水準(zhǔn)儀常見故障分析及排除

于愛水

摘 要：水準(zhǔn)儀是借助儀器的水平視準(zhǔn)線作為基礎(chǔ)，進(jìn)行高差測量的的光學(xué)儀器。它廣泛用于工程測量、大地水準(zhǔn)測量、地震形變測量、各種工程水準(zhǔn)測量與大型精密精密機(jī)械安裝領(lǐng)域中。當(dāng)水準(zhǔn)儀受到?jīng)_撞、震動、保管不慎或頻繁使用時會導(dǎo)致出現(xiàn)許多故障，因此探討快速檢修及日常保養(yǎng)的方法是非常必要的。

關(guān)鍵詞：水準(zhǔn)儀 i角誤差 水準(zhǔn)器 測微器

Abstract：Level of collimation is level with the aid of instruments as a foundation. It is widely used in engineering surveying， geodetic levelling， earthquake deformation measurement， all kinds of engineering and large precise leveling precision machinery installation field. When the level is careless collision， vibration， custody， or frequent use will cause many problems， so the study of the method of fast repair and daily maintenance is very necessary.

Keyword：level；；standard；Micro-distance；measuring device

一、水準(zhǔn)儀

1.1水準(zhǔn)儀是借助儀器的水平視準(zhǔn)線作為基礎(chǔ)，進(jìn)行高差測量的的光學(xué)儀器。其測量原理是：利用水準(zhǔn)儀（level）提供的水平視線（horizontal sight），讀取豎立于兩個點(diǎn)上的水準(zhǔn)尺（leveling staff）上的讀數(shù)，來測定兩點(diǎn)間的高差，再根據(jù)已知點(diǎn)高程計(jì)算待定點(diǎn)高程（如圖1）。

1.2水準(zhǔn)儀測量方法

1.2.1安置水準(zhǔn)儀

打開三腳架并使高度適中，目估使架頭大致水平，檢查腳架腿是否安置穩(wěn)固，腳架伸縮螺旋是否擰緊，然后打開儀器箱取出水準(zhǔn)儀，置于三腳架頭上用連接螺旋將儀器牢固地固連在三腳架頭上。

1.2.2粗略整平

粗平是借助圓水準(zhǔn)器的氣泡居中，使儀器豎軸大致鉛垂，從而視準(zhǔn)軸粗略水平。在整平的過程中，氣泡的移動方向與左手大拇指運(yùn)動的方向—致。

1.2.3瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺

首先進(jìn)行目鏡對光，即把望遠(yuǎn)鏡對著明亮的背景，轉(zhuǎn)動目鏡對光螺旋，使十字絲清晰。再松開制動螺旋，轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡，用望遠(yuǎn)鏡筒上的照門和準(zhǔn)星瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，擰緊制動螺旋。然后從望遠(yuǎn)鏡中觀察；轉(zhuǎn)動物鏡對光螺旋進(jìn)行對光，使目標(biāo)清晰，再轉(zhuǎn)動微動螺旋，使豎絲對準(zhǔn)水準(zhǔn)尺。當(dāng)眼睛在目鏡端上下微微移動時，若發(fā)現(xiàn)十字絲與目標(biāo)影像有相對運(yùn)動，這種現(xiàn)象稱為視差。產(chǎn)生視差的原因是目標(biāo)成像的平面和十字絲平面不重合。由于視差的存在會

影響到讀數(shù)的正確性，必須加以消除。消除的方法是重新仔細(xì)地進(jìn)行物鏡對光，直到眼睛上下移動，讀數(shù)不變?yōu)橹?。此時，從目鏡端見到十字絲與目標(biāo)的像都十分清晰。

1.2.4精平與讀數(shù)

眼睛通過位于目鏡左方的符合氣泡觀察窗看水準(zhǔn)管氣泡，右手轉(zhuǎn)動微傾螺旋，使氣泡兩端的像吻合，即表示水準(zhǔn)儀的視準(zhǔn)軸已精確水平。這時，即可用十字絲的中絲在尺上讀數(shù)?，F(xiàn)在的水準(zhǔn)儀多采用倒像望遠(yuǎn)鏡，因此讀數(shù)時應(yīng)從小往大，即從上往下讀。先估讀毫米數(shù)，然后報出全部讀數(shù)。精平和讀數(shù)雖是兩項(xiàng)不同的操作步驟，但在水準(zhǔn)測量的實(shí)施過程中，卻把兩項(xiàng)操作視為一個整體；即精平后再讀數(shù)，讀數(shù)后還要檢查管水準(zhǔn)氣泡是否完全符合。只有這樣，才能取得準(zhǔn)確的讀數(shù)。

1.3水準(zhǔn)儀的構(gòu)造（如圖2）

構(gòu)成水準(zhǔn)儀的主要部件有：望遠(yuǎn)鏡管、水準(zhǔn)器（或補(bǔ)償器）、垂直軸、基座、腳螺旋等，按結(jié)構(gòu)分為微傾水準(zhǔn)儀、自動安平水準(zhǔn)儀、激光水準(zhǔn)儀和數(shù)字水準(zhǔn)儀（又稱電子水準(zhǔn)儀）；按精度分為精密水準(zhǔn)儀和普通水準(zhǔn)儀。它廣泛用于工程測量、大地水準(zhǔn)測量、地震形變測量、各種工程水準(zhǔn)測量與大型精密精密機(jī)械安裝領(lǐng)域中。儀器在出廠時，都按《部頒標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，進(jìn)行零部件及整體檢驗(yàn)，保證儀器精度。由于水準(zhǔn)儀使用環(huán)境較室內(nèi)條件相差較多，計(jì)量性能很容易發(fā)生變化，而按照檢定規(guī)程要求，檢定周期一般為一年，因此在送檢到計(jì)量部門要求檢定的水準(zhǔn)儀在檢定過程中一般都需要簡單的調(diào)修，才能保證水準(zhǔn)儀所有的計(jì)量，性能都能符合規(guī)程的要求。

二、水準(zhǔn)儀的故障修理

水準(zhǔn)儀在進(jìn)行檢定前必須對故障進(jìn)行修理，才可以進(jìn)行檢定。這樣對檢定人員來說，掌握水準(zhǔn)儀的故障修理技術(shù)是非常必要的。

2.1機(jī)械轉(zhuǎn)動部分

首先，基座的三個腳螺旋松緊合適，無晃動、卡死等現(xiàn)象。

其次，豎軸轉(zhuǎn)動均勻、靈活，制微動機(jī)構(gòu)應(yīng)可靠無卡滯、松動和影響操作的現(xiàn)象，調(diào)焦手輪轉(zhuǎn)動應(yīng)舒適，調(diào)節(jié)目鏡轉(zhuǎn)動無干澀、晃動等現(xiàn)象。若有上述缺陷，可通過調(diào)整、清晰、上油、更換零件等方法處理。

2.2圓水準(zhǔn)器軸與豎軸不平行

將儀器固定在三腳架上，調(diào)整腳螺旋，使水泡位于分化圈中央（調(diào)整時，若水泡出現(xiàn)停滯、跳動現(xiàn)象，則應(yīng)更換水泡）。然后將望遠(yuǎn)鏡繞豎軸旋轉(zhuǎn)180°，然后觀察水泡是否居中，如不居中須調(diào)整，用腳螺旋調(diào)整偏差量的一半，通過調(diào)整圓水準(zhǔn)器上的校正螺絲，調(diào)整氣泡偏差量的一半。反復(fù)幾次，直至望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)至任意位置水泡均在分劃圈的中央。要注意的是：調(diào)整水泡時，一定要把握其移動的方向，這樣才能又快又準(zhǔn)確。

2.3微動螺旋空轉(zhuǎn)

在接近目標(biāo)時微動螺旋不能起到微調(diào)作用，此時要檢查微動螺旋和儀器軸是否摔壞變形，如果微動螺旋和軸摔壞變形則須更換配件即可，如果不是上述原因，則須調(diào)整微動螺旋上的緊固螺絲或水準(zhǔn)器軸與底座的緊固螺絲。

要注意的是：緊固螺絲的調(diào)整力度要合適。

2.4十字絲橫絲不水平

儀器整平后，用橫絲瞄準(zhǔn)墻上一固定點(diǎn)，轉(zhuǎn)動水平微動螺旋，觀察該點(diǎn)是否離開橫絲，如果離開表示橫絲不水平，需要校正；若果點(diǎn)始終在橫絲上移動，則表示橫絲水平。檢驗(yàn)時，也可用掛垂球的方法：垂球線要細(xì)不能晃動。由于十字絲裝置的形式不同，校正方法也有所不同，可用螺絲刀松開十字絲環(huán)的校正螺絲，撥正十字絲環(huán)?；蛐枰断履跨R處的外罩，用螺絲刀松開四個十字絲的固定螺絲，然后撥正十字絲環(huán)。最后再旋緊校正螺絲，此項(xiàng)檢校也須反復(fù)進(jìn)行，直到條件滿足為止。

2.5光學(xué)成像部分

2.5.1光學(xué)零件表面應(yīng)無明顯的或影響使用的水汽、霉斑、灰塵、油跡等缺陷。若有上述缺陷，可用酒精和乙醚的混合液來擦拭清洗。

2.5.2如分劃板、測微尺、水準(zhǔn)器成像不清?？赏ㄟ^調(diào)整、防護(hù)、更換零件等方法處理。

2.5.3儀器在使用中由于經(jīng)常搬動和受到外部撞擊，物鏡位置和調(diào)焦手輪與齒條位置發(fā)生變化，導(dǎo)致看不清目標(biāo)，此時可用螺絲刀松開固定物鏡或調(diào)焦手輪上的螺絲，將儀器對準(zhǔn)光管并使光管處于無窮遠(yuǎn)位置，然后將儀器調(diào)整到最清晰狀態(tài)即可。

3、i角校正

3.1將儀器安置在腳架上，并放在相距約60-80米遠(yuǎn)的兩根線桿或兩墻之間。儀器安放的中間位置要用鋼尺量取。

3.2轉(zhuǎn)動三腳螺旋時圓氣泡居中，精確整平儀器。

3.3將兩根相同的標(biāo)尺固定在兩根線桿或兩面墻上，依次用水平視線瞄準(zhǔn)這兩個根標(biāo)尺，為此可使用標(biāo)尺上同一讀數(shù)注記分化?？梢陨舷乱苿訕?biāo)尺，使儀器對準(zhǔn)標(biāo)尺上相同的部位或數(shù)字。

3.4移動儀器，使測站離開其中一個標(biāo)尺距離為3-5米，轉(zhuǎn)動腳螺旋使氣泡居中。

3.5用水平視線照準(zhǔn)這兩根標(biāo)尺，并讀取標(biāo)尺的讀數(shù)。如果兩根標(biāo)尺上的讀數(shù)一致，那么不需要校正儀器。如果讀數(shù)不同，則須按下述方法校正。首先將儀器照準(zhǔn)較遠(yuǎn)的標(biāo)尺，根據(jù)需要上下移動水平橫絲，直到該橫絲在遠(yuǎn)尺上的讀數(shù)與近尺上的讀數(shù)相同為止，移動水平橫絲可用校正針。先松開橫絲待移動方向的一邊的校正螺絲，然后旋緊另一邊的校正螺絲，且轉(zhuǎn)動量相同，校正時校正螺絲不可松開太多，只能盡可能松開少一些，要使螺絲受力狀況保持不變，螺絲轉(zhuǎn)動量應(yīng)保持等量的原則逆時針旋轉(zhuǎn)為松開，順時針旋轉(zhuǎn)為旋緊。當(dāng)校正結(jié)束后，用上述方法再檢查一遍儀器，如果還不正確，則重新校正。

4、自動補(bǔ)償器

首先聽其聲音是否清脆、正常，觀察補(bǔ)償機(jī)構(gòu)有無卡死或損壞現(xiàn)象，然后檢驗(yàn)補(bǔ)償誤差是否超限。

4.1 補(bǔ)償范圍的調(diào)校

將儀器放于校正臺上，將儀器整平，在儀器補(bǔ)償范圍內(nèi)，傾斜儀器（即使儀器前高后低或后高前低），此時若儀器分劃板十字絲高于或低于標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)十字絲，說明該儀器的補(bǔ)償范圍超差需要調(diào)整，將儀器上蓋打開取出補(bǔ)償器，調(diào)整補(bǔ)償器正下方兩懸垂的長螺釘來校正，直至調(diào)整到允許范圍之內(nèi)。

4.2 補(bǔ)償器交叉誤差的調(diào)校

同樣的方法按4.1中所述方法檢查補(bǔ)償器交叉誤差，可通過調(diào)整補(bǔ)償器左右兩邊偏上出的兩顆小螺釘來校正，直至調(diào)整到允許范圍之內(nèi)。

如果補(bǔ)償器的吊絲拉長或阻尼盒的間隙發(fā)生變化導(dǎo)致補(bǔ)償器不補(bǔ)償或超差，可調(diào)整補(bǔ)償器四根吊絲的長短或阻尼盒的間隙來消除誤差，若果不能排除故障可更換整個補(bǔ)償器。

參考文獻(xiàn)

[1]丁一波.水準(zhǔn)儀交叉誤差檢測法原理的探討及及檢測分劃板.

[2]JJG 425-2003 水準(zhǔn)儀檢定規(guī)程.