水平仪校准中常见问题解析

张红岩

摘要：本文通过对水平仪和合像水平仪的基本结构及工作原理个人理解，介绍了水平仪及合像水平仪常见的调修技巧，并对调修中的几种特殊情况进行了探讨。

关键词：水准器；水平仪；合像水平仪；调修

TH761

ABSTRACT：This paper， on the basis of personal comprehension about basic structure and operating principle of level instrument and fusion level instrument，introducing some common adjustment and repair technique，and give a further discussion in several particular cases。

Key words:level tube；level instrument；fusion level instrument；adjustment and Repair。

水平仪在运输、放置、震动、温度、磨损以及黏胶老化等因素都会造成水平仪零位不准确，因而在使用前应进行水平仪零位示值误差正确性检查。在实验室校准的过程中，也是先检查零位正确性，再进行下一步校准工作。

水平仪检定器的分度值误差是用立式光学计、四等量块进行校准的。 校准时， 光学计的球面测帽与工作台之间放置一个三珠工作台， 三珠工作台的中心在光学计测量轴线上， 然后在其上放置2 mm的量块。 先使水平仪检定器的示值处于0 位，然后调整光学计 使其示值处在-50分度位置上， 读取a0读数，然后依次改变水平仪检定器10个分度，在光学计上分别读取读数a1，a2，a3，….an， 每当检定100个分度后， 将量块进行一次调换， 调换的顺序分别为2.0 mm， 1.9 mm ，1.8mm。分度值的校准， 需要在正 、反两行程进行。反行程读数为bn，bn-1，bn-2.....b0。 各受检点的校准结果均以正 反两行程上的读数平均值 Ni来确定。 即N = a+ b /2。 其中ai 为正行程的读数，bi为反行程的读数。

一、水准器的定度问题：

在调校水平仪中，每个水准器的外观及构造基本相同，但其分度值却不同，那么水准器究竟是如何定度的呢？首先，每个水准器的刻度间隔均为2mm，其分度值的大小主要取决于玻璃管内表面的球面半径大小，设定其球面半径为R，分度值为C，刻度间隔为K，则有：

二、水平仪的调修问题：

1、水平仪原理及用途：水平仪是利用页面水平的原理，以水准泡直接显示角位移。主要用于测量相对水平和铅垂位置微小倾斜角度的一种通用角度测量仪器。

2、水平仪的基本构造：水平仪一般由基体，水准器托架，水准器，连接螺钉和两个螺母所组成。

3、基本技术要求：

（1）各平面和V型面的平面度不超过（3～5）μm，中间不允许凸。⑵水准器牢固地粘接在托架上并且水泡的圆弧顶点位于刻线的中心线上。⑶水准器轴与水平面的夹角为零，与铅垂面的夹角也为90度。⑷水平仪底V型面轴线与水准器轴在空间为两条相互平行的直线。框式水平仪侧V型面轴线与水准器轴在空间为两条相互垂直的直线。解释：V型面轴线---将水平仪放在合适的心轴上，心轴的轴线就是V型面轴线，水准器轴与水准器球面顶点相切的一条直线。

4、水平仪的调修技巧：

（1）常见的零位调整机构及调修：

①上下螺母型，这种结构非常普遍，调整时应按照调整方向先松后紧，一般应选择下螺母为调整螺母，上螺母为定位螺母，调整螺母的固紧力要适中，下螺母有上紧力时，再轻推两次为宜，并且要将水泡调过一格左右的修正量。若水泡仍不到位，应先松上螺母，再紧下螺母，否则，会导致两个结果：下螺母过紧会导致螺母上的调整小孔撕裂，无法用专用扳手调整零位；弹性变形较大导致零位不确定。 ②凸轮结构的调整机构：一般为上海水平仪厂生产的水平仪，使用内六方扳手来调整，一侧是转动水准器的位置，使水泡顶点位于刻线中点上，另一侧是调整零位的凸轮机构，这种结构没有固紧力，水泡零位变化不大，因此，将水泡调到预定位置即可。

③弹簧结构型调整机构：弹簧在调整螺母上方的结构，弹簧在下方的不用打开，调整上面的一字螺钉，这种结构一般在条式水平仪上采用（2）底V型面零位及水准器轴与V型面轴线平行度的调整：

①底平面零位合格的情况下，底V型面零位超差，无法调整，必须研磨V型面使其合格。②將被检水平仪置于标准心轴上，调整机构在右手方向并使水平仪横向水泡居中，调整零位检具脚螺旋使长水泡大致居中，向外摆动水平仪5度左右，若水泡向左手方向移动，则应调整水准器托架的两个螺钉，前松后紧。若水泡向右手方向移动，前紧后松。此项调整完成后必须重新调整底平面零位。

5、几种特殊情况的处理：

室内外温差较大时等温时间要够，否则，热胀冷缩效应会导致零位失稳。零位调整时重复性较差，应考虑水准器是否粘接不牢或脱落，若粘接不牢可用502胶，10分钟后可以进行零位调整，若水泡脱落可用AB胶，粘接前粘接面要清除干净，并保证水泡的圆弧顶点在刻线的中点上，放置24小时后才能进行零位调整。零位不断变化不稳定，此时应在水平仪示值检定仪上检定其示值，若不合格应更换水准器，若其示值合格，则应考虑更换调整丝杠和螺母，因为调整时用力过大会导致螺纹变形或损坏。

三、合像水平仪的工作原理

合像水平仪的出现是为了提高测角精度，它的工作原理是，利用一组屋脊棱镜将水准器两端的水泡成像于一个分界面上，当水准器感知到被测面不水平时，水泡处于不符合状态，转动测微手轮，使水泡符合，此时，测微手轮上的读数即为被测面偏离水平面的误差，用弧度来表示，mm/m。

四、合像水平仪的调修

1、底平面零位误差的调整：转动测微手轮，把其侧面示值粗分机构的指标线放在中间位置，细分机构指标线对准零刻度位置，将合像水平仪置于零位检具上，调整脚螺旋使水泡符合，将合像水平仪调转180度放回原位，调整测微手轮使水泡符合，其读数值的一半即为合像水平仪的零位误差，超过1/4格需要调整。把测微手轮扭回读数值的一半，调整脚螺旋使水泡符合，松开测微手轮下方的三个固紧螺钉，转动测微盘至零刻线位置，若水泡符合，则固紧三个螺钉，若水泡不符合，转动测微手轮使其符合再固紧三个螺钉。然后再检定底平面零位误差，直至合格为止。

2、 底V型面零位误差的调整：底平面零位合格的情况下，底V型面零位超差，无法调整，必须研磨V型面使其合格。

3、水准器轴与底V型面轴线的平行度调整：将被检水平仪置于标准心轴上，测微手轮在右手方向并使水平仪测微手轮处于大致铅垂，调整零位检具脚螺旋使水泡符合，向外摆动水平仪5度左右，若水泡向左手方向移动，则应调整水准器托架左侧的两个螺钉，前松后紧，调整前应先松开水准器固定架上方的固紧螺钉。若水泡向右手方向移动，前紧后松。此项调整完成后必须重新调整底平面零位。

4、示值超差的调整：丝杠局部磨损严重，需要更换丝杠。放大比不正确，需要打开仪器调整支撑点的位置，松开固紧螺钉，微量移动滑块使放大比增大或缩小。

5、符合水泡形状偏差的调整：水泡符合时不是半圆弧状，产生原因：两块屋脊棱镜的成像面中心线与两端水泡中心连线不重合所造成。下掉符合水泡盖板，松开两块屋脊棱镜挡板上的两个螺钉和两侧压板上的两个螺钉，横向移动屋脊棱镜，直至符合水泡呈半圆弧状。

6、符合水泡像的半圆弧顶点不在园放大镜中心：

该故障产生的主要原因是水准器水泡长度或长或短造成的，需要更换水准器来解决这个问题。

7、粗刻度指示位置不正确的调整：出现此故障时，应调整支撑点上方的两个可调螺母，直至满足要求。

参考文献：

［1］JJF1084-2002，框式水平仪和条式水平仪校准规范［S］，北京：中国计量出版社，2002.

［2］闫博，康文杰，王担.水平仪下V形工作面偏斜误差的调整方法［J］.宁夏机械，2009，第1期，34～36.

［3］龚云涛.框式、条式水平仪分度值误差的校准方法探讨［J］.中国计量，2009，第10期，89～91.

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