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 теодолита и работа с ним - student2.ru

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

Рисунок 2.1 – Устройство теодолита 2ТЗО:

Устройство теодолита и работа с ним - student2.ru 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

 
  Устройство теодолита и работа с ним - student2.ru

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

Устройство теодолита и работа с ним - student2.ru
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.

 
  Устройство теодолита и работа с ним - student2.ru

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.

 
  Устройство теодолита и работа с ним - student2.ru

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.

Устройство теодолита и работа с ним - student2.ru

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.

Устройство теодолита и работа с ним - student2.ru Устройство теодолита и работа с ним - student2.ru

Рисунок 2.7 – Поверка коллимационной ошибки

 
  Устройство теодолита и работа с ним - student2.ru

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.

 
  Устройство теодолита и работа с ним - student2.ru

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).

Устройство теодолита и работа с ним - student2.ru

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

 
  Устройство теодолита и работа с ним - student2.ru

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).

Устройство теодолита и работа с ним - student2.ru 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:

bср = (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.

 
  Устройство теодолита и работа с ним - student2.ru

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

 
  Устройство теодолита и работа с ним - student2.ru

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

Наши рекомендации