6.2. Прилад для вимірювання кутів

Найбільш досконалим приладом для вимірювання горизонтальних і вертикальних кутів на місцевості є теодоліт (від грецького áo - розглядаю і δολιός - довгий ), принципову схему якого показано на рис. 6.2. Основними частинами приладу є горизонтальний 9 та вертикальний 5 кутомірні круги і зорова труба 6.

Кутомірні круги мають рівномірну градусну шкалу, яку називають лімбом (від лат. limbus – облямівка). Шкала виконана радіальними штрихами з позначенням градусних поділок за годинниковою стрілкою на горизонтальних кругах та за і проти годинникової стрілки на вертикальних кругах (в більшості приладів).

Довжина дуги лімба між двома сусідніми штрихами є поділкою лімба. Ціна поділки лімба – це різниця значень двох сусідніх штрихів.

Кутомірні круги мають співвісні з ними алідади (від араб.al-idada - лінійка) 8 і 3 з відліковими пристроями.

На алідаді горизонтального круга закріплені дві підставки (колонки) 2, між якими розміщена зорова труба разом з вертикальним кругом. На обох алідадах закріплені циліндричні рівні 7 і 4.

Складовою теодоліта є підставка 10 з трьома підйомними гвинтами 1.

Рис. 6.2. Принципова схема теодоліта (вид спереду та збоку)

Зорова труба теодоліта служить для збільшення зображення предметів, розташованих на відстані. Частиною труби є візир (від нім. Visier – приціл) – пристосування для попереднього наведення її на предмет, або візування. Складовими частинами труби є об'єктив і окуляр. В сучасних приладах застосовано внутріш­нє фокусування, завдяки чому труба герметична і в процесі фо­кусування не змінює своєї довжини. На рис. 6.3 наведено оптичну схему такої труби. Відстань між додатною лінзою L₁ і від'ємною L₂ менша фокусної відстані f₁ додатної лінзи, тому система еквівалентна умовній додатній лінзі L, фокусна відстань f якої більша за довжину зорової труби. Промінь m, який зазнав заломлення в лінзах L₁ і L₂, потрапляє в точку F_1, що лежить у фокальній площині окуляра L₃, яка збігається із задньою фокальною площиною еквівалентної лінзи. Лінзу L₃, називають фокусуючою.

Рис. 6.3. Схема зорової труби теодоліта з внутрішнім фокусуванням (а) та сітка ниток теодоліта Т30 (б)

У поле зору труби подається зображення сітки ниток (рис. 6.3, б). Основні штрихи (лінії) сітки 1 слугують для визначення положення труби у горизонтальній та вертикальній площинах. Основні штрихи перетинаються під прямим кутом у точці перехрестя 2. Через перехрестя і оптичний центр об’єктива труби проходить візірна вісь, а її уявне продовження до точки (цілі) спостереження називають лінією візування.. Система двох вертикальних штрихів 3 (бісектор) дає можливість провести візування на ціль точніше, ніж за однією лінією. За віддалемірними штрихами 4 визначають довжини лінії від точки стояння приладу (проекції вертикальної осі ZZ′ ) до точки спостереження (на ній встановлено рейку, за поділками якої беруть потрібні відліки).

Настроювання зорової труби для спосте­режень, тобто її фокусування, виконують «за оком» обертанням окулярного кільця 10 (див рис. 6.8) до отримання чіткого зображення сітки ниток і «за предметом» зміною положення фокусуючої лінзи за допомогою кремальєри 8 (механізму для плавного переміщення рухомих частин зорової труби) до отримання чіткого зображення об'єктів спостережень. Розташування кремальєри залежить від конструкції приладу, наприклад у теодоліта Т5 це ребристе кільце на зоровій трубі, а у теодолітів Т5К, ТЗО та ін. гвинт кремальєри через порожнисту горизонтальну вісь приладу виведений на колонку.

Труба дає пряме або обернене зображення. Вона може обертатися як в горизонтальній площині навколо прямовисної осі ZZ′, так й у прямовисній площині навколо горизонтальної осі НН′. Прямовисну площину, створену обертанням візірної осі труби навколо горизонтальної осі, називають колімаційною (від лат. collineo - націлююсь), тому що в цій площині відбувається "націлення" труби на предмет спостереження. Навколо осі ZZ′ обертається і прилад в цілому (див. рис. 6.2.).

Під час обертання зорової труби навколо осі НН′ вертикальний круг може знаходиться справа від труби (це положення „круг право”, яке позначають КП або П) та зліва (положення „круг ліво” або КЛ чи Л).

Відлікові пристрої призначені для отримання за шкалою лімба потрібних кутових значень, відліків, за якими можна встановити величину кутів між обраними напрямками.

Відліком є величина дуги лімба від нульового штриха до індексу відлікового пристою, що доторкається до лімба або проектується на нього. Загалом відліковий індекс займає положення між штрихами лімба, один з яких називають молодшим, другий – старшим. Відлік а по лімбу складається із суми n цілих поділок лімба  від початку шкали до молодшого штриха та частини поділки  між молодшим штрихом і відліковим індексом, тобто

а = n  +  .

Сучасні відлікові пристрої бувають переважно двох типів. Штриховий мікроскоп – це оптичний пристрій, у полі зору якого (рис. 6.4, а) видно відліковий штрих (індекс) і; відносно нього переміщуються зображення поділок лімбів горизонтального (Г) і вертикального (В) кругів. Ціна поділки лімба 10′, десяті частки поділки оцінюються „на око”. На рис. 6.4,а , де наведено поле зору мікроскопа теодоліта ТЗО, відліки становлять: по горизонтальному кругу 42°53′, по вертикальному - 359°04′. Шкаловий мікроскоп має у полі зору відлікову шкалу, відносно якої переміщуються поділки лімбів. За відліковий індекс править будь-який градусний штрих лімба, що лежить у межах відлікової шкали. На рис. 6.4, б зображено поле зору мікроскопа теодоліта 2Т5К, ціна поділки його шкали ш становить 1′, частки поділки оцінюють „на око” з точністю 0,1′, відлік по кругу Г дорівнює 62°,47,5′, а по кругу В - 181°05,1′.

Рис. 6.4. Поле зору штрихового (а) та шкалового (б) мікроскопів.

Рівні служать для встановлен­ня теодоліта (або окремих його частин) у правильне положення відносно горизонтальної площи­ни. Вони бувають циліндричні (рис. 6.5,а) та круглі (рис. 6.5,б). Теодоліти обладнані переважно циліндричними рівнями. Ампу­ла такого рівня є за­повненою сірчаним ефіром або етиловим спиртом скляною трубкою з веретеноподібною внутріш­ньою поверхнею. Пара заповню­ючої рідини утворює бульбашку рівня. На зовнішньому боці ампули наносять шкалу з ціною поділки від 1" до 2'. Центр шкали вважають за нуль-пункт. Як­що бульбашка рівня знаходиться у нуль-пункті, то вісь циліндричного рівня (нею є дотична UU′ проведена до внутрішньої поверхні ампули у нуль-пункті) займає горизонтальне положення. Круглий рі­вень застосовують лише на деяких типах теодолітів, де він відіграє допоміжну роль установчого рів­ня.

Рис. 6.5. Рівні циліндричний (а) та круглий (б)

Для виконання робіт теодоліт закріплюють за допомогою станового гвинта на штативі (рис 6.6), що є пристроєм у вигляді трьох з'єднаних з одного кінця «ніг» 1; верхня частина штатива 2 - це голівка.

Рис. 6.6. Штатив теодоліта Рис. 6.7. Геометричні осі теодоліта

Під час вимірювань кутів тео­долітом слід забезпечити:

- горизонтальне положення лімба горизонтального круга, що фіксує його паралельність пло­щині проектування;

- прямовисне положення осі обертання приладу ZZ′, що дозволяє сполучити її з ребром двогранного кута, який вимірюється, і разом з тим

- прямовисне положення колімаційної площини теодоліта, що створюється обертанням візирної осі WW′ труби навколо горизонтальної осі НН′ приладу.

Ці геометричні умови виконуються, якщо (рис. 6.7):

1. вісь циліндричного рівня UU′, закріпленого на алідад­ному пристрої, перпендикулярна до вертикальної осі приладу ZZ′;

2. візирна вісь зорової труби WW′ перпендикулярна до горизонтальної осі її обертання НН′;

3. горизонтальна вісь обертання труби НН′ перпендику­лярна до вертикальної осі обертання приладу ZZ′_.