Способы измерения расстояний. Мерные приборы

В зависимости от длины измеряемой линии и требуемой точности для измерения расстояний применяют различные мерные приборы и дальномеры. Мерные приборы изготовляют в виде лент, рулеток или проволок, с помощью которых расстояния измеряют непосредственно путем укладки прибора в створе измеряемой линии.

- мерные ленты (штриховые — ЛЗ, шкаловые — ЛЗШ),

- рулетки, проволоки.

Для измерений на земной поверхности чаще всего применяют штриховые мерные ленты типа ЛЗ, изготовляемые из стальной полосы шириной до 2,5 см и длиной 20, 24 или 50 м (ГОСТ 10815—64). Наиболее распространены 20-метровые ленты.

Рис. 7.1 Мерная лента типа ЛЗ (а) и шпильки (б)

На их концах (рис. 7.1, а) имеются штрихи, против которых — вырезы для фиксирования конца ленты с помощью шпильки, втыкаемой в землю. Метровые деления ленты отмечены латунными пластинками с выбитыми на них; номерами, указывающими число целых метров от одного из концевых штрихов. Для удобства измерений метры нумеруют на одной стороне ленты от одного конца, а на другой стороне — от другого. Полуметровые деления отмечены заклепками, а дециметровые— отверстиями. Для хранения ленту наматывают на специальное кольцо. К ней прилагается комплект из шести (или одиннадцати) шпилек (рис. 7.1, б).

На концах шкаловой ленты типа ЛЗШ имеются шкалы длиной 10—15 см с миллиметровыми делениями. Метровые и дециметровые деления на ней отсутствуют.

Измерение расстояний

Измерение выполняют два мерщика. Из шести шпилек передний мерщик пять оставляет себе, дает шестую заднему, разматывает ленту и укладывает ее в створ линии. Задний мерщик втыкает шпильку в центр колышка, обозначающего начало линии А и зацепляет за нее конец ленты либо совмещает начальный штрих ленты с центром. Ориентируясь по выставленным вехам, он направляет переднего мерщика в створ линии АВ, который, встряхнув ленту, натягивает ее и, вставив шпильку в вырез против концевого штриха ленты, втыкает ее в землю. По сигналу переднего задний вынимает свою шпильку и освобождает ленту, а передний, сняв конец ленты со шпильки, протаскивает ленту вперед по створу для измерения следующего отрезка. Задний мерщик зацепляет свой конец за воткнутую передним шпильку, а передний, натянув ленту, втыкает в землю следующую. Отложив ленту пять раз, т. е. отмерив 100 м (при длине ленты — 20 м), передний мерщик втыкает в землю последнюю шпильку. Задний мерщик, вынув из земли шпильку, фиксирующую задний конец ленты, будет иметь в руках пять шпилек. Он передает их переднему мерщику, и процесс измерения продолжается. Последний отрезок измеряемого расстояния — остаток; как правило, он оказывается меньше полной длины ленты. Для его измерения берут отсчет по ленте. При взятии отсчета сантиметры оценивают на глаз. Измеренное расстояние вычисляют по формуле

D= 100p + 20 k + r,                                                                (7.1)

где p — число передач шпилек от заднего мерщика переднему; k — число шпилек в руках у заднего мерщика к моменту измерения остатка; к – отсчет по ленте от последней шпильки

Если в комплекте иное количество шпилек (например, одиннадцать) или номинальная длина ленты отличается от 20 м, то измеренное расстояние определяют по формуле, аналогичной (5.1), но с другими коэффициентами. Расстояние измеряют дважды—в прямом и обратном направлениях. Расхождение между двумя измерениями не должно превышать 1/2000 (при неблагоприятных условиях— 1/1000). За окончательное значение расстояния принимают среднее арифметическое. Если поправка за компарирование ленты Δl больше 2 мм, то в измеренные расстояния вводят поправку за компарирование

Δk = n Δl                                                                                                      (7.2)

где n — число уложенных лент

Если температура воздуха t отличается от температуры компарирования t₀ больше чем на 8—10°, то в измеренное расстояние вводят поправку за температуру.

Δt = αD(t—t_Q),                                                                     (7.3)

где α — термический коэффициент расширения (для стали α= 0,0000125).

Рулетки представляют собой измерительные ленты, изготовляемые из углеродистой или нержавеющей стали длиной 20, 30 и 50 м. По всей длине измерительной ленты нанесены сантиметровые, а на первом дециметре — и миллиметровые деления. Изготовляются так- же рулетки с миллиметровыми делениями по всей длине. При хранении ленту рулетки наматывают на барабан, укрепленный в металлической вилке, на крестовину или в закрытом корпусе. Для высокоточных измерений применяют рулетки, изготовленные из инвара, а для измерений пониженной точности и вспомогательных — тесьмяные. Последние удобны, в частности, при съемке железнодорожных путей, где металлические рулетки неприменимы из-за замыкания ими электрических рельсовых цепей.

Для особо точных измерений применяют мерные проволоки, изготовляемые из инвара или стали. Инвар — сплав F4% железа, 35,5% никеля и 0,5% различных примесей), имеющий малый коэффициент линейного расширения. Компарирование мерных приборов. Прежде чем использовать мерный прибор, необходимо выявить отклонение его действительной длины от заданной (номинальной) путем сравнения длины мерного прибора с другим прибором, длина которого точно известна.

Сравнение длины рабочего прибора с образцовым называют компарированием. Для компарирования ленты ЛЗ на ровной поверхности, например каменном полу, с помощью образцовой ленты отмеряют отрезок

номинальной длины B0 м) и укладывают на том же месте проверяемую рабочую ленту. Совместив нулевой штрих ленты с началом отрезка, закрепляют конец ленты в этом положении. Затем ленту растягивают и миллиметровой линейкой измеряют величину несовпадения конечного штриха ленты с концом отрезка. Разность длины ленты с ее номинальной величиной называется поправкой за компарирование ленты. Если ее фактическая длина больше номинальной, то поправка за компарирование положительна; если меньше — отрицательна. Этой поправкой исправляют результаты измерений, выполненных лентой. Если поправка за компарирование ленты не превышает 1—2 мм, то ею пренебрегают. Для компарирования мерных приборов в полевых условиях создают полевой компаратор. На ровной местности надежно закрепляют концы базиса длиной 120 м. Базис измеряют сначала более точным мерным прибором, например проверенным на стационарном компараторе, а затем компарируемым прибором. Из сравнения результатов измерений получают поправку за компарирование. Для надежности измерения выполняют несколько раз и за окончательный результат принимают среднее. Приборы для точных измерений (проволоки, рулетки) компарируют на стационарных компараторах. Сначала образцовыми инварными жезлами измеряют длину компаратора, а затем ту же длину — компарируемым мерным прибором. Измерив многократно и при разных температурах длину мерного прибора, выводят ее уравнение:

l = l₀ + Δl + α l₀ (t +t₀)

где l — длина мерного прибора при температуре t; l₀— номинальная длина мерного прибора; l₀— поправка к номинальной длине при температуре компарирования t_o, α — температурный коэффициент линейного расширения, a t₀ — температура компарирования.

Вешение линий

Перед измерением длины линии на ее концах устанавливают вехи— деревянные шесты длиной 2—3 м выкрашенные для лучшей видимости полосами белого и красного цвета и имеющие на нижнем конце острый стальной наконечник. Если длина линии превышает 100 м или на каких-то участках ее не видны установленные на концах линии вехи, то в их створе устанавливают вспомогательные вехи. Створом двух точек называют проходящую через них вертикальную плоскость. Установку вех в створе называют вешением. Вешение обычно ведут «на себя». Наблюдатель становится на провешиваемой линии у вехи А (рис. 5.2, а), а рабочий по его указаниям ставит веху 1 так, чтобы она закрыла собой веху В. Затем таким же образом последовательно устанавливают вехи 2, 3 и т. д. Установка вех в обратном порядке, т. е. «от себя», является менее точной, так как ранее выставленными вехами закрывается видимость на последующие. Чтобы выполнить вешение более точно, в точке А устанавливают теодолит, наводят его на основание вехи В и вехи 1, 2, 3 устанавливают в створ по теодолиту. Если точки А и В являются недоступными или между ними расположена возвышенность (рис. 5.2, б), то вехи ставят примерно на линии АВ на возможно большем расстоянии друг от друга, но так, чтобы в точке С увидеть вехи В и D, а в точке D — вехи Л и С. При этом рабочий в точке С по указаниям рабочего в точке D ставит свою веху в створ линии AD. Затем рабочий в точке D по указаниям рабочего в точке С переносит свою веху в точку D₁, т. е. в створ точек С и В. Затем из точки С переносят веху в точку С₁и т. д. Процесс продолжается до тех пор, когда обе вехи окажутся в створе. Если линия пересекает овраг, то сначала вехи ставят на берегах оврага, потом в створе этих вех, по склонам и затем по дну оврага. Если нужно продолжить существующую линию (например, ЛЗ, рис. 5.2, а), в створе вех А и 3 ставят вехи 2, 1, В и т. д. Места для вех выбирают на глаз или с помощью теодолита, установленного в точке 3. В последнем случае зрительную трубу теодолита наводят на веху А, переводят трубу через зенит и, наблюдая в зрительную трубу, дают указания, где поставить следующую веху (например2).Для повышения точности построение продолжения линий повторяют при другом положении вертикального круга.