Горизонтальним кутом називають проекцію b просторового кута ÐCAB (рис. 7.1) на горизонтальну площину P. Для вимірювання горизонтального кута, утвореного напрямками AС і АВ. необхідно коло з розподілами розташувати горизонтально, поєднавши його центр з прямовисною лінією AA ¢, що проходить через вершину кута A. і визначити число поділок кола між проекціями напрямків AС і АВ на площину кола.
Вертикальні кути - це кути, розташовані у вертикальній площині (рис. 7.2). Кутом нахилу лінії називають кут n між напрямком лінії і її проекцією на горизонтальну площину. Кути нахилу вище горизонту - позитивні, нижче горизонту - негативні. Зенітна відстань - кут z між напрямком в зеніт і напрямком лінії.
Мал. 7.1. Горизонтальний кут ¢
Мал. 7.2. вертикальні кути
Горизонтальні і вертикальні кути вимірюють теодолітами.
7.2. пристрій теодолітів
Принципова схема пристрою теодоліта показана на рис. 7.3. В отвір підставки 2, що спирається на три підйомних гвинта 1, входить вісь обертання лімба 3, в яку в свою чергу входить вісь алідади 4.
Мал. 7.3. Схема пристрою теодоліта: ii - вісь обертання алідади; tt - вісь обертання труби; ss - візирна вісь труби; uu- вісь рівня алідади.
Лімб це скляний круг, по скошеного краю якого нанесені поділки з оцифруванням від 0 до 360º за годинниковою стрілкою.
Алідада - верхня частина приладу, розташована співвісно з німбом. Алідада несе стійки 6, на які спирається вісь tt обертання зорової труби 8 з вертикальним кругом 7. Установка осі ii обертання алідади в апломб виконується трьома підйомними гвинтами підставки по циліндричному рівню 5.
Обертові частини теодоліта забезпечені закріпними гвинтами для їх установки в нерухоме положення і навідними гвинтами для плавного їх обертання.
Зорова труба служить для забезпечення точності наведення на візирні мети. Труби бувають з прямим і зворотним зображенням.
Мал. 7.4. зорова труба
Оптична система труби (рис. 7.4.) Складається з об'єктива 1, окуляра 2 і фокусує лінзи 3, яку за допомогою спеціального пристрою - кремальєри 5, переміщають уздовж геометричної осі труби. Між фокусує лінзою і окуляром поміщена сітка ниток 4 - деталь, що несе скляну пластину з нанесеними на неї вертикальними і горизонтальними штрихами. При вимірюванні кутів перехрестя штрихів - центр сітки ниток, наводять на зображення візирної цілі.
Сітка ниток має чотири виправних гвинта, що дозволяють переміщати її в горизонтальному і вертикальному напрямках.
Лінія, що проходить через оптичний центр об'єктива і перехрестя сітки ниток, називається візирної віссю.
Збільшенням труби називається відношення кута, під яким зображення предмета видно в трубі, до кута, під яким предмет видно неозброєним оком. Практично збільшення труби дорівнює відношенню фокусної відстані об'єктиву до фокусної відстані окуляра. Труби геодезичних приладів мають збільшення від 15 'до 50' і більше.
Полем зору труби називається простір, видиме в трубу при її нерухомому положенні. Зазвичай воно буває від 1 до 2º.
Візуванням називають наведення труби на ціль. Точність візування залежить від збільшення труби і приблизно дорівнює
.
де v '- збільшення зорової труби, а 60²- середня роздільна здатність очі.
Для візування трубу фокусують "по оку" і "по предмету". При цьому, дивлячись в трубу, обертанням діоптрійного кільця окуляра добиваються чіткого зображення сітки ниток, а переміщенням фокусує лінзи 3 - чіткого зображення спостережуваного предмета.
Відлікові пристрої служать для взяття відліків по горизонтальному і вертикальному колам. Вони забезпечені відліковими мікроскопами. Розрізняють мікроскопи штрихові, шкалового, мікроскопи з оптичними мікрометрами.
У штрихове мікроскопі відлік з точністю 1 ¢ беруть по положенню нульового штриха алідади а (рис. 7.5, а), інтерполіруя хвилини на око.
Мал. 7.5. Поле зору відлікових мікроскопів:
а - штрихового (відлік по горизонтальному колу 159º46 ', по вертикальному 350º48'); б - шкалового (відлік по горизонтальному колу 295º36 ', по вертикальному -4º47');
в - оптичного мікрометра (відлік 145º23'14 '').
Шкаловий мікроскоп має дві шкали, суміщені з лімба вертикального і горизонтального кіл (рис. 7.5, б). Відліки беруть по градусним штрихами лимбов. Шкала вертикального кола теодоліта 2Т30 має два ряди підписів. Якщо перед градусним розподілом відсутній знак, відлік роблять так само, як і по горизонтальному колу. Якщо перед цифрою градусів варто мінус, то хвилини зчитують за шкалою від -0 до -6 (справа наліво).
Точні теодоліти забезпечені мікроскопами з оптичним мікрометром (рис. 7.5, в). Градуси відраховують за основною шкалою після суміщення верхнього та нижнього зображень штрихів горизонтального (або вертикального) кола, а хвилини і секунди читають за шкалою мікрометра.
Ексцентриситет алідади. Розбіжність осі обертання алідади CA (рис. 7.6) з центром лімба CL називається ексцентриситетом алідади і є причиною систематичних похибок при вимірюванні кутів. Так, при повороті алідади на кут b (рис. 7.6 а) замість вірної різниці відліків по лімбу О2 - О1 через ексцентриситету алідади буде отримана різниця M2 - M1.
При відсутності ексцентриситету поворот алідади на 180 ° (див. Рис. 7.6 б) викликає зміна відліку на 180 °. А при наявності ексцентриситету відліки до і після повороту розрізняються не рівно на 180 °, так як містять однакові похибки ексцентриситету e, але з різним знаком. Так на рис. 7.6 б відлік M1 більше вірного відліку O на кут e, а відлік M2 менше вірного відліку на кут e.
Мал. 7.6. Ексцентриситет алідади: а - вплив на результат вимірювання кута; б - виключення впливу; CL - центр лімба; CA - вісь обертання алідади.
Для виключення похибки ексцентриситету горизонтальні кути вимірюють при двох положеннях вертикального кола - коло зліва і коло справа. При цьому відліковий пристрій забезпечує взяття відліків на протилежних частинах лімба. Середнє з результатів, отриманих при колі зліва і колі справа, вільно від помилки ексцентриситету.
Високоточні теодоліти мають двосторонні відлікові пристрої, що забезпечують одночасне взяття відліків по протилежних частинах лімба.
Рівні служать для приведення осей і площин приладів в горизонтальне або вертикальне положення. За конструкцією вони бувають циліндричні і круглі.
Мал. 7.7. Циліндричний рівень:
а - загальний вигляд; б - ціна ділення рівня.
Циліндричний рівень (рис. 7.7.) Складається зі скляної ампули, верхня внутрішня поверхня якої відшліфована по дузі окружності певного радіуса. При виготовленні рівня її заповнюють гарячим ефіром або спиртом і запаюють. При охолодженні в ампулі утворюється невеликий простір, заповнене парами рідини і зване бульбашкою рівня. Ампула поміщається в металеву оправу, забезпечену виправними гвинтами для регулювання положення рівня (на рис. 7.7, а - гвинт М). На зовнішній поверхні ампули нанесена шкала з штрихами через 2 мм. Точка в середині шкали називається нульпункта рівня. Дотична до внутрішньої поверхні ампули в нульпункта називається віссю рівня. Бульбашка рівня займає в ампулі найвище становище, тому, коли його кінці розташовані симетрично щодо нульпункта, вісь рівня горизонтальна.
Центральний кут t (рис. 7.7, б), що відповідає одному поділу шкали, називається ціною поділки рівня. Ціна поділки рівня, виражена в секундах, визначається за формулою
де l - довжина поділки шкали; R - радіус внутрішньої поверхні ампули; ρ - число секунд в радіанах. У різних типах теодоліта ціна ділення циліндричного рівня буває від 15² до 60².
У круглого рівня (рис. 7.8.) Внутрішня поверхня верхньої скляної частини ампули має сферичну поверхню. Шкала рівня має вигляд кіл із загальним центром, який служить нульпункта.
Мал. 7.8. Круглий рівень:
а - вид зверху; б -разрез і вісь рівня
Нормаль до внутрішньої сферичної поверхні ампули в нульпункта називається віссю круглого рівня. При розташуванні бульбашки рівня в нульпункта вісь рівня займає вертикальне положення. Ціна поділки круглого рівня буває в межах 3 - 15 '. Круглі рівні служать для попередньої установки приладу в робоче положення.
Різновиди теодолітів. Залежно від точності теодоліти поділяють на високоточні (Т1), точні (Т2, Т5) і технічні (Т15, Т30, Т60). Цифрами тут вказана точність вимірювання горизонтального кута одним прийомом в лабораторних умовах, виражена в секундах.
Розрізняються теодоліти і по конструкції.
Так, для вимірювання вертикальних кутів точні теодоліти забезпечені рівнем при вертикальному колі. У технічних теодолітів такого рівня немає, його роль виконує рівень при алидаде горизонтального кола. Є теодоліти, в яких рівень при вертикальному колі замінений автоматичним компенсатором кутів нахилу (теодоліти Т5К, Т15К).
Теодоліти бувають з трубами прямого і зворотного зображення. У першому випадку в шифр теодоліта додають букву П (Т5КП, Т15КП, Т15МКП). Маркшейдерські теодоліти (Т30М, Т15М), призначені для підземних робіт, де можлива наявність вибухонебезпечного газу метану, виготовляють в спеціальному виконанні.
Електронний теодоліт є важливою частиною сучасного універсального приладу - електронного тахеометра.