準(zhǔn)器軸
2、，它與通過(guò)O點(diǎn)的鉛垂線(xiàn)OO垂直。為了指示氣泡的位置，在玻璃管(或片)上均刻有分劃線(xiàn)，格寬一般均為2毫米。,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),水準(zhǔn)器的格值：每一格分劃(2毫米)所對(duì)應(yīng)的圓弧角為,,式中R為圓弧半徑，單位為毫米。格值(角值) 也可理解為氣泡移動(dòng)2毫米時(shí)，水準(zhǔn)器所傾斜的角度值。它與R成反比，從幾何尺寸來(lái)講，R值是水準(zhǔn)器精度的決定因素，當(dāng) 時(shí)R=412530米，當(dāng) 時(shí)R=0115米。,,,圖4-1,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),三、水準(zhǔn)器的分類(lèi) 從形狀分有管狀水準(zhǔn)器(亦稱(chēng)長(zhǎng)水準(zhǔn)器)和圓形水準(zhǔn)器。 圓形水準(zhǔn)器如圖4-2所示，上部玻璃片內(nèi)表面為一均勻的圓球面，并劃有同心分劃圈，片下部為一帶封嘴的玻璃座，兩者用專(zhuān)
3、門(mén)的合成膠膠合在一起。從目前使用情況來(lái)看，膠合面脫膠的問(wèn)題未得到徹底解決，各國(guó)都在提高膠的牢度上下功夫。我國(guó)有的廠(chǎng)家為了解決脫膠問(wèn)題，將上玻璃片與玻璃座進(jìn)行熔接，脫膠問(wèn)題得到徹底解決，但在燒熔過(guò)程中玻璃片內(nèi)表面的R易變形，而且不能在短時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定下來(lái)。廢品率也比膠合的高。,圓水準(zhǔn)器的格值，是指氣泡由圓水準(zhǔn)器分劃中心向任意方向移動(dòng)2毫米時(shí)，水準(zhǔn)器所傾斜的角度。格值有8、15、30、60等。 長(zhǎng)水準(zhǔn)器(圖4-1)和圓水準(zhǔn)器(圖4-2)，一般均采用燒制過(guò)的石膏固結(jié)在水準(zhǔn)器座上(圖4-3)。為了提高氣泡的襯度，在水準(zhǔn)器底部墊一白紙或涂以白漆，在兩側(cè)襯以黑紙。在地下或夜間使用的儀器，可以涂上夜光材料，外
4、加保護(hù)層。,如圖4-2,如圖4-3,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),四、水準(zhǔn)器的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 為了儀器制造、使用、維修上的方便，由一機(jī)部提出，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量局發(fā)布了水準(zhǔn)器的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，代號(hào)為GBll4674(代替JB51064)。現(xiàn)列出“基本參數(shù)，尺寸及系列”。以供參考。 圓形水準(zhǔn)器：結(jié)構(gòu)與基本參數(shù)標(biāo)注見(jiàn)圖4-4。尺寸及系列見(jiàn)表4-1。,如圖4-4,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),長(zhǎng)水準(zhǔn)器：結(jié)構(gòu)與基本參數(shù)標(biāo)注見(jiàn)圖4-5。尺寸及系列見(jiàn)表4-2。 水準(zhǔn)器玻璃材料為溫度計(jì)玻璃，九五燈工料或GG17玻璃。水準(zhǔn)器內(nèi)填充的液體為精餾乙醇、乙醚或兩者混合液。長(zhǎng)水準(zhǔn)器為了保證一定的氣泡長(zhǎng)度，采用補(bǔ)償式和隔室式等多種形式。,如圖4-5,大地測(cè)量
5、儀器學(xué),大地測(cè)量?jī)x器學(xué),五、水準(zhǔn)器格(角)值的測(cè)定方法 對(duì)于換配質(zhì)量不明的或者經(jīng)過(guò)劇烈震動(dòng)和溫度劇烈變化的水準(zhǔn)器，新出廠(chǎng)但長(zhǎng)期存放過(guò)的儀器上的水準(zhǔn)器，均應(yīng)測(cè)定其格值，均勻性，氣泡符合精度等，以便確定該儀器對(duì)某一等級(jí)測(cè)量工作的適應(yīng)性。 測(cè)定格值的方法很多：如水準(zhǔn)器檢驗(yàn)儀法、腳螺旋法、豎盤(pán)直讀法、標(biāo)尺法以及豎軸傾斜法(康司托克法)。方法不同，但其實(shí)質(zhì)相同，即要設(shè)法使待測(cè)水準(zhǔn)器的氣泡在使用范圍內(nèi)移動(dòng)，同時(shí)把氣泡移動(dòng)時(shí)水準(zhǔn)器傾角的變化量求出，最后把移動(dòng)的格數(shù)除以?xún)A角的變化量，即水準(zhǔn)器的格值。 4.2 水準(zhǔn)器靈敏度及其影響因素 一、靈敏度 水準(zhǔn)器的靈敏度是指當(dāng)氣泡產(chǎn)生02毫米(01格)位移時(shí)，水準(zhǔn)器
6、傾角的變化量，也就是說(shuō)，當(dāng)水準(zhǔn)器傾斜一個(gè)很小的角度，氣泡就產(chǎn)生可察覺(jué)的位移，這個(gè)角度愈小靈敏度就愈高。另外，從(4-1)式可知 ， 也就是說(shuō)一般格值小(R大)時(shí)靈敏度高。靈敏度不僅取決于水準(zhǔn)器的格值，同時(shí)取決于氣泡的長(zhǎng)度，外界溫度，內(nèi)灌液體的性質(zhì)，管子的材料及研磨的質(zhì)量及方法等。下面分析這些影響因素及減少其不良影響的措施。,,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),二、靈敏度與氣泡長(zhǎng)度的關(guān)系 氣泡長(zhǎng)度是影響靈敏度的重要因素，氣泡在玻璃管內(nèi)要產(chǎn)生移動(dòng)，必需克服液體對(duì)管壁的附著力，只有當(dāng)氣泡兩端壓力差值大于其附著力時(shí)，氣泡才會(huì)產(chǎn)生移動(dòng)。對(duì)于格值相同的水準(zhǔn)器，當(dāng)水準(zhǔn)器傾斜角時(shí)，氣泡長(zhǎng)度較長(zhǎng)(L2L1)，氣泡兩端壓力差就
7、較大(可用氣泡兩端高差h2h1近似表示之)，也就愈容易產(chǎn)生移動(dòng)，即靈敏度愈高。有人曾對(duì)一個(gè)質(zhì)量良好的水準(zhǔn)器(=16)，用不同的氣泡長(zhǎng)度，在相同的外界條件下進(jìn)行了試驗(yàn)，得出如下結(jié)果：,從上表看出，氣泡置中誤差(m中)與氣泡長(zhǎng)度(L氣)成反比，可用一近似經(jīng)驗(yàn)式表示：,,式中，K為一隨格值變化的系數(shù)，當(dāng)=16時(shí) K6。,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),三、氣泡長(zhǎng)度與溫度的關(guān)系 水準(zhǔn)器內(nèi)灌注的液體為乙醇或乙醚等，都是冰點(diǎn)低而揮發(fā)性大的液體，對(duì)溫度變化非常敏感，當(dāng)氣溫升高時(shí)，液體氣體均產(chǎn)生膨脹，因液體難于壓縮，氣泡由于它的可縮性與轉(zhuǎn)化性，體積縮小，長(zhǎng)度變短了，因此靈敏度降低了。溫度對(duì)氣泡長(zhǎng)度影響的大小，取決于管內(nèi)液
8、體和氣體的比例，液體越多，溫度變化對(duì)氣泡長(zhǎng)度的影響就愈大。有人對(duì)不同格值的水準(zhǔn)器進(jìn)行了實(shí)際測(cè)定，其結(jié)果列于表4-4。,另外，對(duì)一格值為16的水準(zhǔn)器，當(dāng)溫度由0+30時(shí)，氣泡長(zhǎng)度由25格17格，即氣泡縮短了16毫米，置中誤差增大了約50。為了減少溫度變化對(duì)氣泡長(zhǎng)度的影響，使水準(zhǔn)器的置中精度比較穩(wěn)定，人們創(chuàng)造了不少行之有效的方法：,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),(一)補(bǔ)償式水準(zhǔn)器 在水準(zhǔn)器內(nèi)加入一玻璃棒，或一玻璃管，也可用一瓦形玻璃片，其目的在于減少水準(zhǔn)器內(nèi)所灌注的液體。 (二)斷面為橢圓形的水準(zhǔn)器 一般水準(zhǔn)器斷面均為圓形，這在工藝上比較簡(jiǎn)單，近來(lái)有的儀器已采用橢圓斷面的水準(zhǔn)器，如蔡司Ni 004精密水
9、準(zhǔn)儀。據(jù)計(jì)算，在截面積相同的情況下，具有寬弧面的橢圓形斷面，液體所占面積比圓形斷面的少。這樣可以減小溫度的影響，而不需要上述那根起補(bǔ)償作用的玻璃棒。此外，這種水準(zhǔn)器在同一格值和同一氣泡長(zhǎng)度的情況下，比圓形斷面的靈敏度要高，主要原因是它的氣泡大。這種水準(zhǔn)器在結(jié)構(gòu)上雖優(yōu)于圓形斷面水準(zhǔn)器，但加工工藝比較復(fù)雜，對(duì)其置中精度與扁率的關(guān)系以及加工精度要求等還在探討之中。,(三)隔室式水準(zhǔn)器 結(jié)構(gòu)如圖46，將一水準(zhǔn)器中間用一玻璃片隔開(kāi)，在隔片下開(kāi)一孔，而形成一個(gè)可調(diào)的氣泡儲(chǔ)存室，“氣室”在水準(zhǔn)器工作范圍以外，當(dāng)氣泡變化時(shí)，可將水準(zhǔn)器傾斜使氣泡長(zhǎng)度得到調(diào)節(jié)，這種結(jié)構(gòu)在使用時(shí)要進(jìn)行較仔細(xì)的調(diào)節(jié)，過(guò)一段時(shí)間后
10、又要調(diào)，比較麻煩。在一些精密水準(zhǔn)儀上，由于當(dāng)時(shí)沒(méi)有找到別的更簡(jiǎn)便的方法，氣泡長(zhǎng)度又要求比較嚴(yán)格而采用了此種結(jié)構(gòu)。,如圖4-6,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),(四)膠合式水準(zhǔn)器 上面所討論的水準(zhǔn)器，大都是采用玻璃管內(nèi)壁研磨后，兩頭燒封的，在燒封的過(guò)程中，兩端內(nèi)壁的R發(fā)生變化而形成的“無(wú)用區(qū)段” (一般每端有35毫米長(zhǎng))，在兩端的“無(wú)用區(qū)段”內(nèi)都注滿(mǎn)了液體，當(dāng)氣泡長(zhǎng)度(-40+60的平均長(zhǎng)度)為水準(zhǔn)器總長(zhǎng)的三分之一時(shí)，水準(zhǔn)器內(nèi)腔液體占93，氣泡僅占7。為縮短這兩端的“無(wú)用區(qū)段”，現(xiàn)采用一種膠合的所謂“多部件水準(zhǔn)器”(圖47)采用這種結(jié)構(gòu)，氣泡所占的體積由7增至18，明顯地減少了溫度變化對(duì)氣泡長(zhǎng)度的影響。當(dāng)溫
11、度由-40變化至+60時(shí)，普通的全玻璃水準(zhǔn)器的氣泡長(zhǎng)度(L)由37毫米5毫米，而膠合式水準(zhǔn)器則只由24毫米16毫米。 這種膠合式水準(zhǔn)器兩端的鋼制密封零件同時(shí)也就是水準(zhǔn)器的安放支架，不再用石膏加以固定，又省下了埋在石膏中兩端那段長(zhǎng)度，也就縮小了水準(zhǔn)器的尺寸。這種水準(zhǔn)器關(guān)鍵問(wèn)題在于尋找牢固耐用的膠合劑，過(guò)去所用的環(huán)氧樹(shù)脂膠經(jīng)過(guò)乙醇和乙醚長(zhǎng)時(shí)間的泡蝕后，有脫膠現(xiàn)象，現(xiàn)在采用一種新的合成樹(shù)脂膠。 除在結(jié)構(gòu)上改進(jìn)外，在野外作業(yè)的過(guò)程中，也要盡可能縮小溫度變化的不良影響，規(guī)范中作了相應(yīng)規(guī)定。如果在烈日下作業(yè)而不用測(cè)傘，結(jié)果會(huì)使水準(zhǔn)器氣泡縮短，靈敏度降低，氣泡還會(huì)向熱的一端移動(dòng)，直接影響所測(cè)成果的質(zhì)
12、量。有的水準(zhǔn)器甚至被曬裂。,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),4.3 自動(dòng)安平補(bǔ)償器的工作原理 一、自動(dòng)安平原理 最早的視線(xiàn)(Z。Z。)自動(dòng)安平裝置如圖48，望遠(yuǎn)鏡1通過(guò)帶刀口的吊架2，懸吊在與儀器基座相連結(jié)的承板3上。通過(guò)調(diào)節(jié)1與2的相對(duì)位置，使1與2連結(jié)后的重心位于通過(guò)刀口的鉛垂線(xiàn)上。校正十字絲使視軸Z。Z。水平，即與通過(guò)刀口的鉛垂線(xiàn)相垂直。若不考慮刀口在承板3處的摩擦力矩，此裝置架在任意地點(diǎn)，視線(xiàn)(Z。Z。)均將是水平的，這已是二百多年前人們的嘗試。由于它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，曾有人生產(chǎn)過(guò)類(lèi)似的儀器，如法國(guó)索姆廠(chǎng)生產(chǎn)的NC02型水準(zhǔn)儀。它的每公里高差的中誤差mh為40毫米。我國(guó)目前在小面積土地平整中應(yīng)用的“土水
13、平儀”上，亦有類(lèi)似的結(jié)構(gòu)。,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),實(shí)際上由于刀口的摩擦力矩，使得Z。Z。不能?chē)?yán)格水平，加上懸吊著整個(gè)望遠(yuǎn)鏡，重量大引起刀口的磨損大。望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦就會(huì)碰動(dòng)儀器，使用也不方便，故在使用上未能推廣。但它揭示了視線(xiàn)自動(dòng)安平的普遍規(guī)律，利用重力作用可使視線(xiàn)自動(dòng)地水平。 在水準(zhǔn)測(cè)量中，我們獲得水平視線(xiàn)的目的，是在前后標(biāo)尺上截取讀數(shù)，然后求出兩點(diǎn)間的高差。如圖49所示，視線(xiàn)Z。O水平時(shí)在標(biāo)尺上截取的讀數(shù)為L(zhǎng)。(如(a)圖)。當(dāng)儀器順時(shí)針?lè)较騼A斜一小角后(即視線(xiàn)傾斜)，此時(shí)視線(xiàn)由Z。O變成ZO，在標(biāo)尺上截取的讀數(shù)為L(zhǎng)，L-L0=L。,在儀器傾斜的情況下，若十字絲能相對(duì)于儀器作反方向擺動(dòng)，由ZZ。(
14、b)圖，此時(shí)Z。O在標(biāo)尺上截取的仍為視線(xiàn)水平時(shí)的讀數(shù)L。，這就實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)安平的目的，這種“可動(dòng)十字絲”裝置，都是用吊絲將十字絲板懸吊起來(lái)，使其能相對(duì)于儀器(望遠(yuǎn)鏡筒)作反方向擺動(dòng)。 另一種情況是十字絲板固定在望遠(yuǎn)鏡筒內(nèi)，當(dāng)儀器傾斜一小角后，十字絲由Z。Z(c)圖，十字絲在標(biāo)尺上截取讀數(shù)為L(zhǎng)，此時(shí)若在望遠(yuǎn)鏡筒內(nèi)采用一裝置，使視線(xiàn)水平時(shí)的標(biāo)尺讀數(shù)L。，跟隨十字絲一起移動(dòng)，在儀器傾斜過(guò)程中十字絲截取的讀數(shù)恒為L(zhǎng)。，同樣也實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)安平的目的。,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),根據(jù)上述兩種實(shí)現(xiàn)自動(dòng)安平的途徑，人們已生產(chǎn)出多種補(bǔ)償器，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前已有十多個(gè)國(guó)家的三十多家工廠(chǎng)，提供近六十種不同型號(hào)的自動(dòng)安平水準(zhǔn)
15、儀。自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的型號(hào)很多，但從補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)形式來(lái)看，不少是大同小異的，下面將介紹用得比較廣泛而又有代表性的結(jié)構(gòu)。 二、補(bǔ)償器的分類(lèi) 根據(jù)補(bǔ)償器所處的位置來(lái)進(jìn)行分類(lèi)，可分為：物鏡前，物鏡本身，十字絲本身、物鏡與十字絲之間等共四種，而以后者應(yīng)用最為廣泛。這種分類(lèi)方法與補(bǔ)償原理聯(lián)系緊密，但不能反映補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)與性能。目前有傾向于按補(bǔ)償器關(guān)鍵元件靈敏元件(補(bǔ)償器的活動(dòng)元件)來(lái)進(jìn)行分類(lèi)，分為；吊絲(包括吊帶)式、簧片(包括簧座)式、滾珠軸承(包括寶石軸承)式，液體式等。其中以吊絲式的精度高而穩(wěn)定，應(yīng)用廣泛，目前我國(guó)有產(chǎn)品供應(yīng)的是吊絲式。國(guó)外幾家自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀產(chǎn)量大的儀器廠(chǎng)(如蔡司廠(chǎng)，奧普通廠(chǎng)、沙
16、漠拉紀(jì)廠(chǎng)等)，整個(gè)系列產(chǎn)品大都是吊絲式。這些廠(chǎng)家出的自動(dòng)會(huì)平水準(zhǔn)儀我國(guó)進(jìn)口比較多，因此我們下面就重點(diǎn)討論這種補(bǔ)償器。,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),（一）吊絲(包括吊帶扁絲)式補(bǔ)償器 在討論補(bǔ)償器具體結(jié)構(gòu)之前，我們先介紹兩種有代表性的自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀，以期了解補(bǔ)償器的位置和要求，進(jìn)一步理解視線(xiàn)自動(dòng)安平的原理。 第一種：奧普通廠(chǎng)生產(chǎn)的Ni2型，其精度屬于S1級(jí)，由于補(bǔ)償器靈敏而又穩(wěn)定，自1950年開(kāi)始成批生產(chǎn)，二十多年來(lái)結(jié)構(gòu)基本沒(méi)有大的改變，成為目前世界上生產(chǎn)時(shí)間最早而且產(chǎn)量最大的一種自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀，我國(guó)也進(jìn)口較多，作業(yè)人員反映儀器使用力便，精度穩(wěn)定可靠。 儀器結(jié)構(gòu)如圖410(a)，儀器和望遠(yuǎn)鏡從外
17、形看，與一般的水準(zhǔn)儀沒(méi)有什么兩樣，但望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部結(jié)構(gòu)比一般的就復(fù)雜多了，在調(diào)焦鏡與十字絲之間，裝有補(bǔ)償器。結(jié)構(gòu)示于(圖410(b))。起補(bǔ)償作用的直角棱鏡3，通過(guò)四根吊絲1(另外兩根與圖上虛線(xiàn)所示的兩根對(duì)應(yīng)，在棱鏡3的另一側(cè))，將它吊起，它在空間可以擺動(dòng)。水平光線(xiàn)經(jīng)過(guò)這一組棱鏡(共三塊)三次反射后，沿水平方向射向十字絲中心。為了獲得完全的正象，須將其中的任一棱鏡設(shè)計(jì)為屋脊棱鏡。此儀器的屋脊棱鏡為右側(cè)那塊小一些的梯形棱鏡。為了防止光線(xiàn)在棱鏡表面的反射和折射的損失，降低成象質(zhì)量，要求每塊棱鏡的入射和出射面均與光軸垂直，為此棱鏡組可以設(shè)計(jì)成各種形式。吊絲采用防磁的不銹鋼絲，每根能承受2000克的拉力，
18、而被四根吊絲懸掛的擺重僅20克，這樣大的保險(xiǎn)系數(shù)，對(duì)于在野外使用的儀器來(lái)說(shuō)是很必要的。由于懸吊部分沒(méi)有安全鎖緊裝置，此儀器的高強(qiáng)度吊絲還是有被震斷的，拆開(kāi)吊絲被震斷的儀器，并未發(fā)現(xiàn)其他的零件被震壞和松動(dòng)，說(shuō)明這一部分比較脆弱，要注意防震。,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),大地測(cè)量?jī)x器學(xué),為了使擺動(dòng)的棱鏡3能迅速地穩(wěn)定，以便觀(guān)測(cè)，儀器采用了空氣阻尼器，擺動(dòng)棱鏡能在l2秒鐘內(nèi)穩(wěn)定。即照準(zhǔn)目標(biāo)后隨即就可進(jìn)行讀數(shù)。 整個(gè)補(bǔ)償器因靈敏度高，尺寸比較小，零件又比較多，對(duì)棱鏡的位置、吊絲長(zhǎng)短，阻尼器的間隙等均要求嚴(yán)格，所以一般不宜拆動(dòng)它。若發(fā)生故障要處理時(shí)，要有一定的裝調(diào)設(shè)備和工具，不然補(bǔ)償器的“零位誤差”(可以理解為
19、普通水準(zhǔn)器水準(zhǔn)儀的i角誤差)等會(huì)增大。此儀器t角的校正一般只能校正十字絲，而且只有一個(gè)校正螺絲，將目鏡前面護(hù)罩(圖410之5)旋下，即可見(jiàn)到校正孔內(nèi)的校正螺絲。整個(gè)十字絲板和它的固定套，均被卡在一簧片座上，校正螺絲對(duì)應(yīng)的下部為一簧片。 （二）簧片(包括簧座)式補(bǔ)償器 前面所討論的補(bǔ)償器，主要由吊架的幾何尺寸來(lái)控制活動(dòng)邊(補(bǔ)償器)的擺動(dòng)角，而簧片補(bǔ)償器則靠其彈性恢復(fù)力，即靠簧片的變形量來(lái)控制補(bǔ)償器的擺動(dòng)角。因此有人稱(chēng)前者為“幾何擺”，后者為“物理擺”。 采用這種簧片式補(bǔ)償器最早的，有代表性的自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀，是西德埃爾他廠(chǎng)的INA型儀器，望遠(yuǎn)鏡光學(xué)結(jié)構(gòu)如圖411。,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),目標(biāo)的光
20、線(xiàn)經(jīng)物鏡1、調(diào)焦鏡2，固定棱鏡3、活動(dòng)(補(bǔ)償)棱鏡4，而后成象于十字絲板5上，由目鏡6進(jìn)行觀(guān)察。補(bǔ)償棱鏡4是固定在簧片7上的，簧片7固定在與望遠(yuǎn)鏡筒連結(jié)的承板8上。 當(dāng)望遠(yuǎn)鏡水平時(shí)，簧片直立。當(dāng)望遠(yuǎn)鏡傾斜角時(shí)，由于重力作用使簧片產(chǎn)生撓曲，使其固定在端部的直角反射棱鏡相對(duì)原基準(zhǔn)面傾斜了角，雖然儀器傾斜了角，由于補(bǔ)償棱鏡的相對(duì)位置改變了角，位于粗實(shí)線(xiàn)4，位置，使得水平視線(xiàn)在補(bǔ)償棱鏡位置改變了(2-)角后，仍然通過(guò)十字絲中心Z，即水平視線(xiàn)跟隨十字絲一起傾斜，實(shí)現(xiàn)了視線(xiàn)自動(dòng)安平的目的。所要求的角的大小，主要由4Z的距離來(lái)確定。,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),這種簧片式補(bǔ)償器的放大系數(shù)V，主要由簧片的物理性能和機(jī)
21、械尺寸所決定，公式V=/。 （三）液體式補(bǔ)償器 由于重力作用，液面恒保持為一水平面的特性，很早就被人們用來(lái)自動(dòng)安平視線(xiàn)，如本世紀(jì)初就出現(xiàn)了以水銀池作反射面的“等高儀”。用在水準(zhǔn)儀上還是近十多年來(lái)的事，用在經(jīng)緯儀的豎盤(pán)指標(biāo)自動(dòng)歸零上還稍早幾年。液體補(bǔ)償器有折射式和反射式兩類(lèi)。 （四）軸承式補(bǔ)償器 軸承式補(bǔ)償器的工作原理，就是前面所討論的“單擺”，擺動(dòng)角度與儀器傾斜角度相等。若在軸承上掛的是一反射鏡，則此擺位于f物2處即可。 1、滾珠軸承式補(bǔ)償器 以滾珠軸承作為靈敏元件，若要求補(bǔ)償器的安平精度為12，以此推算軸承的摩擦阻力矩為001003克厘米。這個(gè)要求是很高的，北測(cè)廠(chǎng)試制的ZS3
22、型自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀，是采用上海微型軸承廠(chǎng)C級(jí)精度的微型軸承，摩擦力矩為05克毫米，補(bǔ)償器的精度不高，故暫只能用在S3級(jí)水準(zhǔn)儀上。就是這一級(jí)精度的滾珠軸承，對(duì)清潔程度要求也是很高的，儀器的密封性能要好，不允許灰塵進(jìn)入軸承部位。,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),2、寶石軸承式補(bǔ)償器 這是克恩廠(chǎng)近幾年研制出的補(bǔ)償器，裝在GKl-A型自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀上，望遠(yuǎn)鏡光學(xué)結(jié)構(gòu)如圖413，由物鏡1進(jìn)來(lái)的水平光線(xiàn)，經(jīng)掛在寶石軸承3上的屋脊形反射棱鏡2的反射，通過(guò)物鏡之一的凹透鏡中心孔，經(jīng)由兩個(gè)棱鏡的轉(zhuǎn)折，成象在十字絲面上，5、6為活塞式空氣阻尼器： 5為與補(bǔ)償反射鏡連結(jié)在一起的活塞， 6為與支架連結(jié)在一起的活塞套(汽缸)， 7為
23、補(bǔ)償器的磁力卸載裝置， 8為視準(zhǔn)軸校正螺絲護(hù)蓋， 9為球軸型基座。,（五）阻尼 器補(bǔ)償器 除“液體盒”以外，無(wú)論是吊絲，簧片、軸承等均處在一種擺動(dòng)狀態(tài)，目前較好的補(bǔ)償器能達(dá)到0.10.2的靈敏度。也即儀器稍有傾斜，外界稍有震動(dòng)，補(bǔ)償器就會(huì)擺動(dòng)，而且不易穩(wěn)定下來(lái)。這樣標(biāo)尺(或豎盤(pán))分劃線(xiàn)的影象將抖動(dòng)，若不加以穩(wěn)定就無(wú)法讀數(shù)?，F(xiàn)在使用的穩(wěn)定裝置有兩種，一種是空氣阻尼，另一種是磁力阻尼，前者由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，阻尼效果好，使用普遍?？諝庾枘崞鞯男问接卸喾N，一般采用是活塞式的如圖414。與懸吊系統(tǒng)連結(jié)在一起的為活塞1，與支架連結(jié)成一體的為活塞套(汽缸)2。由于儀器內(nèi)部零件布局上的考慮，也可將汽缸與擺體相連結(jié)。,大地測(cè)量?jī)x器學(xué),
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