Оптические теодолиты имеют отсчетные устройства (рис. 5.5) в виде штрихового а (Т 30) или шкалового б микроскопов (Т 15; 2 Т 30; 2 Т 30 П).

В поле зрения отсчетных приспособлений одновременно с помощью оптической системы передаются изображения штрихов лимба горизонтального круга, отмеченные внизу буквой «Г» ( ) и изображения штрихов вертикального круга, отмеченные буквой «В» ( ). В штриховых микроскопах отсчет берется по неподвижному штриху. Цена одного деления угломерных кругов теодолита Т 30 равна 10΄, десятые доли оцениваются на глаз. Согласно рис. 5.5 а отсчет по горизонтальному кругу (ГК) равен 12˚52΄, а по вертикальному кругу (ВК) – 357˚17΄.

У теодолита 2 Т 30 П вместо неподвижного штриха в микроскоп вмонтированы неподвижные шкалы для горизонтального и вертикального кругов, длина которых соответствует дуге цены деления лимбов – 1˚. Шкалы разделены штрихами через 5΄ на двенадцать отрезков. Отсчет градусов берется по тому штриху лимба, который находится в пределах шкалы, а минуты определяются по штрихам шкалы слева направо до этого штриха на глаз с точностью до 1΄. Согласно рис. 5.5 б отсчет по ГК равен 125˚06΄.

Шкала для вертикального круга имеет два ряда цифр, в зависимости от угла наклона визирной оси по отношению к плоскости горизонта. При положительных углах наклона отсчет определяется аналогично, как и по ГК. При отрицательных углах наклона (см. рис. 5.5б), когда в пределах шкалы находится штрих вертикального круга со знаком « - » значение минут отсчитывают до этого штриха по шкале справа налево. Согласно рис. 5.5б отсчет по ВК равен минус 0˚27΄.

5.2. Поверки теодолитов

Перед проведением полевых угловых измерений необходимо выполнить поверки теодолита, т. е. установить соответствие прибора основным геометрическим условиям, положенных в основу их конструкций. Если геометрические условия не выполняются, то производится юстировка (регулировка) прибора.

Перед началом поверок необходимо провести общий осмотр теодолита. При этом:

1. Оптическая система зрительной трубы должна давать отчетливые изображения.

2. Вращение вертикальной оси теодолита и горизонтальной оси трубы должно совершаться легко и плавно, без заеданий.

3. Все винты (подъемные, наводящие, закрепительные) должны быть исправными, а уровни должны иметь необходимую чувствительность.

К теодолиту предъявляется ряд требований, связанных с взаимным положением его основных осей. Основные оси теодолита (рис. 5.6):

II₁ – вертикальная ось (ось вращения алидады горизонтального круга);

НН₁ – горизонтальная ось (ось вращения зрительной трубы);

UU₁ – ось уровня горизонтального круга (касательная к внутренней поверхности ампулы в нуль-пункте);

VV₁ – визирная ось (прямая, проходящая через оптический центр объектива и перекрестие основных штрихов сетки нитей).

Рис. 5.6

Поверки выполняются в следующем порядке:

1. Ось цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна вертикальной оси вращения прибора.

Цилиндрический уровень устанавливают по направлению двух подъемных винтов, и вращая их в противоположные стороны приводят пузырек уровня на середину, т. е. в положение нуль-пункт. Затем поворачивают алидаду на 180˚. Если пузырек уровня отклонится с нуль-пункта, то исправительными винтами уровня перемещают его в сторону нуль-пункта на половину дуги отклонения. Поверку повторяют до тех пор, пока пузырек уровня не будет отклоняться от положения «нуль-пункт» более чем на одно деление уровня.

Остальные поверки выполняют после приведения вертикальной оси в отвесное положение. Для этого исправленный уровень устанавливают по направлению третьего подъемного винта, т. е. поворачивают алидаду на 90˚, и вращая этот винт приводят пузырек в нуль-пункт.

2. Визирная ось зрительной трубы должна быть перпендикулярна к ее горизонтальной оси вращения. Отклонение перпендикулярности вызывает коллимационную ошибку с. Зрительную трубу визируют дважды на удаленный хорошо видимый предмет и снимают отсчеты по горизонтальному кругу при двух положениях КЛ и КП. Величину коллимационной ошибки вычисляют по формуле: .

Колебание значений с для теодолита Т30 и его модификаций не должно превышать 1΄. В противном случае, для устранения ошибки вычисляется правильный отсчет: , который устанавливается наводящим винтом алидады. При этом сетка нитей сместится с наведенного предмета. С помощью боковых исправительных винтов перемещают сетку нитей до совмещения с точкой визирования. После исправления коллимационной ошибки поверку необходимо повторить.

3. Вертикальный штрих сетки нитей (или биссектор) должен находиться в коллимационной плоскости трубы.

Наводят зрительную трубу на хорошо видимую точку. Наводящим винтом вращают трубу вокруг горизонтальной оси вверх и вниз и следят за изображением наблюдаемой точки. Если вертикальный штрих сетки нитей не отклоняется от изображения точки, то условие поверки считается выполненным. В противном случае отпускают закрепительные винты окулярной части и поворачивают ее, пока вертикальный штрих не займет нужное положение сетки нитей, путем поворота. Эту поверку можно выполнять по подвешенному нитяному отвесу. После этого необходимо повторить вторую поверку.

4. ось вращения зрительной трубы должна быть перпендикулярна к вертикальной оси вращения теодолита.

Теодолит устанавливается в 10–15 м от стены здания и вертикальная ось приводится в отвесное положение. Визируют теодолит на высоко выбранную в стене точку. Опуская зрительную трубу вниз, проецируют эту точку до уровня высоты прибора, т. е. отмечают ее проекцию на стене. Переводят трубу через зенит и при втором положении теодолита наводят на ту же точку, опускают трубу и снова отмечают на стене проекцию перекрестия сетки нитей. Отмеченные проекции точек должны совпасть или не выходить из пределов биссектора. В этом случае условие поверки считается выполненным. В противном случае наклон оси необходимо юстировать в мастерской.

5.3. Установка теодолита и измерение
горизонтальных углов

Для измерения горизонтальных углов на пункте теодолит приводят в рабочее положение, т. е. центрируют и горизонтируют. Кроме этого, устанавливают зрительную трубу по глазу и по предмету.

Центрирование теодолита – это установка вертикальной оси прибора над вершиной измеряемого угла. Выполняется при помощи оптического или нитяного отвеса.

Для этого теодолит на глаз устанавливается над вершиной угла так, чтобы верхняя площадка штатива была приблизительно горизонтальной. Затем, с контролем по отвесу, осторожно заглубляют ножки штатива, пока острие грузика отвеса не окажется над вершиной угла.

Под горизонтированием понимается приведение вертикальной оси прибора в отвесное положение. Для этого выверенный уровень поворотом алидады устанавливают по направлению двух подъемных винтов и вращая их в противоположные стороны приводят пузырек уровня в нуль-пункт. Потом уровень поворачивают на 90˚ и третьим подъемным винтом приводят пузырек к середине. После этого при любом положении алидады пузырек уровня не должен уклоняться от нуль-пункта более чем на одно деление.

Зрительную трубу фокусируют на отчетливую видимость сетки нитей вращением окуляра, а на объект – вращением фокусирующего (кремальерного) винта зрительной трубы.

Горизонтальные углы на местности обычно измеряют двумя способами: способом приемов (способ отдельного угла) и способом круговых приемов (способ В. Я. Струве).

Способ приемов применяется в том случае, когда в точке определяется только один угол между двумя направлениями (табл.5.1). Для исключения влияния коллимационной ошибки и наклона оси вращения зрительной трубы каждый угол измеряют при двух положениях теодолита КП и КЛ. Два полуприема составляют один полный прием.

Таблица 5.1.

Первый полуприем:

1. В вершине измеряемого угла теодолит устанавливается в рабочее положение, направление сторон измеряемого угла обозначается вешками, устанавливаемыми в створах измеряемых линий.

2. Закрепляют горизонтальный круг и перемещая алидаду визируют на нижнюю часть правой (задней) вешки. Точное наведение выполняется наводящими винтами алидады и зрительной трубы. Снимают отсчет по отсчетному устройству и записывают в журнал для измерения углов.

3. Открепив алидаду горизонтального круга, зрительную трубу визируют на нижнюю часть левой (передней) вехи, уточняют и записывают отсчет.

Измеренный угол между двумя направлениями равен разности отсчетов на правую (П) и левую (Л) точки, т. е. β_.= П – Л. Причем, если отсчет на заднюю точку меньше, чем на переднюю, то к нему прибавляют 360˚.

Перед выполнением второго полуприема горизонтальный круг смещают примерно на 90˚.

Второй полуприем.

Для этого переводят зрительную трубу через зенит и повторяют измерения угла в том же порядке, что и в первом полуприеме. Результаты измерений записывают в журнал. Расхождение между значениями измеренного угла при КП и КЛ для теодолита Т 30 не должно превышать утроенной точности прибора, т. е. ∆β  1,5′.

За окончательный результат принимают среднее арифметическое из двух значений измеренного угла при положении теодолита КП и КЛ, т. е. β_ср.= .

Для контроля измерений удобно пользоваться способом «от нуля». Совместив нули лимба и алидады, закрепляют алидаду и с открепленным лимбом визируют на левую (переднюю) точку. Закрепив лимб проверяют отсчет по горизонтальному кругу, равному 0˚00΄ и открепив алидаду визируют на заднюю (правую) точку. В этом случае отсчет на правую точку будет равен величине измеряемого угла.

Способ круговых приемов применяется когда на пункте (станции) необходимо измерить углы по нескольким направлениям, т. е. когда направлений больше двух (табл. 5.2).

Первый прием выполняется при КЛ.

1. Одно из направлений принимают за начальное. Обычно выбирают удаленный пункт с хорошей видимостью. Вращая алидаду устанавливают на лимбе отсчет несколько более 0˚ (например, 0˚05΄). Закрепляют алидаду и винтами горизонтального круга и зрительной трубы визируют на начальное направление. Закрепляют горизонтальный круг, уточняют отсчет и записывают его в журнал измерений.

2. Открепив алидаду, при зафиксированном лимбе последовательно визируют на все другие наблюдаемые точки по ходу часовой стрелки. Снимают отсчеты и записывают их в журнал.

3. Первый полуприем заканчивают повторным наведением и отсчетом на начальный пункт. Сходимость отсчетов при наведении на начальный пункт в начале и конце полуприема называется замыканием горизонта и является необходимым контролем. Расхождение отсчетов не должно превышать утроенной точности прибора.

4. Второй полуприем выполняется при КП. Открепив алидаду и зрительную трубу, переводят трубу через зенит и визируют на начальный пункт. Снимают и записывают отсчет.

5. Вращая алидаду в обратном порядке, против хода часовой стрелки, наблюдают все остальные пункты. Запись отсчетов в журнале производят снизу вверх. Второй полуприем заканчивают повторным наблюдением на начальный пункт, проверяя сходимость замыкания горизонта.

6. Полевой контроль включает слежение за отсчетами, которые при различных кругах на один и тот же пункт должны отличаться на 180˚. Допустимое расхождение – не более утроенной точности теодолита.

Таблица 5.2

При математической обработке журнала полевых измерений вычисляются:

– средняя ошибка незамыкания горизонта по формуле: ;

– двойная коллимационная ошибка 2с = КЛ–КП ±180˚;

– средний отсчет направления а_ср=КЛ – с;

– поправки в средние отсчеты за счет незамыкания горизонта , где n – число наблюдаемых направлений; k – номер по порядку наблюдаемого направления.

После этого вычисленные поправки вводятся в средние отсчеты, из которых затем вычитается среднее значение начального направления.

Ошибки измерения горизонтальных углов. К основным источникам погрешностей относятся:

1. Ошибки приборов. Ошибки самих приборов (неточность делений лимба, неперпендикулярность плоскости лимба к основной оси прибора и др.) весьма малы и не оказывают существенного влияния на точность измеряемых углов при измерениях двумя полуприемами.

2. Ошибки измерения угла, возникающие из-за неточности центрирования и визирования. Эти ошибки возрастают с уменьшением сторон угла. Они вызываются неточной установкой теодолита над вершиной измеряемого угла и неправильной постановкой вех. Теодолит необходимо центрировать с точностью 2–4 мм, а вехи – устанавливать отвесно и при измерении углов визировать на их нижнюю часть у поверхности земли.

3. Ошибки от влияния внешней среды. К ним относятся: колебание изображений, нагревание штатива и прибора солнечными лучами, рефракция (преломление световых лучей в земной атмосфере из-за увеличения плотности воздуха к поверхности Земли) и неустойчивость штатива. От прямого воздействия солнечных лучей теодолит и штатив рекомендуется закрывать зонтом.

5.4. Измерение вертикальных углов

Измерения вертикальных углов в топографии производятся при определении превышений. Для этого измеряют углы наклона, которые бывают положительными и отрицательными по отношению к горизонтальной плоскости, что соответствует определенному отсчету по вертикальному кругу.

Отсчет по вертикальному кругу, когда визирная ось зрительной трубы занимает горизонтальное положение, а пузырек уровня вертикального круга находится в нуль-пункте, называют местом нуля (МО) вертикального круга.