3. Основные части теодолита

Зрительная труба. В современных приборах применяются зрительные трубы с внутренней фокусировкой. Труба состоит из окуляра, объектива, фокусирующей линзы в середине трубы, которая перемещается при фокусировании кремальерой, и сетки нитей, установленной в окулярной части трубы. На рис. 5.5 приведен вид сетки нитей, применяемой в теодолитах.

гг – горизонтальная нить для измерения вертикальных углов; вв – вертикальные нити для измерения горизонтальных углов (двойные вертикальные линии образуют биссектор); дд – дальномерные нити для измерения расстояний; 1,1 – горизонтальные исправительные винты для исправления коллимационнй погрешности; 2,2 – вертикальные исправительные винты для исправления места нуля вертикального круга.

Рис. 5.5 Вид сетки нитей

Вертикальные нити вв служат для измерения горизонтальных углов. Двойные нити называются биссектором, угловая величина которого 1. Биссектор используется при наведении на визирные цели, толщина которых в поле зрения трубы меньше ширины биссектора.

В других случаях используется одинарная нить. Горизонтальная нить г служит для измерения вертикальных углов. Горизонтальные штрихи д являются дальномерными нитями и служат для определения расстояний. Сетка нитей может смещаться горизонтально при помощи исправительных винтов 1 и вертикально – винтами 2. Для установки сетки нитей по глазу она может перемещаться относительно окуляра при помощи диоптрийного кольца, установленного на окуляр. Линия, соединяющая центр сетки нитей и центр объектива, называется визирной осью трубы. В теодолитах 3-4 поколений стали устанавливаться зрительные трубы, дающие прямое изображение.

Основной метрологической характеристикой зрительной трубы является увеличение трубы v^ , которое определяет точность визирования:

m_v = 60 / v^ , (5.3)

чем больше v^ , тем точнее визирование, (разрешающая способность глаза в угловой мере  60). В теодолитах Т30 v = 18^, T15, T5, T2 v = 25^ , T1 v=40^. Таким образом, в технических и точных теодолитах средняя квадратическая погрешность визирования m_v = 2.5 - 3.

Уровни. В теодолитах применяются цилиндрические уровни (рис.5.6).

Рис.5.6 Цилиндрический уровень

Верхняя точка называется нуль-пунктом. От нее вправо и влево нанесены штрихи, расстояния между которыми 2 мм. Угловая величина 2 мм называется ценой деления уровня . Она зависит от радиуса R кривизны внутренней поверхности ампулы

Чем больше R , тем меньше , тем точнее уровень. В теодолитах Т30, Т15 -  = 45, Т5 -  = 30, Т2 -  = 10. Касательная uu₁ к внутренней поверхности ампулы в нуль-пункте называется осью уровня. При положении пузырька уровня на середине (концы пузырька уровня симметричны нуль-пункту) ось уровня uu₁ горизонтальна.

О

б

тсчетные устройства. Отсчетные устройства служат для оценки долей деления лимба. Они бывают штриховыми микроскопами (рис.5.7), шкаловыми микроскопами (рис.5.8, 5. 9) и оптическими микрометрами (рис.5.10).

В теодолитах Т30 наименьшее деление лимба, называемое ценой деления, l=10 (рис.5.7). Отсчет производится по неподвижному штриху алидады с оценкой деления лимба на глаз.

Отсчеты: по горизонтальному кругу Г=12 45, по вертикальному кругу В=358 57

Рис.5.7 Поле зрения микроскопа теодолита Т 30

В теодолитах 2Т30 (2Т30П) l = 1⁰ , на алидаде шкала в 1⁰ разделена на 12 частей, цена деления шкалы 5 , на глаз оценивается 1/5 деления шкалы (рис.5.8).

Отсчеты при положительном угле наклона: Г=18⁰ 22’ , В=+1⁰ 12’;

при отрицательном угле наклона: Г=24⁰ 46’ , В= - 0⁰ 47’

Рис. 5.8 Поле зрения микроскопа теодолита 2Т30 при положительном и отрицательном угле наклона

В теодолитах 2Т30М, Т15, Т5 l=1⁰. Шкала на алидаде в 1⁰ разделена на 60 частей. Цена деления 1′ (рис.5.9). Отсчет в теодолитах Т5 можно производить до десятых долей минуты

Отсчеты: Г=10⁰ 37′, В=2⁰ 26′

Рис.5.9 Поле зрения микроскопа 2Т30М

В теодолите 4Т15П установлен оптический микрометр, цена деления которого 10″ при цене деления лимба 10′. На глаз можно оценить секунды (рис.5.10).

а – отсчет по горизонтальному кругу Н=323⁰ 55′ 28″=323⁰ 55.5′

б – отсчет по вертикальному кругу V=91⁰ 21′ 52″ =91⁰ 21.9′

Рис.5.10 Поле зрения микроскопа 4Т15П

Схема отсчета: микрометром двойной подвижной индекс (на рис.5.10 показан утолщенными штрихами) наводят на штрих лимба и записывают номер штриха лимба плюс отсчет по оптическому микрометру. Отсчеты берутся независимо по горизонтальному кругу (Н) (рис.5.10, а) и вертикальному кругу (V) (рис.5.10, б). Для вычислительной обработки результатов измерений на ЭВМ целесообразно секунды пере вычислять в десятые доли минуты.

В теодолитах Т30, 2Т30, 2Т30М предельная погрешность отсчета _ОТСЧ = 1.5; в теодолитах Т15 – 0.8; в теодолитах Т5 – 0.3. Средняя квадратическая погрешность отсчета m_ОТСЧ = _ОТСЧ /3 и определяет в основном точность измерения углов одним приемом в лабораторных условиях.

Эксцентриситет алидады. В соответствии с принципом измерения горизонтального угла (рис.5.1) центр вращения алидады должен совпадать с центром делений лимба.

Впрактике это условие не выполняется. Несовпадение центра вращения алидадыА с центром делений лимба С (рис.5.11), называется эксцентриситетом алидады

Рис. 5.11 Эксцентриситет алидады

Линейный элемент эксцентриситета е величина не большая. Так в серии теодолитов Т30 может быть е=0.02 мм. Но при радиусе лимба r=35 мм погрешность в отсчете х=2. При предельной погрешности отсчета _ОТСЧ=1.5 х=2 величина существенная и пренебрегать влиянием эксцентриситета алидады нельзя.

Если брать отсчеты М и N по диаметрально противоположным штрихам алидады, то правильные отсчеты M =M - x , N = N + x , откуда следует что

(M + N)/2 = (M + N)/2 - (5.4)

среднее арифметическое из отсчетов по диаметрально противоположным штрихам алидады свободно от влияния эксцентриситета алидады. Данная схема отсчетов была реализована в старых теодолитах, начиная со времен Герона. В современных оптических теодолитах эта схема реализована в Т2, Т1, Т0.5.

В оптических теодолитах Т30, 2Т30, Т15, Т5 применяется односторонняя система отсчетов, (штрих или шкала на одном конце алидады). Для исключения влияния эксцентриситета алидады измерения ведутся на диаметрально противоположных частях лимба. Измеряют при круге лево (КЛ – положение вертикального круга слева от трубы, если смотреть со стороны окуляра), затем переводят трубу через зенит (поворот трубы на 180⁰ вокруг своей оси), поворачивают алидаду на 180⁰ и измеряют при круге право (КП). Среднее из измерений при КЛ и КП , согласно (5.4) , исключает погрешность за эксцентриситет алидады.

Измерения при КЛ и КП называются полуприемами, а среднее из них - приемом. Средняя квадратическая погрешность измерения угла одним приемом и является метрологической характеристикой теодолита (Т30 m_ = 30).

Приспособления для центрирования. Установка центра лимба над вершиной измеряемого угла (центрирование теодолита) и визирной цели в определяемой точке производятся при помощи нитяного отвеса, механического центрира, оптического центрира (рис.5.12).

а – нитяный отвес; б – механический центрир; в – оптический центрир

Рис.5.12. Приспособления для центрирования

Простейший прибор для центрирования – нитяный отвес (рис.5.12, а). Погрешность центрирования в безветренную погоду порядка 5 мм (при ветре порядка 1-2 см).

При определенных условиях в строительстве и при архитектурных обмерах применяют механический центрир (рис.5.12, б). Острие телескопической штанги 1 совмещают с точкой В местности. Теодолит, скрепленный с верхним концом штанги, перемещают по головке штатива до тех пор, пока пузырек круглого уровня 2 на штанге не установится в нульпункте. Погрешность центрирования 1-2 мм.

Более точное центрирование достигается оптическим центриром (рис.5.12, в). Оптические центриры вмонтированы в подставки теодолитов Т15, 4Т15П, Т5, Т2. Алидада теодолита приводится в горизонтальное положение по цилиндрическому уровню. Луч, идущий от точки В, призмой 1 преломляется на 90⁰ и через объектив 2 , сетку нитей 3 и окуляр 4 идет к глазу наблюдателя. После фокусировки в поле зрения центрира видны точка В и крест сетки нитей. Передвигают по головке штатива подставку теодолита до совмещения креста сетки нитей с точкой В. Погрешность центрирования порядка 0.5 мм