книги / Практикум по геодезии

Термометры сонротиплспия. Термометры сопротпплепил позво­ ляют производить дистанционное измерение температуры воз­ духа. В основу этих приборов положена зависимость изменения сопротивления проводников от изменения их температуры.

В настоящее, время разработана конструкция дистанционного электротермометра ДЭТ-Г, позволяющего проводить измерение температуры воздуха па удалении от поверхности земли до 15 м

21

с точностью до 0,2—0,4° С. Термометр помещается в специальном блоке, предохраняющем прибор от прямого действия солнечных лучей; блок прикрепляется к специальной мачте плп дереву п соединяется проводом с пультом управления. Пптаппе прибора осуществляется от батарей.

С о с т а в и с п о л н и т е л е й п р а с п р е д е л е н и е о б я з а н н о с т е й . Изучает барометры п термометры каждый студепт.

ЗАДАППЕ 1.2 ПРОИЗВОДСТВО БАРОМЕТРИЧЕСКОГО НИВЕЛИРОВАНИЯ

I. Задача: проложить замкнутые барометрические ходы с опо­ рой па времеипую барометрическую стапцшо (ВВС).

II . Литература: Прихода А . Г. Барометрическое нивелиро­ вание. М., «Недра», 1972, § 19, 30.

III. Приборы и принадлежности: барометры —2; термометры — 2; часы — двое; аэрофотоеппмок местности; журналы баромет­ рического пивслироваипя, ручки.

IV. Последовательность выполпенпя задания:

1)составаепие проекта ходов;

2)оргаппзацпя времеппоп барометрической стапцнп (ВВС);

3)производство паблюдеппй па времеппоп барометрической стапции;

4)производство паблюдеппй на точках хода (в рейсе).

Для производства барометрического пивслироваипя более широко применяются:

1)способ замкнутых полигонов с опорой на временную баро­ метрическую станцию;

2)способ персдвнжпоп барометрической стапции;

3)способ пивелироваппл с опорой на несколько барометри­ ческих станций (способ срочных отсчетов).

Из перечисленных способов рассмотрим только первый. Способ замкпутых полигонов с опорой на временную баромет­

рическую станцию (ВВС) позволяет успешно вести борьбу с источ­ никами погрешностей, вызываемыми пзмепевисм давлелпя с тече­ нием врсмепи. Нпвелпроваппс выполняется от ВВС путем проложенпл одним плп пескольклмп исполнителями замкпутых ходов, включающих определяемые точки.

1.Составление проекта работ. Перед началом полевых работ по барометрическому ппвелнровапшо составляется проект мар­ шрутов ходов. На аэрофотоснимках намечаются ВВС п определяе­ мые точки, а также отмечаются пути подхода к ним. С аэрофото­ снимков заироектпроваплые точки переносятся на фотосхему, фотоплап плп карту, а затем на восковку, на которой соста­ вляется деталыши проект работ. Копия маршрутов' остается па базе партии или барометрпчсской станции.

22

Число проектируемых точек зависит как от того, для каких целен производится нивелирование, так и от сложности рельефа местности.

Для ВБС при проектировании выбирают точку, высота кото­ рой известна. Для обеспечения большей надежности результатов нивелирования рекомендуется производить привязку запроекти­ рованных ходов пе менее чем к двум твердым точкам.

Расстояния между ВБС и точками хода проектируются в зави­ симости от необходимой точности определения высот, а также средних значений горизонтального барического градиепта, воз­ можных в данное время на данной территории.

Для определения допустимых удалений точек хода от времен­ ной барометрической станции можно воспользоваться данными табл. 1.

			Т а б л и ц а 1
		Допустимое удаление
Средняя ноаар.тгпческая		средних	точек ипепчего
		ходя	от ВБС, км
погрешность определения
i.ucoT	точен, и	Зима	Лето
До 0 ,5 -0 ,С		2,5	3,5
»	1,0— 1,2	6,0	10,0
»	2,0— 3,0	12,0	16,0
»	4,0— 0,0	18,0	25,0

*

При этом удаление средних точек хода подсчитывается как среднее из удалений от ВБС всех точек данного хода.

Влияние погрешпосте*!, обусловленных наличием горизонталь­ ного барического градиента, можно ослабить, если барометрические ходы или полигоны прокладывать между точками с высотами, нолучеппымп пз геодезического плп геометрического ппвелпроваппя. При проектировании таких ходов необходимо стремиться, чтобы они былп по возможности вытянутыми, а разность высот исходных точек мппнмальпой. При соблюдепнп этпх условии до­ пуски, прпведеппые в табл. 1, можно увеличить в два раза, если общая по времени продолжительность проложепня хода (рейса) будет не более 4 ч. ВБС в таком ходе может располагаться па лю­ бой точке хода плп вблнзп него.

В условиях учебпон практпкп ход барометрического пивелнроваппя намечается руководителем бригады па аэрофотоеппмке или фотоплане. .

2. Организация временной барометрической стапцин. ВБС ор­ ганизуется для регистрации пзмепеяпя с течением времени давле­ ния и температуры окружающего воздуха в период нроложения хода. ВБС, высота которой должна быть известна, располагается на средпен высоте, характерной для местности, подлежащей

23

нивелированию. Не рекомендуется располагать стапцшо непо­ средственно около больших водоемов, если определяемые точки находятся вдали от них, и па остроконечных открытых вершинах. На последних возможны искажения показании барометров под

влиянием напорного действия

ветра.

временной

барометрической

3.

Производство наблюдений

на

станции. Работа,

выполняемая

па

ВВС,

состоит из следующих

операций:

и

температуры по

1)

одновременные наблюдения давления

станционным и полевым приборам (сравпеппе приборов) до начала

проложенпя

хода;

Т а б л и ц а 2

2) наблюдения

давления

и

температуры

воздуха через

оп­

Средний кийдра-

Интсриллы между

ределенные

промежутки

вре­

отсчетами

по

мени;

тпчсскап

барометрам

п

одновременные' паблюде-

погрешность

термометрам

па

3)

определения

барометрических

нпя давлелпя

л

температуры

дысот точек, ы

станциях, мни

по станционным полевым прибо­

До 0,5

10

рам (сравпенпе приборов) после

»

1,0

15

проложенпя

хода.

»

2,5

30

Сравпеппе

приборов произ­

»

5,0

ео

водится

для

прпведеппя

пока­

заний

всех используемых

баро­

метров

в едпиую

систему. На

основании результатов этих сравнении вводят поправки за несо­ впадение начальных отсчетов и смещение иуля шкал приборов.

После сравнения приборов два исполнителя (наблюдатель и вычислитель) остаются па временной барометрической станции п производят наблюдения давлеппя и температуры воздуха. Интер­ валы этих наблюдении устанавливаются в соответствии с требуе­ мой точностью определения высот (табл. 2).

Наблюдеппя на ВЕС выполняют с помощью одного или двух барометров и термометра, фиксируя моменты отсчетов по выве­ ренным часам. Приборы устанавливают на станции около знака на подставках илп штативах на одинаковом уровне от земли и закрывают от солнечных лучей зонтом, навесом и т. п. Ртутные барометры устанавливают в специальных барометрических шка­ фах, а барометры-анероиды и мпкробаромстры в упаковочных ящиках. Высоту установки приборов пад землей и пад центром знака фиксируют в станционном журнале.

Наблюдения начинают через 10—30 мин после установки при­ боров, чтобы они восприняли температуру п давление окружа­ ющего воздуха. Если транспортировка осуществлялась па авто­ машине или вертолете (в производственных условиях), то приборы должны отстояться ие менее 30 мин. После этого можно произ­ водить отсчеты по:

а) часам;

G) аеппрацвонпому теомометру пли термометру-пращу;

2i

в) термометрам при барометрах; г) барометрам (в последовательности, указапнон в задании

1.1).

Иаблюдеипя при сравнеппп приборов выполняют дважды; через 3—5 мпп после первых производят повторные.

Отчеты записывают в станционный журнал барометрического нивелирования. Образцы записи п вычислений в журналах для различных барометров рассмо­ трены в задании 1.3.

По результатам, полученным па станции, целесообразно строить графики пзмеиеипя дав­ ления (рпс. 16) н температуры воздуха с течением времени. Графики используют для опре­ деления поправок к результатам наблюдений па определяемых точках.

Для станционных наблюде­ нии лучше использовать прп- боры-самоппсцы: барографы и термографы, инструментальная точность которых не ппже точ­ ности полевых приборов.

4.Производство наблюдений

на точках хода. После сравнения	Рис. 10.	График ггзмспсшш давле­
приборов на временной бароме­	ния	с тсчсписм Dpciieim
трической стапцпп часть испол­

нителей отправляется по точкам хода (в репс). По прибытии па пер­ вую точку устанавливают приборы (и л и на специальные штативы, или на землю) и через 10 мин после установки производят наблю­ дения. Порядок наблюдений такой же, как и на ВВС. Результаты наблюдений записывают в полевой журнал. После первой точки переходят (пли переезжают) па вторую, третью и т. д. После чего возвращаются па ВВС п производят повторпое сравнение приборов.

Изменение разности давления между станционными и рейсо­ выми приборами от первого до второго сравнения (велпчппа спол­ зания нуля) является контролем качества работы приборов. Для одного и того же прибора величина сползания примерно одина­ кова и может колебаться (при одном перепаде температур в рейсе) в пределах 0,10 мб (0,08 мм рт. ст.).

При наблюдениях па определяемых точках хода двумя прибо­ рами о качестве барометрического нивелирования судят по срав­ нению результатов наблюдении, полученных по двум барометрам. Расхождение в показаниях приборов должно быть таким же, каким опо было при сравнении их па ВВС.

С о с т а в и с п о л н и т е л е й п р а с п р е д е л е н и е о б я з а н н о с т е й . Задание выполняет бригада пз четырех

25

студентов: два наблюдателя, два вычислителя. Каждый члеп бригады последовательно выполняет обязанности наблюдателя и вычислителя по плану чередования, составленному руководи­ телем.

ЗАДАНИЕ 1.3

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ БАРОМЕТРЫЧЕСКОГО НИВЕЛИРОВАПНЯ

I. Задача: вычислить отметки точек хода барометрического нивелирования.

II. Литература: Прихода А . Г. Барометрическое нивелиро­ вание. М., «Недра», 1972, § 19.

III. Пособия и принадлежности: арифмометр, счеты, логариф­ мическая линейка, барометрические таблицы, журналы баромет­ рического нивелирования, бланки для вычислений, ручка.

IV. Последовательность выполнения задания: 1) вычисление атмосферного давления;

2)вычисление отметок точек хода;

3)оценка точности определения высот точек пз барометриче­ ского нивелирования.

1.Вычисление атмосферного давлеппя. После произведенных паблюдеипй по барометрам вычисляют атмосферное давление. Его получают по формулам, которые зависят как от принципа

устройства барометра, так п его конструкции.

В ы ч и с л е н и я а т м о с ф е р н о г о д а в л е п п я п о р т у т н о м у б а р о м е т р у

Необходимо в отсчет по прибору Р' ввести следующие поправки; за температуру bPt, за изменение силы тяжести б PCJ в инструмен­ тальную ЬРиЖГ?

Р = Р' + d P f+ 6PCT+ 6 P IIHCTp.	(Г.2)
П о п р а в к а з а т е м п е р а т у р у б Р,	в ртутпом баро­

метре возникает вследствие расширения ртути н латунной оправы при изменении температуры. Чтобы исключить влияние темпера­ туры, показания барометров приводят к 0° С, для чего в отсчет

по прибору вводят поправку §P t, вычисляемую	по формуле
bPt = —(ri — ri)P 'tt	(1.3)

где r t — коэффициент расширения ртути, равный 0,000181;

г2 — коэффициент расширения материала, пз которого изго­

товлена	шкала (для	латуни г2 = 0,000018);
Р' — отсчет	по барометру	при температуре 1е;
t — температура прибора.

П о п р а в к а з а и з м е н е н и е с и л ы т я ж е с т и 6РСТ вызывается тем, что плотпость ртуты зависит от ускорения

26

силы тяжести. Последнее определяется географической шпротой

местности и высотой отиосительпо уровня моря.
Поэтому эта	поправка разделяется па			две:		барометра
а) поправку	за	приведение	показания	ртутного
к пормальпой силе тяжести на шпроте 45°брф> равную
		6РФ—	р cos 2<рР 'я			(1.4)
где Р — коэффициент, равный 0,00265;
<р — географическая шпрота места наблюдения;						барометра
б) поправку	за	приведение	показания	ртутного
к пормальпой силе тяжести па уровне моря 6 p J/t					равную
		Ь Р „ = - Щ - Р \				(1.5)
где И — высота	места паблюдеппя над уровнем				моря;
Л — радиус Землп.

Величины поправок б Рп б Pv и б р н обычно выбирают из зара­ нее составленных таблиц по аргументам: температуре прибора, географической широте п высоте места наблюдения над уровнем моря.

И н с т р у м е н т а л ь н а я п о п р а в к а Р ннстр является следствием влияния некоторых погрешностей изготовления при­ бора; наличия остаточного воздуха в вакууме иад ртутью; некото­ рых нзмснеипй, происходящих в приборе в процессе его эксплуа­ тации. Эту поправку определяют путем сравнения показаний ртут­ ного барометра с учетом температурной поправки и поправки за приведение к нормальной спле тяжестп с показаниями баро­ метра-эталона.

П р и м е р 1. Вычислить атмосферное давление но ртутному барометру в /куриале барометрического нивелирования (табл. 3), Исходные данные для вычисления: <р = 56°; II = 200 м; Л = = 0370 км.

Решение примера дапо в табл. 3. Давление Р вычисляют по формуле (1.2). Поправки б Л/, 6Р® л 6Рц — по формулам (1.3)— (1.5).

О п р е д е л е н и я а т м о с ф е р н о г о д а в л е п п я

ба р о м е т р о м - а н е р о и д о м

Вотсчет по шкале А следует ввести поправки за погрешность шкалы ДРШК, за температуру ДPt п добавочную ДР 0.

Таким образом, атмосферное давление вычисляется по формуле

Л = А -f-ДРшк

+ Д ^о’

(П6)

' Появление поправки за погрешность шкалы обусловливается тем, что при пзготовлешш анероидов шкалы делают линейными для всего дпапазопа давлений н одинаковыми для всех приборов давпого типа. Одпако анероид неодинаково реагирует на изме­ нение давления в разлпчпых згчастках шкалы. Кроме того, рычаж­ ная передаточная система прибора вызывает нелинейность шкалы

27

Т а б л и ц а 3

Журнал барометрического					шюелцровшшя
Дота 29/VII 1975 г.					Приборы		для	измерений:
Погода: пасмурно, ветер слабый			1.	Чашечный			ртутный		барометр
Наблюдатель A . В. Тихонов					^
Вычислитель Т . В. Стелл»»			2'	Термометр-прлщ
Выписка на аттестата: Инструментальная попрапка
ртутного барометра № 985					равна + 0,12			мм
11РСМП	о	Отсчеты по			Поправки ■>			отсчетам
наблю­		прибору
дения	. ►>									В
	«3
Название		■о
	с.О.		о. .							н
п	>4—	>>>.			а
М станции		ь я	«? Б							а
	I s '				и
					о					2
Ч МП11	а г	I й	" а		Z			&	а:
	с «				сГ	а.				2
	2 °	Л J	0 W					а.	о.
	"о		Я Л		■о	•о		•о	■о	o'
	Ь э		Кл

ВБС Рои 89

8 09 +17.9 +17.9 749.85 +0.12 —2.1S +0.74

1 О О ел

74S.48

в различных ее частях, так как угол между иередаточиыми рыча­ гами меняется. Поправки за погрешность шкалы аперопдов опре­ деляют для интервалов шкалы через 10 мм рт. ст. и записывают в аттестат прибора (табл. 4).

	Т а б л и ц а 4
Журнал барометрического ииислировпипп
Приборы для наблюдения	Дата 15/VI 1975 г.
1. Барометр аиероид БЛММ X* 1271	Погода: ясно, слабый ветер
2. Терыомстр-пращ	Наблюдатель О. М . Петренко
	Вычислитель //. К . Зотов

Q	Дата II время	Температура
X '	наблюдения	поздука.
§		градус
ь
Z

Отсчеты по аиероиду

темпера­ тура градус	давление мм,А рт.ст.
1,

	Поправки	к	fi
	отсчетам, мм рт. ст.
			О
			Н
			а,
	ж		2
	3		2
	О,	а.в.	а ь
	<

б	21/V.	1975 г.	+23.1	+23.0 752.7	+0.2 +0.7 —1.4 752.2
	17 ч	00 мип
	П о п р а в к а		з а т е м п е р а т у р у		ДPt обусловливается

тем, что следствием измепсвия температуры анероида является измепеипе размеров мехаипчсских его частей, а также, ызмснспио плотности газа и мембранной коробке и определяется по формуле

A P t-b li

(1.7)

где b — коэффициент	пропорциональности;
t — температура	прибора.
Д о б а в о ч н а я	п о п р а в к а аперонда возникает вслед­

ствие неточного учета погрешности шкалы п поправок за темпера­ туру из-за остаточпых деформаций в механизме прибора п от изме­ нения первоначальной установки деталей анероида п период эксплуатации и главным образом вследствие транспортировки прибора.

Поправка ДР,ВК п коэффициент b поправки за температуру определяются до начала и после окончания полевого сезоиа путем сравнения прибора с эталоном в специальных барокамерах. Механизм анеропда МД-49-А помещен в герметический стакан, что позволяет эталонировать барометр без барокамеры. Добавоч­ ная поправка определяется кок разность меящу давлепием, получешшм по ртутно.му барометру, п отсчетом по шкале анеро­ ида, предварительно исправленным поправками 8а температуру и за шкалу. Велпчппа поправки Л Р0 в течение полевого периода определяется через промеясуткп в несколько дней и тем чаще, чем эта поправка мепее устойчива.

Г1 р и м е р 2. Вычислить атмосферное давлепне по барометруанеропду в журнале барометрического ппвелпроваппя (см.

табл. 5).	Выписка		пзаттестата		прибора	приведена	в табл. 4.
							Т а б л и ц а 5
Выписка		из аттестата барометрп-апероицп				БАМД1 №	1271
				Поправка к отсчетлм
Дата		За	шкалу Ршк. и х рт. ст.				Добавочная
иоперил					ТемпературпыП
		730	740	750	коэффацпсит 6		Р ,
					760
17/V. 1975	г.	4-0.2	+0.4	+0.3	0.0	+0.03	—1.4

Величина поправки за шкалу Д.РШК для давления, равного 752,7 мм рт. ст., находится путем лпыейпого пптерполнрованпя поправок, указанных в табл. 4. Для давления 750 п 760 мм рт. ст. ЛРШК соответственно равна 4*0,3 п 0,0. Чтобы получить поправку Д/>шк для давления, равного 752,7.мм рт. ст., сначала составляют пропорцию

ю ....................	(-0,3),
9 7	х

откуда х — —0,08 мм рт. ст., а затем получают поправку ДРш„ = = 4*0,30—0,08 = 4-0,22 ^ 4*0,2 мм рт. ст.

Поправку за температуру ДPt вычисляют по формуле (1.7). Давление Р получают по формуле (1.6).

29

В ы ч и с л е н и е а т м о с ф е р н о г о д а в л е н и я
п о	ы п к р о б а р о п и в е л п р у МБНП
п м п к р о б а р о м е т р а м				МБ-63, ОМБ-1, ОМБ-ЗП
Вычисление	производят	по	формуле
		о
Р| = Р 0 + С0,0И		£	+	6Р + Р (Р эт—Р<)	(Б8)

где Р0 — значение абсолютного давления, соответствующее на­ чальному отсчету шкалы мпкробарометра (величину Р 0 ползают путем сравнения давления по мпкробарометру с давлением по ртутному барометру);

Со,® — цена делепня шкалы, соответствующая первому от на­ чала шкалы делевто прп температуре барометра 0° С (цена деления шкалы у приборов пе является величи­ ной постоянной);

щ— отсчет по шкале прибора;

о— градиент цепы деления шкалы — соотношение между измененном цены деления шкалы прибора н изменением отсчета;

бPt — поправка за температуру мпкробарометра на 1° С,

определенная	прп некотором давлопни JР9т;
tt — пзмереппая	температура прибора;

Д — термоэластнчпьш коэффициент материала, пз которого изготовлены анеропдные блоки (R = 30-10"5 градуса-1); Р„ — давление, при котором определялась поправка за тем­

пературу bPt;

Р\ — измеренное давлеппе.

Постоянные приборов Р 0, С0, 0, о, bPt определяют лаборатор­ ным путем* перед началом работы п вписывают в аттестат прибора.

Примеры на вычисление атмосферного давления по микробарометрам приведены ноже.

П р и м е р 3. Вычислить атмосферпое давлеппе па точках хода Реп 5 ,1 , 2, 3, Реп 100 по наблюдениям, вьшолпеппыМ мпкробарощшедпрсм МБНП 560. Результаты наблюдений п постоян­ ные прпбора приведены в табл. 6.

В графу 6 выписывают Р 0. В графах 7—9 вычисляют второе, третье п четвертое слагаемые для формулы (1.8). Последнее сла­ гаемое для этой формулы получают в графе 11. Для его вычпеле* иия необходимо знать измеренное давлеппе Р\. Его можно полу­ чить или одновременным измерением давления барометром-аперон-

дом плп вычислением по формуле
0»| + a	(1.9)

* Об этом см. [25, § 13]. Методы определения постоянных прибора могут бить предметом изучения в научном студенческой кружке но геодезии,

30