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。望遠鏡1和水準(zhǔn)管2連成一體，轉(zhuǎn)動微傾螺旋4可使望遠鏡相對于支架3作上、下微傾，當(dāng)水準(zhǔn)管氣泡居中時，望遠鏡視準(zhǔn)線呈水平，便可對水準(zhǔn)標(biāo)尺進行讀數(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)，利用補償器自動獲取視線水平時對水準(zhǔn)標(biāo)尺進行讀數(shù)的水準(zhǔn)儀。它用自動安平補償器代替管狀水準(zhǔn)器，在儀器微傾時，補償器受重力作用而相對于望遠鏡筒移動，使視線水平時標(biāo)尺上的正確讀數(shù)通過補償器后仍落在水平十字絲上。自動安平的補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償器或在常規(guī)水準(zhǔn)儀的物鏡前安裝單獨的補償附件等途徑實現(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)果計算機處理等特點，很快得到廣泛的應(yīng)用。

目前電子水準(zhǔn)儀的望遠鏡照準(zhǔn)水準(zhǔn)標(biāo)尺和調(diào)焦仍需目視進行。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鏡分劃板上，供目視觀測，另一方面通過望遠鏡的分光鏡，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.