精密水准仪的用途及技术参数

1.精密水准仪的基本性能

精密水准仪和一般微倾式水准仪的构造基本相同。但与一般水准仪相比有制造精密、望远镜放大倍率高、水准器分划值小、最小读数准确等特点。因此，它能提供精确水平视线和精确读数，并能准确照准目标，是一种高级水准仪。测量时它和精密水准尺配合使用，可取得高精度测量成果。精密水准仪主要用于国家一、二等水准测量和高等级工程测量，如大型建（构）筑物施工、大型设备安装、建筑物沉降观测等测量中。

普通水准仪（DS3级）的水准管分划值为20″/2mm，望远镜放大倍率不大于30倍，水准尺读数可估读到毫米。进行普通水准测量，每千米往返测高差偶然中误差不大于±3mm。精密水准仪（DS05或DS1级）的水准管有较高的灵敏度，分划值为（8″～10″）/2mm，望远镜放大倍率不小于40倍，照准精度高、亮度大，装有光学测微系统，并配有特制的精密水准尺，可直读0.05～0.1mm，每千米往返测高差偶然中误差为0.5～1.0mm。国产精密水准仪技术参数见表4-1。

表4-1 国产精密水准仪技术参数

2.光学测微器

光学测微器通过扩大了的测微分划尺，可以精读出小于分划值的尾数，改善普通水准仪估读毫米位存在的误差，提高了测量精度。

精密水准仪的测微装置如图4-17所示，它由平行玻璃板、测微分划尺、传动杆和测微螺旋组成，读数指标线刻在一个固定的棱镜上。测微分划尺刻有100个分格，它与水准尺的10mm相对应，即水准尺影像每移动1mm，测微尺则移动10个分格，每个分格为0.1mm，可估读至0.01mm。

图4-17 精密水准仪的测微装置

测微装置工作原理是：平行玻璃板装在物镜前，通过传动齿条与测微尺连接，齿条由测微螺旋控制，转动测微螺旋，齿条前后移动带动玻璃板绕其轴向前后倾斜，测微尺也随之移动。

当平行玻璃板竖直时（与视准轴垂直），如图4-17a所示，水平视线不产生平移，测微尺上的读数为5.00mm；当平行玻璃板向前后倾斜时，根据光的折射原理，视线则上下平移，如图4-17b所示，测微尺有效移动范围为上下各5mm（50个分格）。如测微尺移到10mm处，则视线向下平移5mm；若测微尺移到0mm处，则视线向上平移5mm。

需说明的是，测微尺上的10mm注字，实际真值是5mm，也就是注记数字比真值大1倍，这样就和精密水准尺的注字相一致（精密水准尺的注字比实际长度大1倍），以便于读数和计算。

如图4-17所示，当平行玻璃板竖直时，水准尺上的读数在1.48～1.49之间，此时测微尺上的读数是5mm，而不是0。旋转测微螺旋，则平行玻璃板向前倾斜，视线向下平移，与就近的1.48m分划线重合，此时测微尺的读数为6.54mm，视线平移量为6.54～5.00mm。最后读数为：1.48m+6.54mm-5.00mm=1.48654m-5.00mm。

在上式中，每次读数都应减去一个常数值5mm，但在水准测量计算高差时，因前、后视读数都含这个常数，会互相抵消。所以，在读数、记录和计算过程中都不考虑这个常数。但在进行单向测量读数时，就必须减去这个常数。

图4-18 精密水准尺

3.精密水准尺的构造

图4-18为与DS1精密水准仪配套使用的精密水准尺。该尺全长3m，注字长6m，在木质尺身中间的槽内装有膨胀系数极小的因瓦合金带，故称因瓦尺。带的下端固定，上端用弹簧拉紧，以保证带的平直并且不受尺身长度变化的影响。因瓦合金带分左右两排分划，每排最小分划均为10mm，彼此错开5mm，把两排的分划合在一起使用，便成为左右交替形式的分划，其分划值为5mm。合金带右边从0～5注记米数，左边注记分米数，大三角形标志对准分米分划，小三角形标志对准5cm分划。注记的数字为实际长度的2倍，即水准尺的实际长度等于尺面读数的1/2，所以用此水准尺进行测量作业时，须将观测高差除以2，才是实际高差。

4.精密水准仪的读数方法

精密水准仪与一般微倾式水准仪的构造原理基本相同。因此使用方法也基本相同，只是精密水准仪装有光学测微读数系统，所测量的对象要求精度高，操作要更加准确。图4-19是DS1精密水准仪目镜视场影像，读数程序是：(https://www.xing528.com)

（1）望远镜水准管气泡调到精平，提供高精度的水平视线，调整物镜、目镜，精确照准尺面。

图4-19DS1精密水准仪目镜视场影像

（2）转动测微螺旋，使十字丝的楔形丝精确夹住尺面整分划线，读取该分划线的读数，图中为1.97m。

（3）再从目镜右下方测微尺读数窗内读取测微尺读数，图中为1.50mm（测微尺每分格为0.1mm，每注字格1mm）。

（4）水准尺全部读数为1.97m+1.50mm=1.97150m。

（5）尺面读数是尺面实际高度的一半，应除以2，即1.97150÷2m=0.98575m。

测量作业过程中，可用尺面读数进行运算，在求高差时，再将所得高差值除以2。

图4-20 蔡司Ni004水准仪目镜视场影像

图4-20为蔡司Ni004水准仪目镜视场影像，下面是水准管气泡影像，并刻有读数，测微尺刻在测微鼓上，随测微螺旋转动。该尺刻有100个分格，最小分划值为0.1mm（尺面注字比实长大1倍，所以最小分划实为0.05mm）。

当楔形丝夹住尺面1.92m分划时，测微尺上的读数为34.0（即3.40m），尺面全部读数为1.92m+3.40mm=1.92340m，实际尺面高度为1.92340÷2m=0.96170m。

5.精密水准仪使用要点

（1）水准仪、水准尺要定期检校，以减少仪器本身存在的误差。

（2）仪器安置位置应符合所测工程对象的精度要求，如视线长度、前后视距差、累计视距差和仪器高都应符合观测等级精度的要求，以减少与距离有关的误差。

（3）选择适于观测的外界条件，要考虑强光、光折射、逆光、风力、地表蒸气、雨天和温度等外界因素的影响，以减少观测误差。

（4）仪器应安稳精平，水准尺应利用水准管气泡保持竖直，立尺点（尺垫、观测站点、沉降观测点）要有良好的稳定性，防止点位变化。

（5）观测过程要仔细认真，才能测出精确的成果。

（6）熟练掌握所用仪器的性能、构造和使用方法，了解水准尺尺面分划特点和注字顺序，情况不明时不要作业，以防造成差错。