任务二 水准测量的仪器和工具

水准测量所使用的仪器是水准仪，工具是水准尺和尺垫。

水准仪的种类和型号很多。按其精度分为DS_0.5、DS₁、DS₃和DS₁₀等型号。“D”和“S”分别为“大地测量”和“水准仪”的汉语拼音的第一个字母，其下标数字0.5、1、3和10表示该类仪器的精度，即每千米往、返测高差中数的偶然中误差（毫米数）。数字越小，精度越高。水利工程测量中一般多使用DS₃型水准仪，使用该仪器进行水准测量，每千米往、返测高差中数的偶然中误差为±3mm，可用于一般工程建设测量和国家三等、四等水准测量，是目前工程上使用最普遍的一种。

按水准仪结构分类，目前主要有微倾式水准仪、自动安平水准仪和电子水准仪三种。本任务着重介绍DS₃型微倾式水准仪的基本构造。

一、DS₃型微倾式水准仪

DS₃型微倾式水准仪主要由望远镜、水准器和基座三部分构成。仪器主要部件的名称如图2-3所示。

（一）望远镜

图2-4是DS₃型水准仪望远镜的构造图，它主要由物镜、目镜、调焦透镜和十字丝分划板所组成。物镜和目镜多采用复合透镜组，十字丝分划板上刻有两条互相垂直的长线，竖直的一条称竖丝，横的一条称为中丝，竖丝和中丝分别是为了瞄准目标和读取读数用的。在中丝的上下还对称地刻有两条与中丝平行的短横线，是用来测定距离的，称为视距丝。十字丝分划板是由平板玻璃圆片制成的，平板玻璃片装在分划板座上，分划板座固定在望远镜筒上。

十字丝交点与物镜光心的连线，称为视准轴或视线（图2-4中C-C）。水准测量是在视准轴水平时，用十字丝的中丝截取水准尺上的读数。DS₃型水准仪望远镜的放大率为30倍。

（二）水准器

水准器有管水准器和圆水准器两种。管水准器是用来指示视准轴是否水平的装置；圆水准器是用来指示竖轴是否竖直的装置。

1.管水准器

管水准器又称水准管，是一纵向内壁磨成圆弧形的玻璃管，管内装酒精和乙醚的混合液，加热融封冷却后留有一个气泡（图2-5）。由于气泡较轻，故恒处于管内最高位置。

水准管上一般刻有间隔为2mm的分划线，分划线的中点O，称为水准管零点［图2-5（a）］。通过零点作水准管圆弧的切线LL，称为水准管轴。当水准管的气泡中点与水准管零点重合时，称为气泡居中，这时水准管轴LL处于水平位置。

水准管上2mm圆弧所对的圆心角τ，称为水准管的分划值，图2-6为水准管的分划值示意图，水准管分划愈小，水准管灵敏度愈高，用其整平仪器的精度也愈高。DS₃型水准仪的水准管分划值为20″，记做20″/2mm。

为了提高水准管气泡居中的精度，微倾式水准仪在水准管的上方安装一组复合棱镜，如图2-7所示。通过复合棱镜的反射作用，使气泡两端的像反映在望远镜旁的复合气泡观察窗中。若气泡两端的半像吻合时，就表示气泡居中，如图2-7（a）所示。若气泡两端的半像错开，则表示气泡不居中，如图2-7（b）和（c）所示。这时应转动微倾螺旋，使气泡的半像吻合。

2.圆水准器

如图2-8所示，圆水准器顶面的内壁是球面，其中有圆分划圈，圆圈的中心为水准器的零点。通过零点的球面法线为圆水准器轴线，当圆水准器气泡居中时，该轴线处于竖直位置。当气泡不居中时，气泡中心偏移零点2mm，轴线所倾斜的角值，称为圆水准器的分划值，一般为10′。由于它的精度较低，故只用于仪器的概略整平。

（三）基座

基座的作用是支承仪器的上部并与三脚架连接。它主要由轴座、脚螺旋、底板和三角压板构成。

二、水准尺

水准尺亦称标尺，采用优质木料或铝合金精制而成。尺面漆成黑白（或红白）相间的厘米分划，通常将每分米中的前五个厘米分划连成“E”字形，如图2-9所示；“E”字底边有明显标志表示分米（包括整米）的位置，为了便于扶尺和保证竖直，水准尺侧面装有扶手和圆水准器。

常用的水准尺有塔尺和双面直尺两种。

1.塔尺

多用于等外水准测量，是一种逐节缩小的组合尺，其长度有3m和5m两种，用两节或三节套接在一起。尺的底部为零点，尺面上黑白格相间，每格宽度为1cm，有的为0.5cm，在米和分米处有数字注记。

2.双面水准尺

多用于三、四等水准测量。其长度为3m，且两根尺为一对。尺的两面均有刻划，一面为黑白相间，称黑面尺（也称主尺）；另一面为红白相间，称红面尺（也称辅尺），两面的刻划均为1cm，并在分米处注字。两根尺的黑面尺尺底均从零开始，而红面尺尺底，一根从4.687m开始，另一根从4.787m开始。在视线高度不变的情况下，同一根水准尺的红面和黑面读数之差应等于常数4.687m或4.787m，这个常数称为尺常数，用K来表示，以此可以检核读数是否正确。

三、尺垫

尺垫是在转点处放置水准尺用的，它用生铁铸成，一般为三角形，中央有一突起的半球体，下方有三个支脚，如图2-10所示。用时将支脚牢固地插入土中，以防下沉和移动，上方突起的半球形顶点作为竖立水准尺和标志转点之用。