建筑工程测量
水准测量仪器与工具
一、水准测量的仪器和工具及其使用
水准测量使用的仪器为水准仪，工具为水准尺和尺垫。
水准仪按其精度分为DS
0.5
、
DS
1、DS
3
和DS
10
等几种等级。
代号中的“D”和“S”是“大地”和“水准仪”的汉语拼音
的第一个字母，其下标数值意义为：仪器本身每公里往返测高差中数能达到的精度，以毫米计。
工程测量一般使用DS
3级水准仪。
如图2-2所示，为DS
3
型微倾式水准仪视图，它主
要由远望镜、水准器和基座三个基本部分组成。
1.望远镜
水准仪的望远镜是用来瞄准水准尺并读数的，主要由物镜、目镜、对光螺旋和十字丝分划板组成。
如图2-3所示，为DS
3
型微倾式水准仪内对光式倒像望远镜构造略图。
图2-4是望远镜成像原理，其中物镜的作用是使远处的目标在望远镜的焦距内形成一个倒立的缩小的实像。
当目标处在不同距离时，可调节对光螺旋，带动凹透镜使成像落在十字丝分划板上，这时，十字丝和物像同时被目镜放为虚像，以便观测者利用十字丝来瞄准目标。
当十字丝的交点瞄准到目标上某一点时，该目标点即在十字丝交点与物镜光心的连线上，这条线称为视准轴，也称为视线。
十字丝分划板是用刻有纵贯十字丝的平面玻璃制成，装在十字丝环上，再用固定螺丝固定在望远镜筒内，如图2-5所示。
2.水准器
水准器用来指示仪器视线是否水平或竖轴是否竖直。
有管水准器和圆水准器两种。
（1）管水准器（水准管）
水准管是一个封闭的玻璃管，管的内壁在纵向磨成圆弧形，内盛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（图2-6）。
水准管内表面的中点0称为零点，通过零点作圆弧的纵向切线LL 称为水准管轴。
当气泡中心点与零点重合时，称为气泡居中，此时水准管轴水平。
自零点向两侧每隔2mm 刻一个分划，每2mm 弧长所对的圆心角称为水准管分划值：
R
'
'2ρτ=
图2-3 望远镜构造略图
图2-4 望远镜成像原理 图2-5 十字丝板装置
5
20626''
=
ρ
（
2-4）分划值的实际意义，可以理解为当气泡移动2mm 时，水准管轴所倾斜的角度，如图2-7所示。
水准管分划值的大小反映了仪器置平精度的高低。
由公式（2-4）说明R越大，τ值越小，则水准管灵敏度越高，用它来整平仪器就越精确。
DS3型水准仪的水准分划值为却20〞/2 mm。
为了提高目估水准管气泡居中的精度，在水准管上方都装有符合棱镜，如图2-8a）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2-8b）表示气泡没有居中，这时旋转微倾螺旋可使气泡居中，气泡居中后则两端的半个气泡影像将对齐如图2-8c）所示，这种水准管上不需要刻分划线。
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。
图2-6 水准管
图2-7 水准管分划值
a）b）c）
图2-8 水准管的符合棱镜系统
（2）圆水准器（水准盒）
圆水准器是由玻璃制成呈圆柱状，如图2-9所示。
里面同样装有酒精和乙醚的混合液，其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）L′L′，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′-10′）/2mm，灵敏度较低，只能用于粗略整平仪器，使水准仪的纵轴大至处于铅垂位置，便于用微倾螺旋使水准管的气泡精确居中。
3.基座
基座的作用是用来支撑仪器的上部，并通过架头连接螺旋将仪器与三脚架连接。
基座上有三个可以升降的脚螺旋，转动脚螺旋可以使圆水准器的气泡居中，将仪器粗略整平。
4.技术参数
各等级水准仪的基本结构大致相同，但是，对仪器的技术参数要求是不相同的，等级愈高，要求愈严格。
表2-1中列出了不同等级水准仪的主要参数，以供参考。
图2-9 水准盒
水准仪系列主要技术参数表2-1
二、水准尺和尺垫
1.水准尺的分类
水准尺由干燥的优质木材、玻璃钢或铝合金等材料制成。
水准尺有双面尺和塔尺两种，如图2-10a）、b）所示。
塔尺一般用在等外水准测量，其长度有2m和5m两种，可以伸缩，尺面分划为1cm 和0.5cm两种，每分米处注有数字，每米处也注有数字或以红黑点表示数，尺底为零。
双面水准尺，如图2-10a）所示，多用于三、四等水准测量，其长度为3m，为不能伸缩和折叠的板尺，且两根尺为一对，尺的两面均有刻划，尺的正面是黑色注记，反面为红色注记，故又称红黑面尺。
黑面的底部都从零开始，而红面的底部一般是一根为4.687m，另一根为4.787m。
图2-10 水准尺、塔尺图2-11 尺垫
2. 尺垫
尺垫为一个三角形的铸铁（也有用较厚铁皮制作的），上部中央有一突起的半球体，如图2-11所示，为保证在水准测量过程中转点的高程不变，将水准尺放在半球体的顶端。