管水准器的作用及选择原则

管水准器是测量仪器上的精密水准器。管水准器的气泡居中可确保与它紧密相连的仪器精确整平。

1.水准气泡及管水准轴

水准管是用玻璃管制成的，管子的内表面在纵剖面方向研磨成一定半径的圆弧，如图3-12（a）所示。按不同用途，圆弧的半径一般为3～100 m，最大可达200 m。管子研磨后，以一端先行封闭，从另一端注满黏滞小而易流动的液体（酒精或乙醚），经加热使液体膨胀出一部分后，即时将开口融闭。液体冷缩以后，管子内部即形成一个液体蒸汽充满的空间，这个空间称为水准气泡。由于气体较液体轻，所以，不论这个玻璃管是水平还是倾斜的，气泡的中点总会处在水准管内表面圆弧的最高点，过该点所作圆弧的切线便总是水平线。

在图3-12（a）中，水准管圆弧的中点O称为水准管的零点，过零点与圆弧相切的直线LL称为水准管的水准轴，简称管水准轴。水准管外表面每隔2 mm刻有一条分划线，分划线以零点为中点成对称刻线。为了便于观察气泡在中央的移动情况，零点通常不刻出，如图3-12（b）所示。当水准气泡两端所指分划线关于零点对称时，表示气泡中点和水准管零点重合，称为气泡居中。显然，此时水准管的零点处于最高点，即管水准轴LL位于水平位置。

为了保护水准管，一般将它安装在一个长圆形开口的金属管内，并用石膏固结。在金属管的一端装有校正螺钉，校正水准管时，用校正针拨动校正螺钉，可将该端升高或降低，以此确定管水准轴与仪器竖轴相互垂直。

2.水准管的分划值和灵敏度

如图3-12（c）所示，当气泡中点由零点O偏离移动一格（2 mm）时，管水准轴LL对于水平线便倾斜了τ，若水准管玻璃圆弧的半径为R，由图3-12（c）可知：(www.xing528.com)

式中，τ就是水准管的分划值，又称水准管格值；取ρ=206 265″。式中R同样以mm为单位。

由式（3-12）可以看出，水准管分划值τ与圆弧半径R成反比，圆弧半径越大，分划值就越小，仪器整平精度就越高。测量仪器上的水准管分划值一般为4″～120″，最小可到2″（相当于R=206 m）。

已知水准管分划值τ及气泡偏离中央的格数时，就可以计算管水准轴的倾斜角，例如，若τ=20″，气泡偏离2格，则管水准轴倾斜角值为40″。

水准气泡移动至最高点的能力，称为水准器的灵敏度。分划值τ越小，灵敏度越高。此外，灵敏度还与水准管内表面的研磨质量、气泡长度、液体性质和温度等因素有关。灵敏度高的水准器，判断仪器某部分是否水平或竖直的准确度也高，但是要使气泡居中所花费的时间也多。因此，选择何种灵敏度的水准器应与整个仪器的精密度配合一致。