Устройство и принцип работы теодолитов

1	Объектив
2	Зубчатая рейка
3	Сетка нитей
4	Окуляр
5	Диоптрийное кольцо
6	Предохранительный колпачок сетки нитей
7	Фокусирующая линза
8	Оправа фокусирующей линзы
9	Кремальера

Таблица 1. Журнал отсчетов по горизонтальному и вертикальному кругам

№ ст	№ точки визирования	КЛ КП	Отсчет по горизонтальному кругу	Отчет по вертикальному кругу
1	1	КЛ	350 49 00	3 49 00
1	1	КП	170 41 00	-3 39 00
1	2	КЛ	351 36 00	3 50 00
1	2	КП	171 29 00	-3 44 00
1	3	КЛ	163 49 00	0 20 00
1	3	КП	348 13 00	-0 20 00

Вывод: Теодолит установили на штатив и прикрепили его становым винтом к штативу.

Привели теодолит в рабочее положение:

- центрировали

-произвели нивелирование

- установили сетку нитей по глазу

Выбрали произвольные точки и сняли отсчеты по горизонтальному и вертикальному кругам. По отсчетам определили, что теодолит готов к работе.

Лабораторная работа № 1 Т.

Устройство теодолитов

Теодолит №

Цель: изучить устройство теодолита технической точности, понять взаимодействие основных частей, научиться приводить теодолит в рабочее положение, наводить зрительную трубу на визирную цель и производить отсчеты по шкалам горизонтального и вертикального круга.

Рис. 2. Теодолит 4Т30П.

1	Кремальера
2	Закрепительный винт зрительной трубы
3	Окуляр микроскопа
4	Зрительная труба
5	Зеркало для подсветки шкал отсчетного микроскопа
6	Колонка
7	Подставка
8	Барабан перестановки лимба горизонтального круга
9	Закрепительный винт алидады
10	Юстировочные винты цилиндрического уровня
11	Окуляр зрительной трубы
12	Защитный колпачок сетки нитей
13	Цилиндрический уровень
14	Наводящий винт алидады
15	Наводящий винт зрительной трубы
16	Коллиматорный визир
17	Оптический центрир

Рис.4. Зрительная труба теодолитов серии Т15 (Т30).

Определение коэффициента нитяного дальномера

Нитяной дальномер относится к классу оптических дальномеров с постоянным параллактическим углом и переменным базисом. Он образован верхней и нижней нитями сетки. Их проекции на нивелирную рейку (рис.3,в,н) отсекают на ней отрезок l. Обозначив расстояние между верхней и нижней нитью буквой из подобных треугольников можно написать

d=(ѓ/p)l +c

c - постоянное слагаемое; ѓ- фокусное расстояние объектива.

Рис.3. Схема устройства нитяного дальномера

Отношение (f/р) называется коэффициентом нитяного дальномера и обозначается буквой К. Коэффициент нитяного дальномера К является одной из главных метрологических характеристик зрительных труб, так как при съемочных работах длины линий, в основном, измеряют нитяным дальномером. Конструктивно во всех геодезических приборах К =100. Однако погрешности нанесения штрихов сетки нитей, изготовления дальномерной рейки и оптических деталей трубы не позволяют иметь эту величину равной 100. В руководствах по применению геодезических приборов отмечается, что отличие К от 100 не должно превышать 0,5 %. Поэтому, если предполагается выполнять линейные измерения нитяным дальномером, рекомендуется определять значение К для каждого теодолита (нивелира) и комплекта нивелирных реек. Определение коэффициента нитяного дальномера выполняют на базисе компаратора длиной 100-150 метров, который разбит на 10 отрезков. Концы отрезков закреплены металлическими штырями, а длины отрезков измерены в прямом и обратном направлениях компарированной рулеткой.

Теодолит установили на начальной точке базиса и привели в рабочее положение. Устанавливаю зрительную трубу в горизонтальное положение (отсчет по вертикальному кругу 0°) и снимаю отсчеты по рейке по трём нитям, установленной на одной из точек базиса (рис.4).

Рис.4. Схема определения коэффициента нитяного дальномера

Таблица 3. Журнал определения коэффициента нитяного дальномера теодолита.

№ т	di, мм	отсчет, мм	Пятка рейки, мм	Ki	Vi= Ki-Kср
		черная	Красная
1	10	в	1580	в	6380	4800
		с	1501	с	6300	4800	63,2	0,6
		н	1422	н	6222	4800
		lч	158	l кр	158
2	20	в	1599	в	6399	4800
		с	1440	с	6240	4800	62,7	0,1
		н	1280	н	6080	4800
		lч	319	l кр	319
3	30	в	1642	в	6440	4800
		с	1400	с	6200	4800	62,2	-0,4
		н	1160	н	5960	4800
		lч	482	l кр	480
4	40	в	1612	в	6412	4800
		с	1290	с	6090	4800	62,7	0,1
		н	0975	н	5775	4800
		lч	637	l кр	637
5	50	в	1895	в	6700	4800
		с	1500	с	6300	4800	62,7	0,1
		н	1100	н	5900	4800
		lч	795	l кр	800
6	60	в	1990	в	6791	4800
		с	1510	с	6311	4800	62,5	-0,1
		н	1030	н	5830	4800
		lч	960	l кр	961
7	70	в	1930	в	6730	4800
		с	1370	с	6170	4800	62,5	-0,1
		н	0810	н	5610	4800
		lч	1120	l кр	1120
8	80	в	1635	в	6435	4800
		с	1000	с	5800	4800	62,7	0,1
		н	0360	н	5160	4800
		lч	1275	l кр	1275
9	90	в	1550	в	6350	4800
		с	0830	с	5630	4800	62,2	-0,4
		н	0100	н	4900	4800
		lч	1450	l кр	1450
10	100	в	1690	в	6490	4800
		с	0890	с	5690	4800	62,5	-0,1
		н	0090	н	4890	4800
		lч	1600	l кр	1600

K_i = d_i/l _i

d - расстояние от теодолита до рейки, измеренное рулеткой;

l - разность отсчетов по верхней и нижней нити.

M_ki== 0,65

M_k =

K=K_ср+М_к= 62,6+0,21=62,81

Вывод: В ходе работы научились определять угол поля зрения трубы и коэффициент нитяного дальномера. Закрепили навыки отсчитывания по шкале микроскопа горизонтального и вертикального кругов, а также снятия отсчетов по рейке.

Лабораторная работа №3

Определение метрологических характеристик зрительной трубы теодолита

Теодолит №

Цель: научиться определять угол поля зрения трубы и коэффициент нитяного дальномера. Закрепить навыки отсчитывания по шкале микроскопа горизонтального и вертикального кругов, а также снятия отсчетов по рейке.

К основным метрологическим характеристикам теодолитов относят:

увеличение зрительной трубы;

угол поля зрения трубы;

точность измерения горизонтального угла одним приемом;

точность измерения вертикального угла полным приемом;

наименьшее расстояние визирования:

цена деления цилиндрического уровня;

коэффициент нитяного дальномера.

Рассмотрим методику определения угла поля зрения зрительной трубы и коэффициента нитяного дальномера.

Пространство, видимое в зрительную трубу при неподвижном ее положении, называется полем зрения трубы. Количественной характеристикой поля зрения трубы является угол поля зрения ^. Его можно определить различными способами.

Рис .1. Угол поля зрения

Рис.2. Схема расположения точек на объективе при измерении поля зрения.

№ изм	Число делений l, см	Расстояние до рейки S, см	о
	71,5	2000	2 03 00

Для непосредственного измерения угла с, поля зрения трубы теодолита наводим сначала левый (мнимая точка а), а затем правый край поля зрения (мнимая точка б) продолжением средней горизонтальной нити на выбранную визирную цель и снимаем отсчеты по горизонтальному кругу.

Разность отсчетов равна значению . Аналогичные измерения выполняем по вертикальному кругу.

Разность отсчетов по горизонтальному кругу даст значение угла поля зрения по линии аб. Разность отсчетов по вертикальному кругу даст значение угла поля зрения по линии вг

Для определения угла с помощью нивелирной рейки, устанавливаем ее на расстоянии 10-20 м от теодолита и подсчитываем, сколько сантиметровых делений умещается в пределах всего поля зрения.

Поверка перпендикулярности оси вращения зрительной трубы к оси вращения теодолита

Установив теодолит в 30--40 м от стены какого-либо здания и приведя лимб в горизонтальное положение, центр сетки нитей наводят на некоторую высоко расположенную точку Л стены (рис. 3). При закрепленной алидаде наклоняют трубу до примерно горизонтального положения ее визирной оси и отмечают карандашом на стене точку a₁, в которую проектируется центр сетки нитей. Переводят трубу через зенит, открепляют алидаду и при втором положении трубы снова наводят центр сетки нитей на точку А и далее аналогично намечают точку a₂. При совпадении точек a₁ и a₂ условие выполнено. В противном случае ось вращения трубы неперпендикулярна к основной оси инструмента. Эта погрешность вызывается неравенством подставок, на которых располагается труба. Среднее из отсчетов по лимбу, взятых после наведения на точку А при двух положениях трубы (КП и КЛ), свободно от влияния данной погрешности. В современных конструкциях инструментов подставки трубы не имеют исправительных винтов, поэтому погрешность может быть устранена только в заводских условиях или в мастерской. При наличии исправительных винтов при подставках погрешность устраняется с помощью этих винтов.

Рис.5. Схема поверки перпендикулярности оси вращения зрительной трубы нн₁ и оси вращения теодолита оо₁

г Ш = (m₁m₂/2Mm)с.Ш

Поверка параллельности вертикальной нити сетки оси вращения теодолита

После выполнения описанных выше поверок и юстировки наводим центр сетки нитей на какую-нибудь точку и медленно поворачиваем алидаду вокруг ее оси вращения, наблюдая за положением точки. Если при перемещении алидады изображение точки не будет сходить с горизонтальной нити, то условие выполнено. В противном случае производится исправление положения сетки нитей путем ее поворота. После выполнения этой поверки необходимо повторить поверку перпендикулярности визирной оси к горизонтальной оси вращения трубы.



Рис.6.Схема проверки правильности установки сетки нитей.

Вывод: В ходе работы научились самостоятельно выполнять основные поверки, а при необходимости - юстировки геометрических условий расположения основных осей теодолитов технической точности.

Лабораторная работа №2

Поверки и юстировки теодолита

Теодолит №

Цель: поучиться самостоятельно выполнять основные поверки, а пр необходимости - юстировки геометрических условий расположения ел поеных осей теодолитов технической точности.

Поверка перпендикулярности оси цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга к оси вращения теодолита

В отвесное положение основную ось теодолита приводят следующим образом. Устанавливают уровень по направлению двух подъемных винтов, и пузырек приводят на середину трубки. Алидаду поворачивают на 90°, и пузырек снова приводят на середину третьим подъемным винтом. Такие действия повторяют до тех пор, пока пузырек будет уходить от середины не более чем на одно деление.

Рис.2. Схема поверки перпендикулярности оси цилиндрического уровня к оси вращения теодолита первым способом.

а) б)

Рис.3. Поверка перпендикулярности оси цилиндрического уровня и оси вращения теодолита вторым способом

Поверка перпендикулярности визирной оси к оси вращения зрительной трубы

Определение коллимационной ошибки зрительной трубы.

Условие - визирная ось зрительной трубы должна быть перпендикулярна к оси вращения.

При соблюдении этого условия визирная ось при вращении зрительной трубы вокруг своей оси опишет плоскость, называемую коллимационной. Если это условие не выполнено, то визирная ось отклоняется от перпендикуляра к оси НН и при вращении зрительной трубы будет образовывать две конических поверхности. Угол С между перпендикуляром к оси НН и визирной осью называется коллимационной ошибкой зрительной трубы.

Для выполнения поверки мы привели теодолит в рабочее положение и выбрали удаленную (не менее 50м) точку вблизи горизонта, навели на нее КЛ, тогда вместо отсчета n на лимбе горизонтального круга будет отсчет n. Он меньше отсчета n на величину коллимационной ошибки С (т.к. деления лимба оцифрованы по ходу часовой стрелки). Поэтому

(2)

После этого перевели трубу через зенит и при КП визировали на ту же самую точку. Если бы теодолит не имел коллимационной ошибки, то отсчет по лимбу должен быть равен , но при наличии такой ошибки будет получен- n.Тогда

(3)

Приравнивали значения отсчетов из выражений (2) и (3)

Двойная коллимационная ошибка будет иметь значение

Коллимационную ошибку вычислили по формуле:

где n-отсчет по лимбу горизонтального круга при КЛ;

n-отсчет по лимбу горизонтального круга при КП.

Значение коллимационной ошибки не должно превышать двойной точности теодолита. Если условие не выполнено, то нужно провести юстировку в следующем порядке:

1) вычислить исправленный отсчет по лимбу горизонтального круга по следующим формулам: если при выполнении поверки последним был КЛ, то если последним был КП, то

2) поставить исправленный отсчет наводящим винтом алидады;

3) сетка нитей уйдет с изображения наблюдаемой точки, вернуть ее, вращая пару горизонтальных юстировочных винтов сетки нитей.

Рис.4. Схема определения коллимационной ошибки первым способом.

Рис.4. Схема определения коллимационной ошибки вторым способом.

с = 0.25((КЛ₁- КП₁±180⁰) + (КЛ₂- КП₂±180⁰))

Таблица 2.Результаты измерений

№ т	КЛ	КП	С
1	163 36 00	343 36 00	0
1	165 53 00	345 53 00

Измерение вертикальных углов

Рис. 3. Вертикальные углы.

Вычисляют место нуля (МО) и угол наклона (н) для теодолитов 2Т30П и 4Т30П по формулам:

МО = (КЛ + КП) / 2,

н = (КЛ - КП) / 2,

н = КЛ - МО,

н = МО - КП.

При работе с теодолитами серии Т30 формулы вычисления МО и угла наклона выполняют по формулам:

МО = (КЛ + КП + 180°) / 2

н = (КЛ + КП +180°) / 2

н = КЛ - МО,

н = МО - КП. - 180°

0 26 30 - 0 02 30 - 0 20 00/3= 0 01 20

Вывод: В ходе работы закрепили навыки приведения теодолита в рабочее положение, наведения на визирную цель и снятие отсчетов по горизонтальному кругу. Научились вычислять значения горизонтальных, вертикальных углов и анализировать погрешности измерений.

Лабораторная работа № 4 Т

Измерение горизонтальных углов способом отдельных приемов

Теодолит №

Цель: закрепить навыки приведения теодолита в рабочее положение, наведения на визирную цель и снятие отсчетов по горизонтальному кругу. Научиться вычислять значения горизонтальных углов и анализировать погрешности измерений.

Рис.1.Схема измерения горизонтального угла.

Таблица 1.Журнл измерения горизонтальных углов способом отдельных приемов

№ ст	№ т.наб	Положение круга	Отсчет по гор.кр.	Значение угла из п/п	Значение угла из приема
	А	КЛ	245 30 00	37 52 00	37 51 30
	В	КЛ	283 22 00
	А	КП	65 29 00	37 51 00
	В	КП	103 20 00
	В	КЛ	154 30 00	5 33 00	5 32 30
	С	КЛ	160 03 00
	В	КП	334 27 00	5 32 00
	С	КП	339 59 00
	А	КЛ	116 50 00	43 22 00	43 22 30
	С	КЛ	160 12 00
	А	КП	296 44 00	43 23 00
	С	КП	340 07 00

Контроль ѓ_в=37 51 30+5 32 30-43 22 30= 0 01 30 т.е <1.7^/.

Рис 2. Схема измерения горизонтальных углов круговыми приемами.

в₁ = в₁ - а_{0 ;} в₂ = с₁ - а₀ в₃= d₁ - а₀ и т. д.

Д_h = h_тр­ h_г

h_АВ = 90+1480 - 1200 = 370

h_АВ = 0,5*8,75*sin2*0,15+1,48 - 1,2= 0,30

Таблица 2. Журнал измерения превышений геометрическим нивелированием способом вперед

№ ст.	№ рееч. точки	Высота нивелира	Отсчет по рейке	Превышен. hг	Среднее hг мм	Среднее hтр мм	Разности Д = hтр­hг мм
		чернм	кр. мм	черн. мм	кр. мм	черн.мм	кр. мм
1	1	1480	6280	1200	6000	280	280	280	280	280
2	2	1520	6320	1800	6600	-280	-280	-280

Последовательность выполнения работы:

Установили теодолит на точку А и привели в рабочее положение. На точке В установили рейку. Затем измерили высоту прибора и расстояние от рейки до теодолита нитяным дальномером. По рейке установили высоту наведения. Сняли отсчеты по трем нитям и вертикальные углы при двух положениях вертикального круга. Результаты измерений записали в таблицу. По формулам вычислили МО, угол наклона, и после превышение.

Вывод: В ходе работы измерили: угол наклона, расстояние, высоту прибора и высоту наведения. Из данных значений мы научились вычислять превышение.

Лабораторная работа № 5 Т.

Тригонометрическое нивелирование

Теодолит №

Цель: понять геометрическую сущность измерения превышения косвенным способом, т. е. через измерение угла наклона и длины линии. Научиться измерять угол наклона при двух положениях вертикального круга и длину линии нитяным дальномером. Уметь анализировать погрешности измерения вертикальных углов и длин линий нитяным дальномером.

Рис.1. Схема тригонометрического нивелирования.

h_АВ = h? + i ­ l .

h? = d tgн, а d = D cos2н

h_АВ = 0.5 D sin2н + i ­ U.

Таблица 1. Журнал тригонометрического нивелирования

i = 1480 l=1200

где:

i - высота прибора

l - высота наведения

№ ст.	№ рееч. точк	Отсчеты по нитям	Рассто Яние в м	Отсчеты по ВК	МО	Угол Наклона н	Превышение h,м
		КЛ	КП		КЛ	КП
1	1	1270	1271	8,75	0 45 00	-0 15 00	0 15 00	0 15 00	0,300

Лабораторная работа № 6

Определение высоты сооружения, недоступного для непосредственного измерения

Теодолит №

Цель: закрепить знания по тригонометрическому нивелированию. Научиться определять высоту сооружения (провис проводов, высоту опор линий электропередач, передача высот на монтажные горизонты и т. д.), используя знания и умения по тригонометрическому нивелированию.

Рис. 1. Схема измерения высоты недоступного объекта.

При работе с теодолитами серии Т30 формулы вычисления МО и угла наклона выполняют по формулам:

МО = (КЛ + КП + 180°) / 2

н = (КЛ + КП +180°) / 2

н = КЛ - МО,

н = МО - КП. - 180°

h = h1 + h2 = d (tgн₁ - tgн₂ ) = 45*(tg1228'30''+tg042'30'') = 45*(0,22+0,012)=10,5 м

Вывод: В ходе выполнения работы мы измерили расстояние от теодолита до флагштока нитяным дальномером, измерили вертикальные углы верхней и нижней точки флагштока при круге левом и при круге правом. Записали данные и по формулам вычислили высоту флагштока.