任务1.6 检验与校正水准仪
1.6.1 水准仪的轴线及应满足的几何条件
如图1.6.1所示，水准仪的轴线有圆水准器轴L′L′、仪器竖轴 VV、水准管轴 LL和视准轴 CC四根轴线。各轴线应满足的几何条件如下：
（1）圆水准器轴L′L′应平行仪器竖轴VV；
（2）十字丝横丝应垂直于仪器竖轴VV；
（3）水准管轴LL应平行于视准轴CC。
1.6.2 水准仪的检验与校正的方法
图1.6.1 水准仪轴线
根据水准测量的原理知道，水准仪要提供一条水平视线。仪器在出厂前，对水准仪各轴线的几何关系经过了严格的检查，满足水准仪的几何轴线条件。由于长时间使用仪器或仪器受到震动、碰撞等原因，有的螺丝会有变化，影响到仪器轴线的变化，从而使轴线不能满足条件，直接影响测量成果的质量。因此，在使用水准仪之前，应对仪器进行检验和校正。
1.圆水准器轴平行于仪器竖轴的检验与校正
（1）检校目的。使圆水准轴平行于仪器竖轴。若两轴平行，当圆水准气泡居中时，竖轴就处于铅垂位置。
（2）检验方法。安置水准仪，转动脚螺旋使圆气泡居中，如图1.6.2（a）所示，然后将仪器绕竖轴转180°，此时若气泡居中，说明圆水准轴平行竖轴；如果气泡偏离一边，如图1.6.2（b）所示，说明圆水准轴L′L′不平行于竖轴VV，需要校正。
图1.6.2 圆水准器的检验和校正
（3）校正方法。转动脚螺旋，使气泡向圆水准器中心移动偏离中点的一半，如图1.6.2（c）所示，然后用校正针旋转圆水准器底部的校正螺丝，使气泡完全居中，如图1.6.2（d）所示。圆水准器的校正螺丝在水准器的底部，参阅图1.6.4。图1.6.4所示为底面图，中间的大螺丝为连接螺丝，其余三个小的螺丝为校正螺丝。校正针为几厘米长的金属细杆，可插入校正螺丝的小孔拨动螺丝而调整圆水准器的高低。
（4）检核原理。圆水准轴不平行竖轴时，当圆水准气泡居中，表示圆水准轴处于铅垂位置，如图1.6.3（a）所示，而竖轴对铅垂线倾斜了α角，α角也就是两轴的交角。当仪器绕竖轴转180°后，如图1.6.3（b）所示，由于竖轴仍处于倾斜α角的位置，但圆水准轴从竖轴的左侧转到竖轴右侧，这样，圆水准轴就倾斜了两倍α角，所以气泡偏离中点。也就是说，偏离的大小反映了两轴不平行误差α角的两倍。这时，转动脚螺旋，使圆气泡退回偏离中点的一半，竖轴就处于铅垂位置了，如图1.6.3（c）所示，余下的偏离部分就是圆水准轴的误差，最后改正圆水准轴线处于正确位置，如图1.6.3（d）所示。校正要反复进行多次，直到仪器旋转到任何位置，圆气泡始终居中为止。
图1.6.3 圆水准器的校正原理
图1.6.4 圆水准器校正螺丝
图1.6.5 十字丝检验
2.十字丝横丝垂直于竖轴的检验校正
（1）检校目的。仪器整平后，使十字丝的横丝处于水平状态，即使横丝垂直仪器竖轴。
（2）检验方法。如图1.6.5（a）所示，将横丝一端对准远处一明显标志，旋紧制动螺旋，转动微动螺旋，如果标志始终在横丝上移动，则说明横丝水平，不需校正。若点子偏离横丝，如图1.6.5（b）所示，则应进行校正。
图1.6.6 十字丝校正螺丝
（3）校正方法。卸下目镜十字丝分划板间的护盖，松开压环固定螺丝（图1.6.6），转动十字丝环至正确位置，最后旋紧压环固定螺丝，并旋上护盖。目前不少仪器的校正方法是松动目镜座上的三个沉头螺丝，转动目镜座使十字丝处于正确位置，然后旋紧三个沉头螺丝即可。
3.水准管轴平行于视准轴的检验校正
（1）检校目的。使水准管轴平行于视准轴，当仪器水准管气泡居中时，视准轴水平，水准仪提供一条水平视线。
（2）检验方法。如图1.6.7（a）所示，在较平坦地面上选定相距60～80m的A、B两点，打下木桩（或安放尺垫），在木桩（或尺垫）上立水准尺。将水准仪安置于 A、B之中点C，水准管气泡居中时读数为a1和b1。若水准管轴不平行于视准轴，但由于前后视距相等，视线倾斜相同，则读数a1和b1都包含同样的误差x。A，B两点间的正确高差为
h1=（a1-x）-（b1-x）=a1-b1
图1.6.7 水准管轴平行于视准轴的检验校正
（a）水准管轴平行视准轴的检验；（b）水准管校正螺丝
为了校核仪器在A、B中点的测量高差，在原测站位置上改变仪器高度10cm以上，再重读两尺的读数
、
，则第二次测量高差为
当两次测量高差之差不大于3mm时，则取两次测量高差的平均值作为A、B两点间的正确高差，即
然后在离B点约3m的地方安置仪器，如图1.6.7（b）所示，读数为a2，b2，两点间的高差为
h2=a2-b2
若h1=h2，则说明水准管轴平行于视准轴，若h1≠h2，但h1与h2之差小于或等于5mm或i角小于20″时，对于DS3型仪器符合要求，否则需要校正。i角计算公式为
式中 Δ=h1-h2，D为偏站时仪器至远尺点间的距离，ρ=206265″。
（3）校正方法。一是校正水准管，二是校正十字丝横丝。
校正水准管的方法。①计算出水平视线在A点尺上的正确（应）读数为
=b2+h；②转动微倾螺旋使十字丝中丝读数从a2变为正确读数
，视准轴水平；③由于转动微倾螺旋使中丝读数为正确读数，视准轴水平了，但是水准管气泡不居中了，此时，根据水准管气泡的偏离情况，用校正针拨动水准管目镜端的上、下两个校正螺丝，如图1.6.7（b）所示，使水准管两端的影像符合（即水准气泡居中），即水准管轴平行于视准轴。
图1.6.8 十字丝横丝校正
（4）检查。校正后要进行检查，检查方法即在校正时的仪器位置，升高或降低仪器再次进行测量，当求出的A尺应读数与实读数之差在允许范围内，校正即结束。
校正十字丝方法：卸下十字丝分划板的外罩，用校正针拨动上、下两个校正螺丝（图1.6.8），横丝上下移动，使中丝对准A点尺上正确读数a′2，视准轴水平，满足条件。
校正十字丝时既要保持水准管气泡居中又要中丝读数正确，最后旋上十字丝分划板的外罩。
1.6.3 水准仪检验校正注意事项
（1）三个检验项目应按规定的顺序进行检验校正，不得颠倒顺序。
（2）拨动校正螺丝时，不能用力过猛，应按先松后紧的方法，校正完毕，校正螺丝不应松动，应处于旋紧状态。
（3）每项检验与校正应反复进行，直至符合要求为止。