實驗四 技術測量實驗

2024年3月15日發(作者：陶淵明飲酒詩)

實驗四 技術測量實驗

實驗1 直線度誤差測量

一、實驗目的

(1)了解合像水平儀或自準直儀的結構并熟悉使用它測量直線度方法；

(2)掌握給定平面內直線度誤差值的評定方法；

(3)掌握按兩端點連線和最小條件作圖求解直線度誤差值的方法。

二、直線度誤差的評定

直線度誤差是指實際被測直線對其理想直線的變動量,理想直線的位置符合最小條

件。最小條件是指實際被測直線對其理想直線(評定基準)的最大變動量為最小。測量數

據可以用指示表測量實際被測直線上均勻布置的各測點相對平板(測量基準)的高度來獲

得,也可以用水平儀或自準直儀對實際被測直線均勻布點測量,測量兩相鄰測點之間的高

度差來獲得。然后，按照最小條件或以首、尾兩個測點的連線(兩端點連線)評定基準，

由獲得的測量數據用作圖或計算的方法求解直線度誤差值。

三、用合像水平儀測量直線度誤差

(1)量儀說明和測量原理

合像水平儀是一種精密測角儀器,用自然水平面為測量基準。合像水平儀的結構見圖

1，它的水準器8是一個密封的玻璃管，管內注入精鎦乙醚，并留有一定量的空氣，以形

成氣泡。管的內壁在長度方向具有一定的曲率半徑。氣泡在管中停住時,氣泡的位置必然

垂直于重力方向。就是說，當水平儀傾斜時，氣泡本身并不傾斜，而始終保持水平位置。

利用這個原理，將水平儀放在橋板上使用，便能測出實際被測直線上相距一個橋板跨距

的兩點間高度差，如圖 2所示。

在水準器玻璃管管長的中部，從氣泡的邊緣開始向兩端對稱地按弧度值(mm/m)刻有

若干條等距刻線。水平儀的分度值i用[角]秒和mm/m表示。合像水平儀的分度值為2"，

該角度相當于在1m長度上，對邊高0.01mm的角度，這時分度值也用0.01mm/m或

0.01/1000表示。

1－底板；2－杠桿；3－支承；4－殼體；5－支承架；6－放大鏡；

7－棱鏡；8－水準器；9－微分筒；10－測微螺桿；11－放大鏡；12－刻線尺

圖 1 合像水平儀

I－橋板；Ⅱ－水平儀；Ⅲ－實際被測直線；L－橋板跨距；0,1,2,…,n－測點序號

圖 2 用水平儀測量直線度誤差時的示意圖

參看圖 1和圖 3，測量時，合像水平儀水準器8中的氣泡兩端經棱鏡7反射的兩半

像從放大鏡6觀察。當橋板兩端相對于自然水平面無高度差時，水準器8處于水平位置。

則氣泡在水準器8的中央，位于棱鏡7兩邊的對稱位置上，因此從放大鏡6看到的兩半

像相合(如圖 3(a)所示)。如果橋板兩端相對于自然水平面有高度差,則水平儀傾斜一個

角度α,因此，氣泡不在水準器8的中央，從放大鏡6看到的兩半像是錯開的(如圖 3(b)

所示),產生偏移量△。

(a)相合 (b)錯開

圖 3 氣泡的兩半像

為了確定氣泡偏移量A的數值，轉動測微螺桿10使水準器8傾斜一個角度α，以使

氣泡返回到棱鏡7兩邊的對稱位置上。從放大鏡中觀察到氣泡的兩半像恢復成圖 3(a)

所示相合的兩半像。偏移量A先從放大鏡11由刻線尺12讀數，它反映測微螺桿10轉動

的整圈數；再從測微螺桿手輪9(微分筒)的分度盤讀數(該盤每格為刻線尺一格的百分之

一)；它是螺桿10轉動不足一圈的細分讀數。讀數取值的正負由測微螺桿手輪9指明。

測微螺桿10轉動的格數α、橋板跨距L(mm)與橋板兩端相對于自然水平面的高度差h之

間的關系為：

(2)實驗步驟

1) 測量時，水平儀放置在實際被測直線的兩端，把實際被測直線調整到大致水平，

使水平儀在兩端的示值不要相差太大。然后在實際被測直線旁標出均勻布置的

各測點的位置。

2)根據兩相鄰測點間的距離選擇跨距適當的橋板。將水平儀安放在橋板上，然后沿

著實際被測直線把橋板放在該實際被測直線的一端，記下水平儀第一個示值△

按各測點畫的位置依次逐段地移動橋板，同時記錄各測點的示值△

i

(格

1

(格數)。

數)。注意每次移動時，應使橋板的支承在前后位置上首尾相接，而且水平儀不

得相對于橋板產生位移。由始測點順測到終測點后，再由終測點返測到始測點。

返測時，橋板切勿調頭。

3)將在各個測量間隔記錄的兩次示值的平均值分別作為各個測量間隔的測量數據，

求解直線度誤差值。若某個測量間隔兩次示值的差異較大，則表明測量不正常，

查明原因重測。

(3)直線度誤差值的評定方法

1)按最小條件評定 直線度誤差值應該采用最小包容區域來評定。參看圖 4，由兩

平行直線包容實際被測直線時，實際被測直線的測點中應至少有三個測點分別

與這兩條直線接觸(成高→底一高三極點或低一高一低三極點相間接觸)，則位

于實際被測直線體外的那條包容直線的位置符合最小條件，它就是評定基準。

這兩條平行直線之間的區域稱為最小包容區域(簡稱最小區域)。最小包容區域

寬度即為符合最小條件的直線度誤差值f

MZ

。

(a)高－低－高三極點 (b)低－高－低三極點

○－高極點；□－低極點

圖 4 直線度誤差最小包容區域判別準則

2)按兩端點連線評定 參看圖 5，以實際被測直線兩端點B和E的連線l

BE

作為評

定基準，取各測點相對于該連線的偏離值h

i

中的最大偏離值h

max

與最小偏離值