Устройство теодолита и работа с ним

2.1. ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ

Целью работы является изучение устройства теодолита 2ТЗО, ознакомление с правилами выполнения его поверок и юстировок, а также умение на практике измерять расстояния, вертикальные и горизонтальные углы с помощью этого прибора. Работа выполняется группами по 2–5 студентов. Содержание работы следующее:

1. Изучить устройство теодолита.

2. Выполнить поверки (при необходимости юстировку) теодолита.

3. Научиться пользоваться отсчетным устройством прибора и измерить в лабораторных условиях расстояние, горизонтальные и вертикальные углы, заданные преподавателем.

4. Оформить лабораторную работу на бумаге формата А4 и в назначенный срок представить к защите.

2.2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Теодолит – это прибор для измерения и построения на местности горизонтальных и вертикальных углов.

Наиболее распространены на практике следующие типы теодолитов: теодолиты с металлическими лимбами (обычной конструкции) и оптические теодолиты (теодолиты со стеклянными кругами). Отечественной промышленностью выпускаются теодолиты серий 2Т2, 2Т5, 2Т5К, 2Т2А, 2Т30, 3Т2КП, 3Т5КП и др.

Теодолиты 2Т30 широко применяются при создании съемочных сетей, для теодолитно-тахеометрической съемки, при выполнении инженерно-изыскательских и маркшейдерских работ.

2.3. АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ

1. Теодолит 2Т30, штатив, отвес.

2. Две нивелирные рейки, две вехи.

2.4. УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

Необходимо осторожно обращаться с вешками и штативами, так как они имеют острые концы, а также оберегать геодезические приборы от ударов и сотрясений. Переносить приборы нужно в специальных футлярах.

2.5. МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

2.5.1. Устройство и поверки теодолита

Устройство и расположение основных осей теодолита 2ТЗО показаны на рисунках 2.1 и 2.2.

Рисунок 2.1 – Устройство теодолита 2ТЗО:

1 – основание; 2 – подъёмные винты; 3 – подставка; 4 – закрепительный винт лимба; 5 – наводящий винт лимба; 6 – закрепительный винт алидады; 7 – наводящий винта алидады; 8 – уровень алидады горизонтального круга; 9 – закрепительный винт трубы; 10 – наводящий винт трубы; 11 – кремальера наведения на резкость; 12 – окуляр трубы; 13 – оптический визир; 14 – кремальера фокусировки трубы; 15 – фокусировочное кольцо окуляра шкалового микроскопа; 16 – вертикальный круг

Рисунок 2.2 – Схема взаимного расположения осей в теодолите:

ZZ₁ – основная ось вращения теодолита;

UU₁ – ось цилиндрического уровня алидады горизонтального круга – воображаемая прямая, касательная к внутренней поверхности уровня в его нуль-пункте;

HH₁ – горизонтальная ось вращения зрительной трубы;

WW₁ – визирная ось зрительной трубы – воображаемая прямая, проходящая через центр сетки нитей, и оптический центр объектива

Перед началом работ для обеспечения необходимой точности измерения углов выполняют поверки соблюдения геометрических условий, которым должен удовлетворять теодолит. Прежде чем выполнить поверки, теодолит устанавливают на штатив и приводят в рабочее положение (рис. 2.3).

Рисунок 2.3 – Приведение оси вращения теодолита в отвесное положение

2.5.1.1. Поверка цилиндрического уровня

Ось цилиндрического уровня UU₁ при алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна к основной оси вращения теодолита ZZ₁, (рис.2.3).

Выполнение поверки: установить уровень параллельно линии, проходящей через любые два подъемных винта. Привести пузырек уровня в нуль-пункт, вращая эти подъемные винты в разные стороны или навстречу друг другу. Повернуть алидаду на 180°.

Условие считается выполненным, если после поворота пузырек остался в нуль-пункте или отклонился не более чем на 1,5 деления.

Если пузырек отклонился более чем на 1,5 деления от нуль-пункта, то проводят юстировку (рис. 2.4).

Рисунок 2.4 – Юстировка цилиндрического уровня

Юстировка: определить, на сколько делений пузырек сместился от нуль-пункта (например, на 3 деления). Переместить пузырек исправительными винтами уровня 1 к середине на половину дуги отклонения (на 1,5 деления). Привести пузырек уровня в нуль-пункт подъёмными винтами (еще на 1,5 деления), повторить поверку.

2.5.1.2. Поверка сетки нитей

Вертикальная нить сетки при отвесном положении вертикальной оси теодолита должна совпадать с отвесной линией (рис. 2.5а). Если условие не выполнено (рис. 2.5б), необходимо провести юстировку.

Рисунок 2.5 – Поверка сетки нитей по отвесу

Выполнение поверки: поверка выполняется двумя способами.

Первый способ (по точке): навести край вертикальной нити на какую-либо точку и закрепить лимб и алидаду. Вращая трубу наводящим винтом в отвесной плоскости, необходимо следить за положением вертикальной нити относительно наблюдаемой точки. Условие выполнено, если вертикальная нить проходит через точку. Если условие не выполнено, необходимо провести юстировку.

Второй способ (по отвесу): навести вертикальную нить сетки на нить отвеса (рис. 2.5). Условие выполнено, если нить сетки совпадает с нитью отвеса (рис. 2.5а). В противном случае (рис. 2.5б) необходимо поворачивать окуляр вместе с сеткой до тех пор, пока вертикальная нить сетки не совпадет с нитью отвеса.

Юстировка: отвернуть винты крепления окуляра к трубе 1 (рис. 2.6) и повернуть окуляр с сеткой так, чтобы при повторном перемещении вертикальная нить прошла через наблюдаемую точку. Закрепить винты крепления окуляра к трубе.

Рисунок 2.6 – Сетка нитей с исправительными винтами

2.5.1.3. Поверка коллимационной ошибки

Визирная ось WW₁ зрительной трубы должна быть перпендикулярна горизонтальной оси НН₁ вращения трубы.

Коллимационной ошибкой называется угол, на который визирная ось трубы отклоняется от перпендикулярного направления к горизонтальной оси вращения трубы (угол С на рис. 2.7).

Неперпендикулярность визирной оси трубы к горизонтальной оси вращения зрительной трубы вызывается смещением центра сетки нитей в сторону от геометрической оси трубы.

Рисунок 2.7 – Поверка коллимационной ошибки

Выполнение поверки: навести зрительную трубу на удаленную точку, расположенную примерно на горизонте инструмента при положении вертикального круга (КЛ). Произвести отсчет по горизонтальному кругу (например, КЛ = 142°11¢) и записать в рабочую тетрадь (табл. 2.1).

Таблица 2.1 – Определение коллимационной ошибки

Круг теодолита	КЛ	КП	С
Горизонтальный	142°11¢	322°17¢	-0°03¢

Перевести трубу через зенит и при положении круга (КП) навести трубу на ту же точку. Произвести отсчет по горизонтальному кругу (КП = 322°17¢) и записать в тетрадь.

Коллимационную ошибку вычислить по формуле:

С = КЛ – КП ± 180°/2. (2.1)

Условие считать выполненным, если С < 2t (t = 30¢¢ – точность прибора). Если С > 2t, необходимо произвести юстировку прибора.

В нашем примере С = (142°11¢ - 322°17¢ + 180°)/2 = - 6¢/2 = -3¢

С > 2t = 2¢. (2.2)

Юстировка: вычислить средний отсчет, соответствующий верному положению визирной плоскости, по формуле:

М = (КЛ + КП ± 180°)/2,

М = (142°11¢ + 322°17¢ + 180°)/2 = 322°14¢.

Наводящим винтом алидады 7 (рис.2.1) вместо отсчета КП = 322°17' установить отсчет М = 322°14' на горизонтальном круге. Вертикальная нить сетки сместится с наблюдаемой точки (рис. 2.8).

Nbsp;   Рисунок 2.8 – Юстировка

Совместить вертикальную нить сетки с наблюдаемой точкой А, действуя горизонтальными исправительными винтами 1 (рис. 2.6).

2.5.1.4. Поверка равенства подставок

Горизонтальная ось НН₁ вращения зрительной трубы должна быть перпендикулярна к основной оси вращения ZZ₁ теодолита.

Выполнение поверки: выполняется двумя способами.

Первый способ: закрепить при КП лимб и навести пересечение сетки нитей на выбранную точку А в верхней части стены и закрепить алидаду (рис. 2.9).

Рисунок 2.9 – Выполнение поверки равенства подставок

Опустить трубу до горизонта инструмента и отметить на стене проекцию а₁ на пересечении сетки нитей. Перевести трубу через зенит. Открепить алидаду и при КЛ навести пересечение сетки нитей на точку А и закрепить алидаду. Опустить трубу до уровня ранее отмеченной точки и отметить проекцию а₂ пересечения сетки нитей.

Если точки а₁ и а₂ совместились или выполняется неравенство а₁а₂/Аа£1/600, условие считать выполненным. Если условие не выполняется, исправление производиться в оптико-механической мастерской.

Второй способ: при КП визируют высоко расположенную точку А. Поворотом трубы в вертикальной плоскости проектируют точку А на заранее установленную горизонтально нивелирную рейку (рис. 2.9) и снимают отсчет а₁. Те же действия выполняют и при КЛ и снимают отсчет а₂.

Если а₁ – а₂/Аа£1/600, условие считается выполненным.

2.5.1.5. Отсчетное устройство теодолита 2ТЗО (2ТЗОП)

В качестве отсчетного устройства в теодолитах 2ТЗО, 2ТЗОП используется шкаловый микроскоп, в поле зрения которого видны изображения делений горизонтального и вертикального кругов лимба и шкалы. Длина шкалы равна изображению наименьшего градусного деления круга лимба. Индексом для отсчета служит штрих лимба, который располагается в пределах шкалы (рис. 2.10).

Рисунок 2.10 – Отсчетное устройство теодолита 2Т3ОП

Изображение штрихов вертикального и горизонтального кругов соответственно обозначены буквенными символами В и Г.

2.5.2. Работа с теодолитом

После проведения поверок и соблюдения всех геометрических условий, которым должен удовлетворять теодолит, можно приступать непосредственно к полевым работам.

2.5.2.1. Измерение горизонтальных углов

Теодолит центруют над точкой А (станцией). На точках В и С, между которыми измеряется угол, устанавливают визирные цели: марки, вехи и т. д. (рис. 2.11).

Рисунок 2.11 – Измерение горизонтальных углов

Существует несколько способов измерения горизонтальных углов. Один из них способ приемов.

Измерение угла при одном положении вертикального круга – полуприем (КЛ или КП). Полный прием – измерение при положениях вертикального круга КЛ и КП.

Более точные результаты получают, проводя измерения несколькими приемами.

Результаты измерений записывают в полевой журнал (табл. 2.2).

Таблица 2.2 – Журнал измерения горизонтальных углов

Станция	Точка наблюдения	Положение вертикального круга	Отчет по горизонтальному кругу	Угол, полученный из полуприёма	Среднее значение угла
А		КЛ	227°45¢ 249°06¢	21°21¢	21°21¢
	КП	46°45¢ 68°06¢	21°21¢

Пример: Горизонтальный угол из полуприема:

при КЛ: b₁ = КЛ₁ – КЛ₂ = 249°06¢- 227°45¢= 21°21¢;

при КП: b₂ = КП₂ –КП₁ = 68°06¢ - 46°45¢= 21°21¢.

Среднее значение угла:

b_ср = (b₁ + b₂)/2 = 21°21¢.

Шкала горизонтального круга проградуирована от 0 до 360°.

2.5.2.2. Измерение вертикальных углов

Углом наклона n называют угол между горизонтальной плоскостью и направлением на наблюдаемую точку (рис. 2.12). Угол наклона бывает положительный и отрицательный. Положительный угол наклона выше горизонтальной оси, отрицательный – ниже.

Рисунок 2.12 – Измерение угла наклона

Шкала для вертикального круга имеет 2 ряда цифр со знаком «+» и «–». По шкале от 0 до 6 берется отсчет в том случае, когда показания лимба положительны.

По шкале от 0 до –6, когда показания лимба отрицательны.

В процессе измерения углов наклона определяют место нуля МО – отсчет по вертикальному кругу при горизонтальном положении визирной оси зрительной трубы, который должен быть постоянным и близким к нулю.

Для этого приводят пузырек уровня при визирной трубе в нуль-пункт и визируют на точку, берут отсчет КЛ, затем на ту же точку при КП.

МО для 2ТЗО:

МО = 0,5 (КЛ + КП), МО не должно превышать 1,5¢.

Угол наклона для 2ТЗО вычисляют по одной из формул:

n = 0,5 (КЛ – КП) , (2.3)

n = КЛ – МО, (2.4)

n = МО – КП. (2.5)

Для других теодолитов формулы вычисления МО и n приводятся в паспорте.

Если условия не выполняются, проводится юстировка теодолита. Не смещая трубы с наблюдаемой точки при КЛ, наводящим винтом зрительной трубы установить по вертикальному кругу отсчет, равный углу наклона n (при этом горизонтальная нить сетки сместится с наблюдаемой точки). Совместить исправительными винтами сетки нитей 1 (рис. 2.6) горизонтальную нить с наблюдаемой точкой.

Результаты измерений сводят в журнал (табл. 2.3).

Таблица 2.3 – Журнал измерения углов наклона

Станция	Точка наблюдения	Отсчет по верт. кругу	МО	Угол наклона nо
КЛ	КП
А		4°29¢		0°01¢	4°28¢

Например:

МО = 0,5(КЛ + КП) = 0,5(4°29¢- 4°27¢) = 0,5´02¢ = 01¢;

n = КЛ – МО = 4°29¢-01¢= 4°28¢;

или n = МО – КП = 01¢+ 4°27¢= 4°28¢;

или n = (КЛ – КП)/2 = (4°29¢+ 4°27¢)/2 = 4°28¢.

2.5.2.3. Измерение расстояний

Расстояние измеряют нитяным дальномером по вертикальной рейке с сантиметровыми делениями (рис. 2.13).

	Рисунок 2.13 – Нитяной дальномер
		Рисунок 2.14 – Определение расстояния

Подсчитав число делений n между верхней и нижней нитями (рис. 2.14), находят искомое расстояние по формуле:

D = К ´ n + С, (2.6)

где К – коэффициент дальномера; К = 100 (по паспорту);

С – постоянная дальномера. С равна 0 (по паспорту). Из-за малости ею пренебрегают.

Например: d = 100 ´ 14 см = 1400 см = 14 м,

где n = 14 сантиметровых делений.

Горизонтальное проложение линии находят по формуле:

D = d´cos2 n. (2.7)

2.6. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА И ЕГО ФОРМА

Отчет оформляется на листах формата А4 и должен содержать: цель работы; схему теодолита с обозначением всех его частей; законспектированные поверки и юстировки; таблицы с данными измеренных горизонтальных и вертикальных углов; определение места нуля вертикального круга теодолита.

2.7. ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ РАБОТЫ

1. Что называется теодолитом?

2. Классификация теодолитов по точности и устройству?

3. Поверки и юстировки теодолита?

4. Как определяется место нуля теодолита?

5. Способы измерения горизонтальных и вертикальных углов?

При защите работы студент должен показать практическое владение прибором и теоретические знания по устройству, поверкам и юстировкам прибора.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3