测量员上岗必读：DS3型水准仪构造与使用

（一）DS₃型水准仪基本构造

DS₃型水准仪是水准仪中的一种，我国按其精度指标划分为DS₀₅、DS₁、DS₃、DS₁₀四个等级，D和S分别是“大地测量”和“水准仪”汉语拼音的第一个字母，数字05、1、3、10等指用该类型水准仪进行水准测量时每千米往、返测高差中数的偶然中误差值，分别不超过0.5mm、1mm、3mm、10mm。一般可省略“D”只写“S”，建筑工程测量中常用的是S3型水准仪。

图3-3 尺垫

图3-4为DS₃型水准仪，主要由望远镜、水准器和基座三部分组成。

图3-4 DS₃型水准仪

1—目镜对光螺旋 2—圆水准器 3—微倾螺旋 4—脚螺旋 5—微动螺旋 6—制动螺旋 7—对光螺旋 8—物镜 9—水准管气泡观察窗 10—管水准器

1.望远镜

望远镜是用来瞄准不同距离的水准尺并进行读数的。如图3-5所示，它由物镜、对光透镜、对光螺旋、十字丝分划板以及目镜等组成。

图3-5 望远镜

1—物镜 2—对光透镜 3—对光螺旋 4—固定螺钉 5—十字丝分划板 6—目镜

物镜是由两片以上的透镜组组成，作用是使目标成像在十字丝平面上，形成缩小的实像。旋转对光螺旋，可使不同距离目标的像清晰地位于十字丝分划板上。目镜是由一组复合透镜组成，作用是将物镜所成的实像连同十字丝一起放大成虚像，转动目镜调焦螺旋，可使十字丝影像清晰，称为目镜调焦。

从望远镜内所看到的目标放大虚像的视角β与眼睛直接观察该目标的视角α的比值，称为望远镜的放大率，一般用V表示，即：

V=β/α

DS₃型水准仪望远镜的放大率一般为25～30倍。

十字丝分划板是安装在目镜筒内的一块光学玻璃板，上面刻有两条互相垂直的细线，称为十字丝。竖直的一条称为纵丝，水平的一条称为横丝或中丝，用以瞄准目标和读数用。与横丝平行的上、下两条对称的短线称为视距丝，用以测定距离。上视距丝简称为上丝，下视距丝简称为下丝。

物镜光心与十字丝交点的连线称为望远镜的视准轴，观测时的视线即为视准轴的延长线。

2.水准器

DS₃型水准仪水准器分为管水准器（水准管）和圆水准器（水准盒）两种，它们都是供整平仪器用的。

（1）管水准器（水准管）：水准管是由玻璃圆管制成，上部内壁的纵向按一定半径磨成圆弧。如图3-6所示，管内注满酒精和乙醚的混合液，经过加热、封闭、冷却后，管内形成一个气泡。水准管内表面的中点O为零点，通过零点作圆弧的纵向切线LL称为水准管轴。从零点向两侧每隔2mm刻一个分划，每2mm弧长所对的圆心角称为水准管分划值（或灵敏度）。

式中 τ——水准管分划值；

R——水准管的圆弧半径。

分划值的意义，可理解为当气泡移动2mm时，水准管轴所倾斜的角度，如图3-7所示。

DS₃型水准仪的水准分划值为20″/2mm。

图3-6 水准管

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图3-7 水准管分划值

为了提高精度，在水准管上方都装有棱镜，如图3-8a所示，这样可使水准管气泡两端的半个气泡影像借助棱镜的反射作用转到望远镜旁的水准管气泡观察窗内。当两端的半个气泡影像错开时如图3-8b所示，表示气泡没有居中，这时旋转微倾螺旋可使气泡居中，直至两端的半个气泡影像对齐，如图3-8c所示。这种具有棱镜装置的水准管又称为符合水准管，它能提高气泡居中的精度。

（2）圆水准器（水准盒）：圆水准器是由玻璃制成，呈圆柱状，如图3-9所示，上部的内表面为一个半径为R的圆球面，中央刻有一个小圆圈，它的圆心O是圆水准器的零点，通过零点和球心的连线（O点的法线）LL′，称为圆水准器轴。当气泡居中时，圆水准器轴即处于铅垂位置。圆水准器的分划值一般为5′/2mm～10′/2mm，灵敏度较低，只能用于粗略整平仪器，使水准仪的纵轴大致处于铅垂位置，便于用微倾螺旋使水准管的气泡精确居中。

图3-8 水准管的符合棱镜系统

图3-9 圆水准器

3.基座

基座呈三角形，由轴座、三个脚螺旋和连接板组成。仪器上部通过竖轴插入轴座内，由基座承托。转动脚螺旋调节圆水准器使气泡居中。整个仪器通过连接螺旋与三脚架相连接。

为了控制望远镜在水平方向转动，仪器还装有制动螺旋和微动螺旋。当旋紧制动螺旋时，仪器就固定不动，此时转动微动螺旋，可使望远镜在水平方向做微小的转动，用以精确瞄准目标。

（二）水准仪的使用

1.架设仪器

在架设仪器处，打开三脚架，通过目测，使架头大致水平且高度适中（约在观测者的胸颈部），将仪器从箱中取出，用连接螺旋将水准仪固定在三脚架上。然后，根据圆水准器气泡的位置，上、下推拉，左、右微转三脚架的第三只腿，使圆水准器的气泡尽可能位于靠近中心圈的位置，在不改变架头高度的情况下，放稳三脚架的第三只腿。

2.粗平

调节仪器脚螺旋使圆水准气泡居中，以达到水准仪的竖轴近似垂直，视线大致水平。具体做法是：如图3-10a所示，设气泡偏离中心于a处时，可以先选择一对脚螺旋①、②，用双手以相对方向转动两个脚螺旋，使气泡移至两脚螺旋连线的中间b处，如图3-10b所示；然后，再转动脚螺旋③使气泡居中，如图3-10b所示。如此反复进行，直至气泡严格居中。在整平中气泡移动方向始终与左手大拇指（或右手食指）转动脚螺旋的方向一致。

3.瞄准

仪器粗略整平后，即用望远镜瞄准水准尺。其操作步骤如下：

（1）目镜对光：将望远镜对向较明亮处，转动目镜对光螺旋，使十字丝调至最为清晰为止。

（2）初步照准：放松照准部的制动螺旋，利用望远镜上部的照门和准星，对准水准尺，然后拧紧制动螺旋。

（3）物镜对光和精确瞄准：先转动物镜对光螺旋使尺像清晰，然后转动微动螺旋使尺像位于视场中央。

图3-10 圆水准器整平方法

（4）消除视差：物镜对光后，眼睛在目镜端上、下微微地移动，因为十字丝和水准尺的像有相互移动的现象，这种现象称为视差。视差产生的原因是水准尺没有成像在十字丝平面上，如图3-11所示。视差的存在会影响观测读数的正确性，必须加以消除。消除视差的方法是先进行目镜调焦，使十字丝清晰，然后转动对光螺旋进行物镜对光，使水准尺像清晰。

4.精平

精平是在读数前转动微倾螺旋使气泡居中，从而得到精确的水平视线。转动微倾螺旋时速度应缓慢，直至气泡稳定不动而又居中时为止。必须注意：当望远镜转到另一方向观测时，气泡不一定居中，应重新精平，符合气泡居中后才能读数。

5.读数

图3-11 视差产生原因

当气泡居中后，立即用十字丝横丝在水准尺上读数。读数前要认清水准尺的注记特征。望远镜中看到的水准尺是倒像时，读数应自上而下，从小到大读取，直接读取m、dm、cm、mm（为估读数）四位数字，如图3-12所示读数分别为1.272m、5.958m、2.539m。读数后要立即检查气泡是否仍符合居中，否则，重新符合居中后读数。