книги / Практикум по геодезии
..pdfТермометры 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