水准仪检定装置

JJG960—201211范围本规程适用于各类水准仪检定装置的首次检定、后续检定和使用中检查。2概述水准仪检定装置是一种能产生一条水平准线,并可实现多目标的测量装置,该装置主要用于水准仪检定或校准。按结构它可分为自动安平式(见图1)和自准直式(见图2),按水平准线偏差其准确度可分为1级、2级和3级。图1自动安平式水准仪检定装置示意图1—自动安平式平行光管;2—被检水准仪图2自准直式水准仪检定装置示意图1—平行光管;2—被检水准仪3计量性能要求3.1i角测微器示值误差i角测微器示值误差要求见表1。3.2平板测微器示值误差平板测微器示值误差要求见表1。3.3微倾工作台示值误差微倾工作台示值误差要求见表1。3.4水平准线补偿器补偿误差水平准线补偿器补偿误差要求见表1。JJG960—201223.5水平准线偏差水平准线偏差要求见表1。3.6多目标偏离准线误差多目标偏离准线误差要求见表1。表1计量性能要求序号项目单位准确度等级1级2级3级1i角测微器示值误差绝对值(″)≤1≤1.5≤22平板测微器示值误差绝对值≤0.05≤0.05/3微倾工作台范围(′)±8±8±8示值误差绝对值(′)≤1≤1≤14水平准线补偿器范围(′)-4~+4误差绝对值(″)/(′)≤0.2≤0.3≤0.55水平准线偏差绝对值(″)≤2≤3≤46多目标偏离准线误差绝对值≤0.2≤0.2≤0.34通用技术要求4.1外观4.1.1新制仪器的镀层及喷漆表面不应有碰伤和脱落现象。4.1.2在仪器工作面上不应有明显的锈蚀和划痕,以及影响使用的其他缺陷。4.1.3平行光管视场亮度均匀,分划板成像清晰,分划板水平线应保持水平,各光学零件表面镀膜不得脱落且无灰尘、霉斑等影响读数的其他缺陷。4.1.4水准仪检定装置的焦距均应不小于500mm,1级检定装置的焦距应不小于1000mm。4.1.5仪器上应标有制造厂名称或商标,及出厂编号。4.2各部件相互作用4.2.1i角测微器、平板测微器和升降工作台的移动转动应手感平稳,不应有阻滞或松动现象。锁紧机构的作用应可靠。4.2.2升降工作台应有足够的行程范围,以保证各种水准仪在测量时水准仪光轴与装置光轴能达到同等高度。5计量器具控制计量器具控制包括:首次检定、后续检定和使用中检查。5.1检定条件5.1.1检定用设备检定用设备和技术要求见表2。JJG960—20123表2检定用设备和技术要求序号设备名称技术要求1水平准线陪检器(以下简称陪检器)水平零位误差扩展不确定度不大于0.2″,k=22自准直仪量程为10′,示值误差绝对值不大于0.5″(1′范围),视场为亮视场3水准仪平板测微器分度值不大于0.05mm,原理上没有调焦运行误差5.1.2检定环境条件室内温度为常温,温度变化量≤1℃/h;相对湿度≤75%。检定设备及被检设备应在上述条件的室内放置24h以上。5.2检定项目检定项目见表3。表3检定项目首次检定后续检定使用中检查外观及各部件的相互作用+++i角测微器示值误差++-平板测微器示值误差+--微倾台示值误差+--水平准线补偿误差++-水平准线偏差+++多目标偏离准线误差+--注:表中“+”表示应检定;“-”表示可不检定5.3检定方法5.3.1外观及各部件的相互作用目视观察及试验。5.3.2i角测微器示值误差自动安平式水准仪检定装置物镜前配有格值为1″的i角测微器。检定时,先将自准直仪安放在水准仪检定装置的工作台上,升降工作台使自准直仪光轴与水准仪检定装置的光轴等高。然后旋转i角测微器至零位,调整自准直仪使其十字分划线横丝与被检装置的十字分划线横丝重合,从自准直仪读取读数aR0。接着右旋转i角测微器分别置于5″、10″、15″处,从自准直仪上分别读取读数aR1、aR2、aR3,此为往测。再反向旋转i角测微器,依次对准15″、10″、5″、0″处,分别从自准直仪上读取读数a3、a2、a1、a0,此为返测。再次旋转i角测微器至零位,重新用自准直仪的十字分划线对准被检装置的十字分JJG960—20124划线,从自准直仪读取读数aL0。按上述操作依次左旋转,对测量点5″、10″、15″进行测量,自准直仪上分别读取往测读数aL1、aL2、aL3,以及返测读数a3、a2、a1、a0。按公式(1)分别对i角测微器各测量点的示值误差进行计算。取绝对值最大的示值误差为i角测微器示值误差(见附录A中表A.1)。δ角i=Ai-ai-a0×2(1)式中:δ角i———第i测量点的示值误差,(″);Ai———i角测微器上的分度值,″; ai———i角测微器第i测量点的往、返测读数平均值,即(ai+a)/2,(″);a0—i角测微器左向或右向零位的往、返测读数平均值,即(a0+a)/2,(″)。5.3.3平板测微器示值误差检定装置的测微器是由平行玻璃板和微分筒组成,其检定方法如下:5.3.3.1调整水准仪使其照准被检装置十字分划线目标,将平板测微器指标设置在100格处,水准仪测微器指标设置在起始位置。5.3.3.2调焦水准仪望远镜,使其十字分划线与被检装置在∞远目标重合。5.3.3.3再次调焦水准仪望远镜,使其被检装置在2m处目标清晰,升降和调整工作台及水准仪,使水准仪的十字分划线与2m处十字目标重合。5.3.3.4重复5.3.3.2、5.3.3.3步骤,直到水准仪望远镜光轴与被检装置光轴完全重合。5.3.3.5将被检测微器转到100格,同时转动水准仪测微器处于零位,转动调焦手轮水准仪瞄准6m目标,升降装置工作台重新使两个十字线的水平线重合,并记录水准仪测微器读数为a0。5.3.3.6依次对准被检装置的80、60、40、20、0格处,读数分别为a1、a2、a3、a4、a5;返测时依次对准0、20、40、60、80、100格处,读数分别为a、a、a、a、a、a0。5.3.3.7重新调整,将被检测微器转到200格,同时转动水准仪测微器处于零位,升降装置工作台重新使两个十字线的水平线重合,并记录水准仪测微器读数为a6。5.3.3.8依次对准被检装置的180、160、140、120、100格处,读数分别为a7、a8、a9、a10、a11;返测时依次对准100、120、140、160、180、200格处,读数分别为a、a10、a9、a8、a7、a6。5.3.3.9数据处理利用公式(2)计算0格~100格的各测点的测微器示值误差δi:δi=(Ai-A0-ai-a0)×sv(2)式中:Ai,A0———被检装置测量点、起测点的格数,格;ai———水准仪在第i测量点往返测读数的平均值(ai+a)/2,格;a0———水准仪在起测点往返测读数的平均值(a0+a)/2,格;JJG960—20125sv—格值(scalevalue),取0.05mm/格。利用公式(3)计算100格~200格的各测点的测微器示值误差δi:δi=(Ai-A6-ai-a6)×sv(3)式中:Ai,A6———被检装置测量点、起测点的格数,格;ai———水准仪在第i测量点往返测读数的平均值(ai+a)/2,格;a6———水准仪在起测点往返测读数的平均值(a6+a)/2,格;sv—格值(scalevalue),取0.05mm/格。取最大示值误差与最小示值误差之差为平板测微器示值误差(见附录A中表A.2)。也可用扩展不确定度(k=2)不大于被检仪器该项指标1/3的其他装置进行测量。仲裁检定时,必须依据本规程详述的检定方法。5.3.4微倾台示值误差采用量程为10′的自准直仪和平面反射镜进行检定,如图3所示。具体步骤如下:图3微倾台示值误差测量示意图1—自准直仪;2—反射镜;3—被检微倾台5.3.4.1将平面反射镜放置在微倾台上,使反射面与倾斜回转轴平行。先将前后倾方向的微倾手轮置0位,调整自准直仪使其照准反射镜。转动自准直仪测微鼓轮使自准直仪十字线与其反射像重合,读取读数aL0。依次左旋微倾手轮4′、8′,读取aL1、aL2。再将微倾手轮重新置0位,重调自准直仪水平像位置,读取aR0。依次右旋微倾手轮4′、8′,读取aR1、aR2。按公式(4)分别对前后倾方向的各测量点的示值误差进行计算。δ倾i=Ai-ai-a0(4)式中:δ倾i———某倾斜方向的第i测量点的示值误差,(′);Ai———微倾手轮的示值,(′);ai———微倾手轮上某倾斜方向的第i测量点的自准直仪读数,(′);a0———微倾手轮上某倾斜方向的第0测量点的自准直仪读数,(′)。5.3.4.2按5.3.4.1方法测量左右倾斜方向的微倾手轮的示值误差。取绝对值最大的微倾手轮的示值误差为检定结果。5.3.5水平准线补偿误差采用光电自准直仪对自动安平式水准仪检定装置的水平准线补偿误差进行测量。具6体步骤如下:5.3.5.1把自准直仪放在升降工作台上,调整其底脚手轮,使自准直仪照准被测仪器光轴,读取被测仪器十字像的水平读数b0,调整被检仪器底脚手轮,重复测量3次水平 位置,取平均值为b0。5.3.5.2调整被检仪器底脚手轮,分别向前、后、左、右方(面向被检仪器)倾斜4′,重复测量3次,取平均值为b前、b后、b左、b右,按公式(5)计算各倾斜方向的补偿误差,取绝对值最大的补偿误差为检定结果(见附录A中表A.3)。δ补i=(5)式中:δ补i—第i方向的补偿误差,(″)/(′);bi—装置向第i方向倾斜后,用自准直仪测量3次读数的平均值,(″);b0———装置处于水平时,用自准直仪测量3次读数的平均值,(″)。也可用扩展不确定度(k=2)不大于被检仪器该项指标1/3的其他装置进行检测。仲裁检定时,必须依据本规程详述的检定方法。5.3.6水平准线偏差5.3.6.1对于自动安平式水准仪检定装置,将被检装置、自准直仪、陪检器按图4所示位置放置,先升降工作台,使自准直仪和被检装置的光轴同轴,将被检装置调至∞位置上,自准直仪对准被检装置分划板的十字丝横丝,然后再将陪检器安置好,与自准直仪对正。图4水平准线偏差测量示意图1—被检水准仪检定装置;2—水平准线陪检器;3—自准直仪然后旋转自准直仪读数手轮,使之照准陪检器的第一工作面,读取反射像十字丝的横丝位置3次,取平均值为a1。将陪检器平面反射镜旋转180°,自准直仪照准陪检器的第二工作面,再读横丝位置3次,取平均值为a2。然后读取自准直仪视场中固定分划板十字丝横丝位置3次,取平均值为a0。接着保持自准直仪固定不动,将陪检器取走,从自准直仪视场中读取水准仪检定装置在第一摆位时十字丝横丝的位置3次(透射读数),取其平均值为b1,将被检仪器放在第二摆位,读取横丝位置3次,取其平均值为b2,读取自准直仪视场中固定分划板十字丝横丝3次,取平均值b0。JJG960—20127按公式(6)计算出该次测量的水平准线偏差Ci。式中:Ci—第i次测量的水平准线偏差,其中C值符号的判定应根据所使用的自准直仪的不同读数结构而定,(″);b0i———自准直仪测量被测装置水平准线时,读取自准直仪视场中固定分划板十字丝横丝3次的读数平均值,(″);b1i———被测装置水平准线在第一摆位时,自准直仪瞄准被测分划板十字丝横丝的3次读数平均值,(″);b2i———被测装置水平准线在第二摆位时,自准直仪瞄准被测分划板十字丝横丝的3次读数平均值,(″);a0i———自准直仪测量陪检器水平准线时,读取自准直仪视场中固定分划板十字丝横丝3次的读数平均值,(″);a1i———陪检器水平准线在第一摆位时,自准直仪瞄准十字丝反射像横丝的3次读数平均值,(″);a2i———陪检器水平准线在第二摆位时,自准直仪瞄准十字丝反射像横丝的3次读数平均值,(″)。重复测3遍,取其平均值为检定结果(见附录A中表A.4)。5.3.6.2对于自准直式水准仪检定装置,先升降工作台,使自准直仪和被检装置的光轴同轴,将被检装置调至∞位置上,自准直仪对准被检装置分划板的十字丝横丝,然后再将陪检器安置好,与自准直仪对正。然后旋转自准直仪读数手轮,使之照准陪检器的第一工作面,读取反射像十字丝的横丝位置3次,取平均值为a1。将陪检器旋转180°,自准直仪照准陪检器的第二工作面,再读横丝位置3次,取平均值为a2。然后读取自准直仪视场中固定分划板十字丝横丝位置3次,取平均值为a0。接着保持自准直仪固定不动,将陪检器取走,从自准直仪视场中读取水准仪检定装置十字丝横丝的位置3次(透射读数),取其平均值为b1,读取自准直仪视场中固定分划板十字丝横丝3次,取平均值b0。按公式(7)计算出该次测量的水平准线偏差Ci。重复测3遍,取其平均值为检定结果。式中:Ci—第i次测量的水平准线偏差,其中C值符号的判定应根据所使用的自准直仪的不同读数结构而定,(″);b0i———自准直仪测量被测装置水平准线时,读取自准直仪视场中固定分划板十字丝横丝3次的读数平均值,(″);JJG960—20128b1i———自准直仪瞄准被测分划板十字丝横丝的3次读数平均值,(″);a0i———自准直仪测量陪检器水平准线时,读取自准直仪视场中固定分划板十字丝横丝3次的读数平均值,(″);a1i———陪检器水平准线在第一摆位时,自准直仪瞄准十字丝反射像横丝的3次读数平均值,(″);a2i———陪检器水平准线在第二摆位时,自准直仪瞄准十字丝反射像横丝的3次读数平均值,(″)。5.3.7多目标偏离准线误差具体检定步骤如下:5.3.7.1把水准仪放在检定台上,使水准仪与被检装置的光轴高度大致相同,整平,测微器严格调至50格处,将水准仪调焦至无穷远处,观测被检装置目标,调整被检装置微动脚螺旋(对于自动安平式,调整i角测微器),使目标横丝与水准仪分划板横丝重合。5.3.7.2转动水准仪调焦手轮,观测被检装置最近目标,调整水准仪使被检装置近点的目标横丝与水准仪分划板十字丝的横丝重合。5.3.7.3如此反复上述操作,直到水准仪分划板水平线与被检装置的无穷远、最近点目标横丝均重合为止。5.3.7.4旋转水准仪调焦手轮,依次照准被检装置内各测量点目标,用水准仪的测微器读取各测量点位置相对无穷远与最近点目标中心连线的偏差值,此为一个测回。共测量两个测回,求平均值,取其最大差值作该被检装置的多目标偏离准线误差(见附录A中表A.5)。也可用扩展不确定度(k=2)不大于被检仪器该项指标1/3的其他装置进行检测。仲裁检定时,必须依据本规程详述的检定方法。5.4检定结果的处理经检定符合本规程要求的水准仪检定装置发给检定证书,并注明相应等级。检定不合格的装置应发给检定结果通知书,并注明不合格项目。检定证书及检定结果通知书的内页格式见附录C。5.5检定周期水准仪检定装置的检定周期一般不超过2年。JJG960—20129附录A表A.1i角测微器示值误差表单位:(″)i角测微器分度值Ai自准直仪读数左旋右旋051015051015往测ai23.826.429.231.824.021.629.416.4返测a24.026.429.431.623.921.429.216.3平均ai23.926.429.331.724.021.529.316.4ai-a002.55.47.80-2.5-5.4-7.6δi=Ai-ai-a0×2 0.0+0.8+0.6 0.0+0.8+0.2表A.2平板测微器示值误差表012345平板测微器格数100806040200水准仪读数往测(格)ai0.019.639.559.579.799.7返测(格)a0.019.839.459.779.799.8平均(格)ai0.019.739.459.679.799.8ai-a0019.739.459.679.799.8Ai-A0- ai-a0 00.30.60.40.30.2序号67891011平板测微器格数200180160140120100水准仪读数往测(格)ai0.019.940.060.280.2100.3返测(格)a0.020.040.360.380.3100.2平均(格)ai0.020.040.260.280.2100.2ai-a6020.040.260.280.2100.2Ai-A6- ai-a6 00.0-0.2-0.2-0.2-0.2平板测微器示值误差0.6-(-0.2)格×0.05mm/格=0.04mmJJG960—201210表A.3水平准线补偿误差表倾斜角次数水平前倾4′后倾4′左倾4′右倾4′124.224.124.024.124.2224.024.324.224.224.4324.324.324.324.324.1平均值24.1724.2324.1724.224.23归零0.000.060.000.030.06补偿误差(″/1′)0.06/4×2=0.03表A.4水平准线偏差表测算值次数a0a1a2Ab0b1b2BC161.17.23.056.061.834.832.256.6+0.6261.07.52.855.961.934.632.356.9+1.0361.07.82.555.961.934.732.556.6+0.7结果C=0.8″注:表中A=a0-(a1+a2)/2;B=2[b0-(b1+b2)/2];C=B-A。表A.5多目标偏离准线误差表测量位置测回数3m6m9m18m36mⅠ(格)0.0+0.2+0.1+0.2+0.2Ⅱ(格)0.0+0.1+0.10.0+0.1(Ⅰ+Ⅱ)/2(格)0.0+0.15+0.1+0.1+0.15结果0.15×0.05mm=0.08mm注:本实例采用Ni002水准仪,其测微器为0.05mm/格。JJG960—201211附录B自动安平式水准仪检定装置水平准线偏差检定方法对于自动安平式水准仪检定装置,当所带i角测微器在±15″范围内示值误差小于1″时,可利用该装置的i角测微器,配合扩展不确定度不大于0.2″(k=2)的陪检器,对水平准线偏差指标进行测量。1)先将陪检器固定在被检装置的工作台上,被检装置调焦手柄放在∞位置上,陪检器整平后,升降工作台使陪检器反射镜中心与被检装置的光轴等高。2)将水准仪检定装置置于第一摆位位置,陪检器置于摆位Ⅰ时,旋转其i角测微器,用装置目镜对准分划板横丝反射像中心,从i角测微器上读取读数AⅠ。再将陪检器转至摆位Ⅱ,重新转动i角测微器,再次对准分划板横丝反射像中心,读取读数AⅡ。3)将水准仪检定装置置于第二摆位位置,按2)方法分别读取陪检器摆位Ⅰ和摆位Ⅱ的读数A′Ⅰ和A′Ⅱ,则按公式B.1计算该次被检装置水平准线偏差Ci,重复测量3次,取其平均值为检定结果。(B.1)式中:Ci———第i次测量的水平准线偏差,(″);AⅠi———被测装置在第一摆位位置,陪检器在摆位Ⅰ时,瞄准分划板横丝反射像中心的3次读数平均值,(″);AⅡi———被测装置在第一摆位位置,陪检器在摆位Ⅱ时,瞄准分划板横丝反射像中心的3次读数平均值,(″);A′Ⅰi———被测装置在第二摆位位置,陪检器在摆位Ⅰ时,瞄准分划板横丝反射像中心的3次读数平均值,(″);Ai———被测装置在第二摆位位置,陪检器在摆位Ⅱ时,瞄准分划板横丝反射像中心的3次读数平均值,(″)。注:计算时,i角测微器刻度值零点两侧数值符号相异。JJG960—201212附录C检定证书和检定结果通知书内页格式C.1检定证书内页格式检定结果温度:℃相对湿度:%检定结果1外观及各部件的相互作用2i角测微器示值误差3平板测微器示值误差4微倾台示值误差5水平准线补偿误差6水平准线偏差7多目标偏离准线误差检定依据:JJG960—2012《水准仪检定装置》C.2检定结果通知书内页格式检定结果温度:℃相对湿度:%主要检定项目检定结果合格判断1外观及各部件的相互作用2i角测微器示值误差3平板测微器示值误差4微倾台示值误差5水平准线补偿误差6水平准线偏差7多目标偏离准线误差检定依据:JJG960—2012《水准仪检定装置》附加说明:(说明检定结果不合格项)JJG960—201213附录D水准仪检定装置水平准线偏差测量结果不确定度评定报告示例D.1测量方法根据本规程规定,水准仪检定装置水平准线偏差是采用水平零位误差扩展不确定度不大于0.2″(k=2)的水平陪检器和0.2″的光电自准直仪(亮视场),构成标准水平准线,以直接比较方法检定水准仪检定装置的水平准线偏差,取3次水平准线偏差的平均值为测量结果。现以自动安平式水准仪检定装置水平准线偏差测量结果不确定度评定为例。D.2数学模型由公式(6)得自动安平式水准仪检定装置水平准线偏差计算公式(D.1)为:式中:Ci—第i次测量的水平准线偏差,其中C值符号的判定应根据所使用的自准直仪的不同读数结构而定,(″);b0i———自准直仪测量被测装置水平准线时,读取自准直仪视场中固定分划板十字丝横丝3次的读数平均值,(″);b1i———被测装置水平准线在第一摆位时,自准直仪瞄准被测分划板十字丝横丝的3次读数平均值,(″);b2i———被测装置水平准线在第二摆位时,自准直仪瞄准被测分划板十字丝横丝的3次读数平均值,(″);a0i———自准直仪测量陪检器水平准线时,读取自准直仪视场中固定分划板十字丝横丝3次的读数平均值,(″);a1i———陪检器水平准线在第一摆位时,自准直仪瞄准十字丝反射像横丝的3次读数平均值,(″);a2i———陪检器水平准线在第二摆位时,自准直仪瞄准十字丝反射像横丝的3次读数平均值,(″)。故,自动安平式水准仪检定装置水平准线偏差的数学模型如公式(D.2)所示:f(C)=f(b0i,a0i,b1i,b2i,a1i,a2i,δz,δp)2b0i-ö,÷-(D.2)其中:δz———自准直仪示值误差,(″);δp———水平准线水平零位误差扩展不确定度,(″)。D.3方差和传播公式