Глава X

УГЛОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ

§ 19. Принципы измерения и устройство измерительных приборов (теодолит, эккер)

Горизонтальный угол — это ортогональная проекция простран­ственного угла на горизонтальную плоскость. Вертикальный угол, или угол наклона, заключен между наклонной и горизонтальной линиями.

Измерение горизонтальных и вертикальных углов на местности выполняют теодолитами.

Измерение горизонтального угла (рис. 49, а) заключается в следующем. В вершине А измеряемого угла ЛВС устанавливают центр круга с делениями. Круг располагают горизонтально, т. е. параллельно уроненной поверхности. Проекции направлений АВ и АС, угол между которыми измеряют, пересекут шкалу круга по

67

отсчетам (делениям) бис. Разность этих отсчетов дает искомый угол: ^АВС = с—Ь.

На этом принципе основано устройство теодолитов (рис. 49, б). Подставку 2 прибора устанавливают на подъемные винты /. В от­верстие подставки входят ось вращения лимба 3, в которую, в свою очередь, входит ось алидады 4. Лимб представляет собой стеклян­ный или металлический круг с делениями. Алидада — металличе­ский круг, на которой крепятся две колонки подставки 5 трубы, несущие ось НН вращения трубы 8 вертикального круга. На за-

Рис. 49. Горизонтальный угол (а) и схема устройства тео­долита (б):

1 — винт, 2, 5 — подставки, 3, 7 — лимбы, 4, 6 — алидады, # — зри­тельная труба, 9 —уровень, 10, 11 — оси

щитном корпусе алидады 4 укреплен цилиндрический уровень 9.

Отечественная промышленность выпускает теодолиты, измере­ния которыми выполняют с погрешностью от 0,5" до 30". Допус­тимая погрешность указывается в марке прибора, например 2 ТЗО, Т5—5.

Рассмотрим устройство наиболее часто применяемых теодоли­тов. Теодолит 2ТЗО (рис. 50, а) имеет зрительную трубу 10, жестко соединенную с горизонтальной осью, которая закреплена в отверстиях колонки 12. Труба может вращаться в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Трубу фокусируют на предмет враще­нием кремальеры 13. Резкость изображения сетки регулируют в со­ответствии со зрением наблюдателя вращением кольца окуляра трубы. Зрительную трубу наводят на предмет в вертикальной плос­кости наводящим винтом 14, при этом закрепительный винт 11 должен быть зажат. Поворот теодолита в горизонтальной плоско­сти и точное наведение зрительной трубы на предмет (визирную цель) осуществляется винтом 18 при зажатом винте 17. Для наве­дения зрительной трубы вместе с закрепленным лимбом и алидадой служат закрепительный винт 19 и наводящий винт, который распо­ложен на подставке теодолита. На зрительной трубе установлен оптический визир 9, с помощью которого трубу грубо наводят на предмет. Рядом с окуляром зрительной трубы находится окуляр 4 отсчетного микроскопа 5.

68

Теодолит имеет стеклянные круги с делениями от 0 до 360° с интервалом 10 делений. Каждое градусное деление оцифровано. Вертикальная ось прибора устанавливается в отвесное положение по цилиндрическому уровню 16. Уровень имеет котировочные вин­ты 15. Подставка 2 теодолита несъемная, жестко скреплена с ос­нованием 20, служащим одновременно дном футляра. Ход подъем­ных винтов 1 подставки регулируется, что дает возможность ус­тановить безлюфтовый плавный ход.

Рис. 50. Теодолит 2ТЗО:

а — общий вид, б — ориентир-буссоль, в — поле зрения отсчетного ми­кроскопа, г — поле зрения зрительной трубы, сетка нитей; 1, П, 14, 15, 17—19 — винты, 2 — подставка, 3, 4— окуляры, 5 — микрометр, 6 — вертикальный круг, 7 — паз, 8 — ориентир-буссоль, 9 — визир, 10 — зрительная труба, 12 — колонка, 13 — кремальера, 16—_уровень, 20 — основание, 21 — футляр, 22 — крышка, 23 — зеркало, ' 24 — индексы, 25 — стрелка, 26 — грузик

Теодолит имеет полую вертикальную ось, что позволяет цент­рировать прибор над точкой местности с помощью зрительной тру­бы. Для наблюдения предметов, расположенных под углом более 45° к горизонту, а также для центрирования теодолита над точкой служат окулярные насадки, надеваемые на окуляры зрительной трубы и отсчетного микроскопа.

Окулярная насадка представляет собой призму, изменяющую направление визирной оси на 90°. Призма заключена в оправу, ко­торая, в свою очередь, помещена в обойму. Оправа с призмой сво­бодно вращается в обойме. На боковой крышке теодолита есть по­садочный паз 7 для установки ориентир-буссоли 8.

Ориентир-буссоль (рис. 50, б) помещена в металлический фут­ляр 21 с крышкой 22, в которую для удобства наблюдений вмонти­ровано зеркало 23. В корпусе нанесены два индекса 24 и помеще­на магнитная стрелка 25. Для уравновешивания магнитной стрел­ки на ее южный конец надет грузик 26, который можно перемещать

69

вдоль стрелки. Ориентир-буссоль крепится к теодолиту таким об­разом, чтобы линия, проходящая через индексы 24, была парал­лельна визирной оси трубы. Перед работой стрелку буссоли, нахо­дящуюся постоянно в закрепленном положении, опускают (разар-ретируют) для свободного вращения в горизонтальной плоскости. Трубу теодолита 2ТЗО можно при необходимости располагать горизонтально. Для этого на трубу устанавливают уровень: трубу перемещают примерно горизонтально, снимают визир, а на его мес­те закрепляют уровень.

Рис. 51. Теодолит 2Т5:

а — общин вид, б — поле зрения микроскопа; 1, 3, 15, 17—винты, 2, 5 — подставки.

4—защелка, 6, 11 — окуляры, 7 — визир, 3 — вертикальный круг, 9 — окно, 10 —

уровень, 12 — зеркало, 13 — объектив, 14 — кремальера, 16 — отвес

Теодолитом 2ТЗО можно не сходя с одного места, визировать зрительной трубой, снимать отсчеты по обеим кругам, наблюдать за установкой уровней. Это особенно важно при работе на неустой­чивом грунте. При измерениях углов в микроскоп (рис. 50, в) пе­редаются одновременно изображения горизонтального (отсчет 70°05') и вертикального (отсчет 358°48') кругов. Отсчет и оценка доли наименьшего деления круга производятся по неподвижному ин­дексу. Изображение сетки нитей показано на рис. 50, г.

Теодолит 2Т5 (2Т5К) (рис. 51, а) имеет полую цилиндриче­скую систему осей вращения горизонтального круга. Лимб фикси­руют защелкой 4, алидаду фиксируют закрепительным винтом, а вращают наводящим винтом 17. В правую вертикальную подставку 5 помещена оптическая система отсчетных устройств горизонталь­ного и вертикального кругов.

Отсчетное приспособление теодолита — оптическая система. Свет, поступающий через осветительное окно 9, преломившись в призме, проходит через лимб горизонтального круга. Изображение делений лимба, преломившись, проходит через систему призм и

70

попадает в окуляр 11 микроскопа. Точно так же передастся в ми­кроскоп и изображение делений лимба вертикального круга. Цепа деления лимба 1°. В поле зрения микроскопа (рис. 51, б) видны более мелкие деления шкалы — минуты. Отсчет определяют по штриху лимба на отсчетной шкале, например отсчет по горизон­тальному кругу Г равен 174°55', по вертикальному В — 2°04'. Если штрих не совпадает с целым делением, десятые части самого мел­кого деления определяют на глаз. В данном случае это будут десятые доли минуты.

Рис. 52. Теодолит ТН:

а — общий вид, б — Отсчетное устройство; /, 2, -1, 8, 9 — винты, 3,7 — микроскопы, 5 — уровень, 6—вертикальный круг, 10 — лимб. 11 — алидада

Вертикальный круг тео­долита жестко скреплен со зрительной трубой, а с али­дадой вертикального кру­га — цилиндрический уро­вень. Наличие уровня на алидаде вертикального круга позволяет устанавливать ее начальные штрихи горизон­тально. В теодолите 2Т5К уровня при вертикальном круге нет, и его роль выпол­няет оптический компенса­тор. Индекс компенсатора занимает горизонтальное по­ложение, и при измерении вертикальных углов показа­ния отсчитывают по шкале без дополнительных дейст­вий. Это облегчает работу наблюдателя и повышает производительность труда.

Теодолит ТН (рис. 52, а) имеет металлический лимб с ценой деления 10'. Конструкция теодолита такая же, как у описанных. Отличие— в отсчетном устройстве.

Отсчетное устройство (рис. 52, б) теодолита ТН — верньер — представляет собой две шкалы, нанесенные на противоположных частях алидады 11. Цена деления верньера меньше цены деления лимба 10 на величину ^ точности верньера. Следовательно, если от-счетный (нулевой) штрих верньера совмещен с каким-либо деле­нием лимба, то первый штрих верньера будет отстоять от следую­щего деления лимба на величину I, второй — на 11 и т. д. Поэтому отсчетный нулевой штрих, не совмещенный ни с каким делением лимба, будет отстоять от ближайшего меньшего деления лимба на величину п1, где п — порядковый номер штриха верньера, совпада­ющего со штрихом лимба. Отсчет по лимбу с помощью верньера складывается из отсчета градусов, десятков минут и порядкового номера штриха верньера, совпадающего с любым делением лимба, умноженного на его точность. Теодолит имеет 30-секундный вернь­ер, т. е. / = 30". Деления верньера оцифрованы через 5'. Деления,

71

кратные Г, сделаны несколько удлиненными. Теодолит имеет по два верньера на каждом круге.

В строительстве кроме рассмотренных применяют отечественные теодолиты ТТ5, ТБ-1 и зарубежные: ТНЕО-020, ТНЕО-030, ТНЕО-120 фирмы «Карл Цейсе» (ГДР), ТЕ-Д, ТЕ-Е5 фирмы «МОМ» (Венгрия) и др.

Рис. 53. Комплект визирных целей (а) и оптический двусторонний отвес (б):

1 — марка, 2 — подставка, 3 — штатив, 4 — вертикальная ось,

5 — уровни, 6, 9 — объективы, 7 — переключатель направлений,

# — окуляр

Так как непосредственное визирование на точку, закрепленную в грунте знаком, бывает затруднено из-за неровностей местности и растительности, над знаком устанавливают визирные цели — мар­ки, вехи, шпильки.

Если требуется измерить угол с большой точностью, используют комплект визирных целей КВЦ (рис. 53, а), который со­стоит из различного количества визирных марок /, подставок 2 и штативов 3. Стандартный набор КВЦ включает также аккумуля­торы, шнуры с вилками, лампы электрической подсветки для рабо­ты в ночное время или в шахтах. Для центрирования визирной марки над точкой применяют оптический двусторонний отвес ОДО (рис. 53, б).

Центрирование марки производят следующим образом. Штатив устанавливают над точкой, следя за тем, чтобы его головка была примерно горизонтальна, а центр находился над точкой. Подставку с ОДО помещают на головке штатива. Глядя в окуляр 8, смещают по головке штатива подставку с ОДО до совпадения креста сетки нитей с точкой и в этом положении подставку закрепляют. Выдви­гая — вдвигая ножки штатива, приводят пузырьки двух взаимно перпендикулярных уровней 5 в нуль-пункт. При этом наведение креста сетки нитей на точку может немного нарушиться. Слегка от­крепляют винт и перемещением подставки вновь наводят ОДО на точку. В этом случае может незначительно нарушиться вертикаль­ность оси ОДО. Восстанавливают вертикальность оси подъемными винтами подставки. Центрирование и приведение оси ОДО в отвес-

72

ное положение повторяют несколько раз, добиваясь совпадения креста сетки нитей визирной трубы отвеса с точкой при положении уровней в нуль-пункте. По окончании центрирования подставки над точкой ОДО вынимают и на его место в подставку устанавливают визирную марку.

Вехи устанавливают, непосредственно совмещая заостренную часть с центром точки. Отвесность вех проверяют по вертикальной нити сетки трубы теодолита (рис. 54). Центр сетки трубы совме­щают с ее основанием.

Рис. 54. Поле зрения трубы при наведении ее на веху

Рис. 55. Двухзеркальный эккер ЭГ (а) и по­строение угла (б):

/, 5 — зеркала, 2, 4 — окна, 3 — корпус, 6,7 — винты, 8 —ручка, 9 — кольцо

Шпильки устанавливают при измерении углов с короткими сторонами. Острие шпильки совмещают с центром знака, а отвес­ность проверяют по вертикальной нити сетки трубы. Теодолит цен­трируют над вершиной измеряемого угла с помощью нитяного от­веса либо оптического центрира. При центрировании нитяным отвесом его крепят к винту. Этим же винтом крепят к головке штатива подставку с теодолитом. Перемещая штатив целиком и выдвигая — вдвигая ножки штатива, выполняют предварительное центрирование, добиваются, чтобы при этом головка штатива бы­ла горизонтальна, а острие отвеса находилось вблизи от центра знака. Острие отвеса совмещают с центром знака передвижением теодолита по головке штатива. Погрешность центрирования теодо­лита над точкой с помощью нитяного отвеса не превышает 5 мм.

Центрирование теодолита с помощью оптического отвеса аналогично центрированию ОДО. Погрешность центрирования 0,5—1,0 мм.

Для построения на местности прямых углов с небольшой точ­ностью служит двухзеркальный геодезический эккер ЭГ (рис. 55, а).

73

Эккер состоит из трехгранного металлического корпуса 3, к граням которого с внутренней стороны прикреплены под углом 45° коло­дочки с зеркалами 1 к 5. Угол между зеркалами регулируют вин­тами 6 и 7. Над зеркалами вырезаны окна 2 и 4. К коробке эккера привинчена ручка 8. При построении прямого угла наблюдателю необходимо центрировать ручку эккера над точкой. Для этой цели на ручке есть кольцо 9, к которому крепится нитяной отвес.

Для построения прямого угла (рис. 55, б) в точке О к створу ЛВ необходимо, чтобы в зеркало аЪ была видна исходная визирная цель, установленная в точке А. Одновременно по створу в окне над зеркалом аЬ на глаз выставляют вторую визирную цель. Вто­рая визирная цель перемещается по створу до совпадения ее изо­бражения с изображением исходной визирной цели.

Визирная цель устанавливается в точке, от которой должен быть опущен перпендикуляр к створу АВ. Наблюдатель с эккером пере­мещается вдоль створа линии АВ до совмещения визирных целей, видимых в окне.

Правильность работы эккера проверяют так. В створе линии А В в точке С дважды восставляют перпендикуляр: сначала ориенти­руясь по точке Л, затем — по точке В. Если ^тол между зеркалами равен 45°, то визирные цели, устанавливаемые в точке С, совпадут. Исправления при необходимости выполняют регулировочными вин­тами 6 и 7.