Хроматы и дихроматы, свойства, формула, получение и реакции

Хроматы и дихроматы

Формула хромата

Хроматы — соли хромовой кислоты H₂CrO₄.

Реакции хроматов

Получение хроматов

Получают их взаимодействием CrO₃ с основными оксидами (сплавление):

или, что более распространённо, окислением соединений Cr 3+ в щелочных растворах:

При этом происходит изменение зелёной окраски раствора в жёлтую от иона CrO₄ 2 -.

Свойства хроматов

Хромат-ион при подкислении переходит в дихромат-ион (при этом окраска раствора становится оранжевой), в растворах существует равновесие между хомат- и дихромат-ионами:

Хроматы устойчивы в нейтральной и щелочной среде, а дихроматы — в кислой.

Применение хроматов

Хроматы применяют в качестве сильных окислителей, как красящие вещества. Хроматы калия и натрия применяют в качестве консервантов древесины, как протраву при хранении тканей. Нерастворимые хроматы некоторых металлов обладают яркими, насыщенными цветами, поэтому на их основе делают краски: жёлтые кроны (PbCrO₄, ZnCrO₄, SrCrO₄), красный свинцово-молибденовый крон (PbCrO₄ и MoCrO₄), создающий гамму оттенков от розового до фиолетового SnCrO₄.

Физиологические свойства

Все соединения шестивалентного хрома, в том числе хроматы и дихроматы, весьма токсичны и канцерогенны.

Таблица. Названия кислот и их солей.

Формула кислоты	Название кислоты	Название соответствующей соли
HAlO₂	Метаалюминиевая	Метаалюминат
HBO₂	Метаборная	Метаборат
H3BO₃	Ортоборная	Ортоборат
HBr	Бромоводородная	Бромид
HCOOH	Муравьиная	Формиат
HCN	Циановодородная	Цианид
H₂CO₃	Угольная	Карбонат
H₂C₂O₄	Щавелевая	Оксолат
H₄C₂O₂

Статьи по теме

Голубые пигменты

Многие соли металлов, так же как и оксиды, являются пигментами художественных красок. Карбонат и сульфат кальция в виде мела, толченого известняка и гипса обычно используются для изготовления основы живописи — грунта.

Основные пигменты

Название элемента хрома происходит от греческого слова «хром», что означает «цвет», «краска». Оксид хрома – лишь одно из ярко окрашенных соединений элемента № 24.

Антикоррозионные средства

Антикоррозионные пигменты классифицируются на: цинковые крона, алюминий три-полифосфаты и слюдянистую окись железа.

Окрашивание пигментами

Пигменты полидисперсны; гранулометрии, (дисперсионный) состав их оказывает большое влияние на оптич. и технико-эко-номич. характеристики.

Железоокисные пигменты

Железоокисные пигменты представляют собой оксиды железа, которые встречаются в природе в минералах. Они являются основным компонентом красных глин и обеспечивают красно-коричневую окраску горных пород.

Дихромат калия

C : Окислитель
вызывает или способствует сгоранию другого материала, выделяющего кислород.
D1A : Очень токсичный материал, вызывающий немедленные тяжелые последствия.
Острая летальность: вдыхание LC50 / 4 часа (самка крысы) = 83,2 мг · м – 3
D2A : Очень токсичный материал, вызывающий другие токсичные вещества. эффекты,
сенсибилизация дыхательных путей у человека; канцерогенность: IARC группа 1, ACGIH A1; эмбриотоксичность у животных
D2B : Токсичный материал, вызывающий другие токсические эффекты,
сенсибилизация кожи у людей; раздражение глаз у животных; раздражение кожи у животных

Раскрытие 0,1% в соответствии со списком раскрытия ингредиентов

Бихромат калия , также известный как бихромат калия , представляет собой твердое вещество ионного оранжевой формулы K ₂ Cr ₂ O ₇ .

В воде он распадается на дихромат- ионы и ионы калия .

Поскольку дихромат- ион ( Cr ₂ O ₇ 2- ) является мощным окислителем , этот продукт обычно используется в окислительно-восстановительных реакциях в лабораториях и в промышленности. Как и все соединения шестивалентного хрома, дихромат опасен для здоровья.

Резюме

1 Использование
2 Номенклатура
3 Структура
4 Цвет
5 Реакционная способность
- 5.1 Ацидобосновность
- 5.2 Окисление-восстановление
- 5.3 Другие реакции
6 аллергии
7 Изображения
8 См. Также
- 8.1 Связанные статьи
- 8.2 Внешние ссылки
- 8.3 Примечания и ссылки

использовать

Дихромат калия используется, в частности, в тестах на алкоголь . Действительно, этанол – это первичный спирт, который в присутствии избытка окислителя окисляется до этановой кислоты по реакции:

Реакция катализируется с помощью нитрата серебра . Ион дихромата имеет оранжевый цвет, и в ходе реакции цвет меняется на зеленый (цвет ионов хрома III), что указывает на присутствие или отсутствие спирта.

В результате реакции с ацетатом свинца он дает хромат свинца (PbCrO ₄ ), нерастворимое твердое вещество, широко используемое в качестве пигмента : желтый хром. В настоящее время свинец запрещен в красках из-за его токсичности, поскольку он является фактором отравления свинцом .

Он также используется как протрава или как средство для окрашивания таниновой древесины, такой как древесина дуба . Действительно, он вступает в реакцию с дубильными веществами, придавая древесине более темный цвет.

Номенклатура

Название дихромат , введенное IUPAC, может рассматриваться как неправильное в отношении конструкции слов на французском языке, который рекомендует не смешивать происхождение составляющих слов. В случае с дихроматом слово действительно состоит из греческого корня хром (цвет) и латинского префикса множителя ди (два).

Систематическое название гептаоксидодихромат никогда не используется.

Окончание ate указывает на то, что рассматриваемый химический элемент, хром, находится в высшей степени VI. При этой степени окисления все валентные электроны внешней электронной структуры хрома 4s 1 3d 5 были перенесены.

Состав

Структура дихромат-иона является структурой иона, который образуется в результате конденсации кислотной формы двух хромат-ионов HCrO ₄ – .

Длина связи моста Cr-O-Cr составляет 0,19 нм, а угол составляет 115 ° в О. Длина других связей Cr-O составляет 0,16 нм . Это значительное снижение связано с их характером двойной связи.

Согласно теории кристаллического поля , дихромат-ион не должен быть окрашен, поскольку на хроме нет d-электрона. Таким образом, цвет этого иона обусловлен не переходами между 3d-уровнями, а переходами с переносом заряда с уровней оксидных ионов на уровни хрома.

Реактивность

Реакционная способность дихромат-иона в основном окислительно-восстановительная, но также кислотно-основная.

Ацидобазность

Дихромат-ион находится в кислотно-основном равновесии с хромат- ионом , причем последний стабилен в основной среде (pH выше = 6). Вам нужно только изменить pH, чтобы увидеть, как раствор изменится с оранжевого (дихромат) на желтый (хромат). Это равновесие конденсации, описанное выше.

Между pH 2 и pH 6 наиболее стабильной формой является HCrO ₄ – .

При более кислом pH стабильной формой является H2Cr2O7 .

Снижение окисления

Эталонный окислительно-восстановительный потенциал пары дихромат / хром (III) составляет 1,33 В, что делает его чуть выше пары O ₂ / H ₂ . Таким образом, этот крутящий момент хрома является термодинамически нестабильным пределом, но на практике эта нестабильность не является проблемой.

Другие реакции

В присутствии концентрированной соляной кислоты дихромат-ион дает хлорхромат-ион ClCrO ₃ – . Последний гидролизуется в воде в отсутствие соляной кислоты.

В fluorochromate ионы FCrO ₃ – , bromochromate BrCrO ₃ – и iodochromate ICRO ₃ – также сформированы.

В горячий, в присутствии хлорида калия и серной кислоты , образует хромилхлорид CrO ₂ Cl ₂ , темно – красная жидкость , которая кипит при 117 ° С .

Аллергии

Дихромат калия вызывает аллергию, особенно атопическую или контактную экзему, у людей, чувствительных к хрому. Очень трудно избежать контакта с хромом, потому что соли хрома (включая бихромат калия) присутствуют во многих случаях, включая дубление кожи и работу с цементом. [исх. нужно]

1. Теодолиты, их устройство и поверки

 1.1. Теодолит, его устройство

Теодолит – это геодезический прибор, предназначенный для измерения горизонтальных и вертикальных углов. Происхождение слова “теодолит”, по-видимому, связано с греческими словами theomai смотрю, вижу и dolichos – длинный, далеко.

Теодолит имеет следующие составные части: горизонтальный круг, состоящий из двух самостоятельных кругов – лимба с нанесенными по краю делениями и алидады, несущей отсчетные устройства; зрительную трубу, вращающуюся в вертикальной плоскости вокруг оси, на одном из концов которой жестко скреплен с ней вертикальный круг для измерения вертикальных углов. Для приведения оси вращения алидады (ось вращения теодолита) в отвесное положение, а плоскости лимба в горизонтальное положение, служит цилиндрический уровень и три подъемных винта.

При измерении углов центр горизонтального круга теодолита размещают над вершиной измеряемого угла с помощью нитяного отвеса или оптического центрира.

В теодолите имеются закрепительные (зажимные) и микрометренные (наводящие) винты. Закрепительными винтами скрепляют подвижные части (лимб, алидаду, зрительную трубу) с неподвижными, наводящими винтами, сообщают малое и плавное вращение закрепленным частям.

Зрительные трубы теодолитов чаще всего бывают астрономические, дающие обратное (перевернутое) изображение. Но в последнее время применяются земные трубы, которые дают прямое изображение.

При наблюдении предметов на них наводится вполне определенная точка трубы. Такой точкой является центр сетки нитей, представляющий собою пересечение горизонтальной нити и продолженной вертикальной. Сетка нитей видна в поле зрения трубы и изображена на специальной сеточной диафрагме, размещенной вблизи переднего фокуса окуляра (рис.1). Сеточная диафрагма представляет собою стеклянную пластинку в металлической оправе.

рисунок сетки нитей?

Она может слегка перемещаться в горизонтальном и вертикальном направлениях исправительными винтами сетки. Симметрично относительно горизонтальной нити нанесены дальномерные штрихи для определения расстояний.

Воображаемая прямая, проходящая через оптический центр объектива и центр сетки нитей, называется визирной осью. Отвесная плоскость, проходящая через визирную ось трубы, называется визирной плоскостью.

К оптическим характеристикам зрительной трубы относятся: увеличение, поле зрения, относительная яркость и разрешающая способность, которую принимают за точность визирования трубой.

Увеличение зрительной трубы показывает во сколько раз увеличивается размер предмета, рассматриваемого в зрительную трубу, по сравнению с размером этого же предмета, видимого невооруженным глазом.

Полем зрения трубы называется то пространство, которое видно в трубу при ее неподвижном положении.

Яркость изображения определяется количеством света, которое падает на глаз в секунду времени на квадратный миллиметр изображения. Такая яркость называется абсолютной, ее нельзя выразить определенным числом. Поэтому пользуются относительной яркостью, представляющей собой отношение абсолютной яркости вооруженного зрительной трубой глаза и невооруженного глаза.

Для приведения осей и плоскостей прибора в отвесное или горизонтальное положение служат уровни, они бывают двух типов: круглые – для предварительной, грубой установки приборов и цилиндрические – для окончательной, точной установки. Цилиндрический уровень представляет собой стеклянную трубку, внутренняя поверхность которой отшлифована в виде бочкообразного сосуда, в продольном сечении представляющего дугу окружности некоторого радиуса.

Стеклянные сосуды уровней заполняют эфиром или смесью эфира со спиртом в подогретом состоянии. Когда наполнитель остынет и сожмется в объеме, образуется пространство, заполненное парами наполнителя, то есть пузырек. При изменении температуры пары наполнителя легко переходят из парообразного состояния в жидкое и наоборот, отчего размеры пузырька изменяются. В цилиндрических уровнях добиваются, чтобы длина пузырька составляла примерно 1/3 длины трубки при температуре +20 С. Чтобы можно было судить о перемещении пузырька, на наружной поверхности уровня наносятся штрихи. Расстояние между штрихами обычно равно 2 мм. Середина трубки уровня называется нуль-пунктом. На цилиндрическом уровне нуль-пункт обычно не обозначается, а относительно него штрихи наносятся симметрично. Касательная к внутренней поверхности трубки, проходящая через нуль-пункт вдоль длины цилиндрического уровня, называется осью уровня. Когда середина пузырька уровня совпадает с нуль-пунктом, ось уровня занимает горизонтальное положение. При смещении пузырька уровня на одно деление ось уровня наклоняется на некоторый угол, который называется ценой деления уровня. Чем меньше цена деления уровня, тем чувствительнее, точнее уровень.

В качестве отсчетных приспособлений применяются штриховой и шкаловой микроскопы (рис.2), микроскоп-микрометр и оптический микрометр.

В штриховом микроскопе в середине поля зрения виден штрих, относительно которого осуществляется отсчет по лимбу (рис.2,в). Перед отсчетом по лимбу необходимо определить цену деления лимба. Цена деления лимба составляет 10 угловых минут, т.е. градус разделен на шесть частей. Число минут оценивается на глаз. Точность отсчета составляет 1′.

Рис.2. Поле зрения отсчетных устройств: штрихового микроскопа с отсчетами по вертикальному кругу – 358 48 , по горизонтальному – 70 05 (а); шкалового микроскопа с отсчетами: по вертикальному кругу – 1 11,5, по горизонтальному – 18 22 (б); по вертикальному кругу – -0 46,5, по горизонтальному – 95 47 (в).

В шкаловом микроскопе в поле зрения видна шкала, размер которой соответствует цене деления лимба (рис.2,а,б). Для теодолита технической точности размер шкалы и цена деления лимба равны 60′. Шкала разделена на двенадцать частей и цена ее деления составляет 5 угловых минут. Если перед числом градусов знака минус нет, отсчет производится по шкале, где перед цифрами от 0 до 6 знака минус нет, в направлении слева направо (рис.2,а). Если перед числом градусов стоит знак минус, в этом случае минуты отсчитываются по шкале вертикального круга, где перед цифрами от 0 до 6 стоит знак минус в направлении справа налево (рис.2,б). Десятые доли минуты берутся на глаз с точностью до 30”.

Устройство теодолита и работа с ним

ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ

Целью работы является изучение устройства теодолита 2ТЗО, ознакомление с правилами выполнения его поверок и юстировок, а также умение на практике измерять расстояния, вертикальные и горизонтальные углы с помощью этого прибора. Работа выполняется группами по 2–5 студентов.

Содержание работы следующее:

1. Изучить устройство теодолита.

2. Выполнить поверки (при необходимости юстировку) теодолита.

3. Научиться пользоваться отсчетным устройством прибора и измерить в лабораторных условиях расстояние, горизонтальные и вертикальные углы, заданные преподавателем.

4. Оформить лабораторную работу на бумаге формата А4 и в назначенный срок представить к защите.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Теодолит – это прибор для измерения и построения на местности горизонтальных и вертикальных углов.

Наиболее распространены на практике следующие типы теодолитов: теодолиты с металлическими лимбами (обычной конструкции) и оптические теодолиты (теодолиты со стеклянными кругами). Отечественной промышленностью выпускаются теодолиты серий 2Т2, 2Т5, 2Т5К, 2Т2А, 2Т30, 3Т2КП, 3Т5КП и др.

Теодолиты 2Т30 широко применяются при создании съемочных сетей, для теодолитно-тахеометрической съемки, при выполнении инженерно-изыскательских и маркшейдерских работ.

АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ

1. Теодолит 2Т30, штатив, отвес.

2. Две нивелирные рейки, две вехи.

УКАЗАНИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

Необходимо осторожно обращаться с вешками и штативами, так как они имеют острые концы, а также оберегать геодезические приборы от ударов и сотрясений. Переносить приборы нужно в специальных футлярах.

МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Устройство и поверки теодолита

Устройство и расположение основных осей теодолита 2ТЗО показаны на рисунках 2.1 и 2.2.

Рисунок 2.1 – Устройство теодолита 2ТЗО:

1 – основание; 2 – подъёмные винты; 3 – подставка; 4 – закрепительный винт лимба; 5 – наводящий винт лимба; 6 – закрепительный винт алидады; 7 – наводящий винта алидады; 8 – уровень алидады горизонтального круга; 9 – закрепительный винт трубы; 10 – наводящий винт трубы; 11 – кремальера наведения на резкость; 12 – окуляр трубы; 13 – оптический визир; 14 – кремальера фокусировки трубы; 15 – фокусировочное кольцо окуляра шкалового микроскопа; 16 – вертикальный круг

Рисунок 2.2 – Схема взаимного расположения осей в теодолите:

– ZZ₁ – основная ось вращения теодолита;

– UU₁ – ось цилиндрического уровня алидады горизонтального круга – воображаемая прямая, касательная к внутренней поверхности уровня в его нуль-пункте;

– HH₁ – горизонтальная ось вращения зрительной трубы;

– WW₁ – визирная ось зрительной трубы – воображаемая прямая, проходящая через центр сетки нитей, и оптический центр объектива

Перед началом работ для обеспечения необходимой точности измерения углов выполняют поверки соблюдения геометрических условий, которым должен удовлетворять теодолит. Прежде чем выполнить поверки, теодолит устанавливают на штатив и приводят в рабочее положение (рис. 2.3).

Рисунок 2.3 – Приведение оси вращения теодолита в отвесное положение

Поверка цилиндрического уровня

Ось цилиндрического уровня UU₁ при алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна к основной оси вращения теодолита ZZ₁, (рис.2.3).

Выполнение поверки: установить уровень параллельно линии, проходящей через любые два подъемных винта. Привести пузырек уровня в нуль-пункт, вращая эти подъемные винты в разные стороны или навстречу друг другу. Повернуть алидаду на 180°.

Условие считается выполненным, если после поворота пузырек остался в нуль-пункте или отклонился не более чем на 1,5 деления.

Если пузырек отклонился более чем на 1,5 деления от нуль-пункта, то проводят юстировку (рис. 2.4).

Рисунок 2.4 – Юстировка цилиндрического уровня

Юстировка: определить, на сколько делений пузырек сместился от нуль-пункта (например, на 3 деления). Переместить пузырек исправительными винтами уровня 1 к середине на половину дуги отклонения (на 1,5 деления). Привести пузырек уровня в нуль-пункт подъёмными винтами (еще на 1,5 деления), повторить поверку.

Поверка сетки нитей

Вертикальная нить сетки при отвесном положении вертикальной оси теодолита должна совпадать с отвесной линией (рис. 2.5а). Если условие не выполнено (рис. 2.5б), необходимо провести юстировку.

Рисунок 2.5 – Поверка сетки нитей по отвесу

Выполнение поверки: поверка выполняется двумя способами.

Первый способ (по точке): навести край вертикальной нити на какую-либо точку и закрепить лимб и алидаду. Вращая трубу наводящим винтом в отвесной плоскости, необходимо следить за положением вертикальной нити относительно наблюдаемой точки. Условие выполнено, если вертикальная нить проходит через точку. Если условие не выполнено, необходимо провести юстировку.

Второй способ (по отвесу): навести вертикальную нить сетки на нить отвеса (рис. 2.5). Условие выполнено, если нить сетки совпадает с нитью отвеса (рис. 2.5а). В противном случае (рис. 2.5б) необходимо поворачивать окуляр вместе с сеткой до тех пор, пока вертикальная нить сетки не совпадет с нитью отвеса.

Юстировка: отвернуть винты крепления окуляра к трубе 1 (рис. 2.6) и повернуть окуляр с сеткой так, чтобы при повторном перемещении вертикальная нить прошла через наблюдаемую точку. Закрепить винты крепления окуляра к трубе.

Рисунок 2.6 – Сетка нитей с исправительными винтами

Поверка коллимационной ошибки

Визирная ось WW₁ зрительной трубы должна быть перпендикулярна горизонтальной оси НН₁ вращения трубы. Коллимационной ошибкой называется угол, на который визирная ось трубы отклоняется от перпендикулярного направления к горизонтальной оси вращения трубы (угол С на рис. 2.7). Неперпендикулярность визирной оси трубы к горизонтальной оси вращения зрительной трубы вызывается смещением центра сетки нитей в сторону от геометрической оси трубы.

Рисунок 2.7 – Поверка коллимационной ошибки

Выполнение поверки: навести зрительную трубу на удаленную точку, расположенную примерно на горизонте инструмента при положении вертикального круга (КЛ). Произвести отсчет по горизонтальному кругу (например, КЛ = 142°11¢) и записать в рабочую тетрадь (табл. 2.1).

Таблица 2.1 – Определение коллимационной ошибки

Круг теодолита	КЛ	КП	С
Горизонтальный	142°11¢	322°17¢	-0°03¢

Перевести трубу через зенит и при положении круга (КП) навести трубу на ту же точку. Произвести отсчет по горизонтальному кругу (КП = 322°17¢) и записать в тетрадь.

Коллимационную ошибку вычислить по формуле:

С = КЛ – КП ± 180°/2. (2.1)

Условие считать выполненным, если С 2t, необходимо произвести юстировку прибора.

В нашем примере С = (142°11¢ – 322°17¢ + 180°)/2 = – 6¢/2 = -3¢

Юстировка: вычислить средний отсчет, соответствующий верному положению визирной плоскости, по формуле:

М = (КЛ + КП ± 180°)/2,

М = (142°11¢ + 322°17¢ + 180°)/2 = 322°14¢.

Наводящим винтом алидады 7 (рис.2.1) вместо отсчета КП = 322°17′ установить отсчет М = 322°14′ на горизонтальном круге. Вертикальная нить сетки сместится с наблюдаемой точки (рис. 2.8).

Рисунок 2.8 – Юстировка

Совместить вертикальную нить сетки с наблюдаемой точкой А, действуя горизонтальными исправительными винтами 1 (рис. 2.6).

Поверка равенства подставок

Горизонтальная ось НН₁ вращения зрительной трубы должна быть перпендикулярна к основной оси вращения ZZ₁ теодолита.

Выполнение поверки: выполняется двумя способами.

Первый способ: закрепить при КП лимб и навести пересечение сетки нитей на выбранную точку А в верхней части стены и закрепить алидаду (рис. 2.9).

Рисунок 2.9 – Выполнение поверки равенства подставок

Опустить трубу до горизонта инструмента и отметить на стене проекцию а₁ на пересечении сетки нитей. Перевести трубу через зенит. Открепить алидаду и при КЛ навести пересечение сетки нитей на точку А и закрепить алидаду. Опустить трубу до уровня ранее отмеченной точки и отметить проекцию а₂ пересечения сетки нитей.

Если точки а₁ и а₂ совместились или выполняется неравенство а₁а₂/Аа£1/600, условие считать выполненным. Если условие не выполняется, исправление производиться в оптико-механической мастерской.

Второй способ: при КП визируют высоко расположенную точку А. Поворотом трубы в вертикальной плоскости проектируют точку А на заранее установленную горизонтально нивелирную рейку (рис. 2.9) и снимают отсчет а₁. Те же действия выполняют и при КЛ и снимают отсчет а₂.

Если а₁ – а₂/Аа£1/600, условие считается выполненным.

Отсчетное устройство теодолита 2ТЗО (2ТЗОП)

В качестве отсчетного устройства в теодолитах 2ТЗО, 2ТЗОП используется шкаловый микроскоп, в поле зрения которого видны изображения делений горизонтального и вертикального кругов лимба и шкалы. Длина шкалы равна изображению наименьшего градусного деления круга лимба. Индексом для отсчета служит штрих лимба, который располагается в пределах шкалы (рис. 2.10).

Рисунок 2.10 – Отсчетное устройство теодолита 2Т3ОП

Изображение штрихов вертикального и горизонтального кругов соответственно обозначены буквенными символами В и Г.

Работа с теодолитом

После проведения поверок и соблюдения всех геометрических условий, которым должен удовлетворять теодолит, можно приступать непосредственно к полевым работам.

Измерение горизонтальных углов

Теодолит центруют над точкой А (станцией). На точках В и С, между которыми измеряется угол, устанавливают визирные цели: марки, вехи и т. д. (рис. 2.11).

Рисунок 2.11 – Измерение горизонтальных углов

Существует несколько способов измерения горизонтальных углов. Один из них способ приемов.

Измерение угла при одном положении вертикального круга – полуприем (КЛ или КП). Полный прием – измерение при положениях вертикального круга КЛ и КП.

Более точные результаты получают, проводя измерения несколькими приемами.

Результаты измерений записывают в полевой журнал (табл. 2.2).

Таблица 2.2 – Журнал измерения горизонтальных углов

Станция	Точка наблюдения	Положение вертикального круга	Отчет по горизонтальному кругу	Угол, полученный из полуприёма	Среднее значение угла
А	КЛ	227°45¢ 249°06¢	21°21¢	21°21¢
КП	46°45¢ 68°06¢	21°21¢

Пример: Горизонтальный угол из полуприема:

Среднее значение угла:

Шкала горизонтального круга проградуирована от 0 до 360°.

Измерение вертикальных углов

Углом наклона n называют угол между горизонтальной плоскостью и направлением на наблюдаемую точку (рис. 2.12). Угол наклона бывает положительный и отрицательный. Положительный угол наклона выше горизонтальной оси, отрицательный – ниже.

Рисунок 2.12 – Измерение угла наклона

Шкала для вертикального круга имеет 2 ряда цифр со знаком «+» и «–». По шкале от 0 до 6 берется отсчет в том случае, когда показания лимба положительны.

По шкале от 0 до –6, когда показания лимба отрицательны.

В процессе измерения углов наклона определяют место нуля МО – отсчет по вертикальному кругу при горизонтальном положении визирной оси зрительной трубы, который должен быть постоянным и близким к нулю.

Для этого приводят пузырек уровня при визирной трубе в нуль-пункт и визируют на точку, берут отсчет КЛ, затем на ту же точку при КП.

МО для 2ТЗО:

МО = 0,5 (КЛ + КП), МО не должно превышать 1,5¢.

Угол наклона для 2ТЗО вычисляют по одной из формул:

n = 0,5 (КЛ – КП) , (2.3)

Для других теодолитов формулы вычисления МО и n приводятся в паспорте.

Если условия не выполняются, проводится юстировка теодолита. Не смещая трубы с наблюдаемой точки при КЛ, наводящим винтом зрительной трубы установить по вертикальному кругу отсчет, равный углу наклона n (при этом горизонтальная нить сетки сместится с наблюдаемой точки). Совместить исправительными винтами сетки нитей 1 (рис. 2.6) горизонтальную нить с наблюдаемой точкой.

Результаты измерений сводят в журнал (табл. 2.3).

Таблица 2.3 – Журнал измерения углов наклона

Станция	Точка наблюдения	Отсчет по верт. кругу	МО	Угол наклона n о
КЛ	КП
А	4°29¢	0°01¢	4°28¢

Например:

МО = 0,5(КЛ + КП) = 0,5(4°29¢- 4°27¢) = 0,5´02¢ = 01¢;

n = КЛ – МО = 4°29¢-01¢ = 4°28¢;

или n = МО – КП = 01¢+ 4°27¢ = 4°28¢;

или n = (КЛ – КП)/2 = (4°29¢ + 4°27¢)/2 = 4°28¢.

Измерение расстояний

Расстояние измеряют нитяным дальномером по вертикальной рейке с сантиметровыми делениями (рис. 2.13).

Подсчитав число делений n между верхней и нижней нитями (рис. 2.14), находят искомое расстояние по формуле:

где К – коэффициент дальномера; К = 100 (по паспорту);

С – постоянная дальномера. С равна 0 (по паспорту). Из-за малости ею пренебрегают.

Например: d = 100 ´ 14 см = 1400 см = 14 м,

где n = 14 сантиметровых делений.

Горизонтальное проложение линии находят по формуле:

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА И ЕГО ФОРМА

Отчет оформляется на листах формата А4 и должен содержать: цель работы; схему теодолита с обозначением всех его частей; законспектированные поверки и юстировки; таблицы с данными измеренных горизонтальных и вертикальных углов; определение места нуля вертикального круга теодолита.

ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ РАБОТЫ

1. Что называется теодолитом?

2. Классификация теодолитов по точности и устройству?

3. Поверки и юстировки теодолита?

4. Как определяется место нуля теодолита?

5. Способы измерения горизонтальных и вертикальных углов?

При защите работы студент должен показать практическое владение прибором и теоретические знания по устройству, поверкам и юстировкам прибора.

Теодолит: поверки, устройство, измерение

В настоящее время во многих областях науки, техники и промышленности требуется проводить работы, связанные с привязкой объекта к местности. Это предполагает измерение трёх координат: вертикальных и горизонтальных углов, дальности до стационарного объекта. Они необходимы для подготовки строительных площадок, географической съёмке местности, установке орудийных батарей, зенитных ракетных дивизионов, радиолокационных станций. Особое внимание уделяется этим измерениям на аэродромах. Для решения таких задач применяют различные измерительные устройства. К ним относится теодолит.

Описание самого теодолита

С его помощью производятся достаточно точные измерения горизонтальных и вертикальных угловых величин.

Внешне он выполнен в виде U-образного оптического устройства, расположенного на вращающейся платформе. Платформа устройства выполнена в форме круга, на котором нанесены угловые деления. Кроме горизонтального, имеется в наличии вертикальный круг с такими же угловыми делениями. Для измерения дальности его оснащают различными дальномерами. Современные теодолиты имеют электронные блоки, которые позволяют повысить точность измерений.

Теодолит его составные части

Устройство теодолита основано на законах оптики, механики, электроники.

Устройство теодолита 2т30

Схема теодолита включает следующие основные части:

оптическую часть устройства составляет зрительная труба;
два, перпендикулярно расположенных круга (один вертикальный, другой горизонтальный);
трагерные системы (позволяющие находится длительное время в устойчивом состоянии);
встроенный микроскоп (способ измерения может быть штриховой или шкаловой);
специальная поворотная линейка (именуемая алидадой);
закрепительный и наводящий винты;
регулируемый штатив (с его помощью происходит установка на местности и подготовка прибора к работе).

Основные узлы теодолита

Несмотря на многообразие таких измерительных устройств, строение теодолита сохраняется прежним:

визирная труба, которая закреплена между двух вертикальных колонок;
отсчётные приспособления (выполнены в форме кругов с нанесёнными по периметру измерительными шкалами);
в механических аппаратах отсчётные устройства имеют штриховую или шкаловую систему;
оптический отвес (называется «центрир»);
настроечное приспособление (называется «кремарьера»);
все перечисленные системы устройства расположены на штативе.

Кремарьера теодолита позволяет решать следующий круг задач:

жёстко фиксировать положение визирного оптического устройства (это необходимо для точного снятия показаний с лимба);
измерять дальность до выбранного объекта;
производить точное визирование на объекты не зависимо от дальности;
осуществлять регулировку фокусирующей линзы;
приводить в строго вертикальное положение главную ось всего аппарата;
способствует получению так называемого «мнимого изображения».

Отсчётные приспособления

Эти приспособления позволяют отсчитывать деления лимба устройства вплоть до разрешённых долей. Они делятся на три категории: штриховые, шкаловые, микрометры. Угловая шкала может быть расположена на окружности. В этом случае её называют угломерным кругом или лимбом. У каждого из них угловая цена деления лимба имеет свою величину. В реальных приборах точность деления изменяется в интервале от одного градуса до пяти угловых минут. Размер лимба (диаметр) определяется конструкцией теодолита. Величина может изменяться от 72 мм до 270 мм.

В качестве отсчётного индекса могут использоваться: одиночный штрих, двойной штрих, который носит название бисектор, нулевой штрих, штрих основной шкалы имеющегося лимба.

Самым простым отсчётным приспособлением является верньер.

Уровни

Они необходимы для точной юстировки теодолита относительно его вертикальной направляющей. С их помощью производят замеры углов небольшой величины в вертикальной плоскости. Любой уровень состоит из следующих элементов:

небольшой стеклянной колбы, внутри которой находится специальная жидкость;
корпуса, которые предохраняет колбу от механических воздействий.

Они изготавливаются круглые или цилиндрические.

Колбы цилиндрических уровней производят из специального стекла, в состав которого введён молибден. Жидкость внутри колбы является этиловым спиртом. На её поверхность наносят не смываемые штрихи с интервалом в 2 мм. Величина минимального угла наклона в любую сторону, при котором наблюдается смещение пузырька, называется величиной предельной чувствительности.

На поверхность стекла цилиндрических уровней наносят окружности от цента к краю с таким же интервалом.

Разновидности теодолитов

Современные образцы отличаются многообразием конструктивных особенностей. В основу классификации устройств положены следующие признаки:

принцип действия;
допустимая точность проводимых измерений (типы теодолитов);
конструкции;
видовым особенностям.

По принципу действия устройства выпускаются:

механические;
оптические (отсчёт производится на основе оптической системы);
цифровые (отсчёт производится с помощью электронных устройств);
лазерные (заложен принцип лазерных измерителей).

высокоточные;
точные;
технические.

Конструктивно устройства выполняются двух вариантов: повторительный, неповторительный.

Виды теодолитов бывают:

традиционный;
с встроенным компенсатором;
автокаллимационный;
прямого видения;
маркшейдерский;
электронный.

Сегодня принята следующая система обозначения подобных устройств. Буквами обозначают отношение по принятой классификации:

«Т» — наименование устройства, то есть теодолит. Следующие буквы указывают на отношение к определённому классу.
М – это, так называемый маркшейдерский теодолит. Их применяют в шахтах, тоннелях, пещерах, горных проходах.
К – свидетельствует о наличие специального компенсатора, который всецело заменяет уровни.
П – оснащение инструмента зрительной трубой прямого видения (изображение получается не перевёрнутым).
А – встроенный автокаллиматор.
Э – электронные теодолиты.

Оптический маркшейдерский теодолит 2Т30М

Высокоточные позволяют производить угловые измерения с допустимой погрешностью в интервале от 0,5 угловых секунд, но не более одной угловой секунды. Второй тип (точные) приборы производят такие измерения с точностью от двух до пятнадцати угловых секунд. Точность технических агрегатов находится в интервале от двадцати до шестидесяти угловых секунд.

Принцип измерения горизонтального угла

Основной принцип измерения угла заключается в определении градусной величины между направлениями на два выбранных объекта. Прежде чем приступить к измерению необходимо повести подготовительные операции, включая горизонтирование.

Далее следует нулевую отметку угломерного круга расположить в направлении на ось измеряемого угла. После этого производят отсчёт угла по шкале горизонтального круга.

Наиболее распространёнными методами измерения считаются:

метод последовательных повторений;
метод круговых приёмов.

Последовательность реализации первого метода заключается в следующем. Подготовка и установка в указанном месте. Оптический визир наводится сначала на один выбранный объект. Затем его направляют в направлении на другой объект. Перед этим производится предварительная визуальная наводка. Применяя винт фокусировки, одновременно регулируя диоптрийное кольцо, производят точное наведение на каждый объект. Точность операции оценивают, используя вертикальные нити. Закрепив направление на первый объект, считывают показания, нанесённые на горизонтальном круге. Далее ослабляют закрепляющий винт, переводят направление оптического устройства на второй объект. Повторяют операцию фиксации данных. С него считывают показания и фиксируют.

Второй метод пригоден для измерения горизонтальных углов, находясь в одной точки. Используя алидаду, устройство ориентируют на первый выбранный объект и устанавливают нулевые показания лимба. Далее перемещают зрительную трубу в выбранном направлении (по часовой стрелке). По данным горизонтального круга считываю показания. Расчёт итогового результата производится с учётом установленной погрешности конкретного прибора.

Геометрические параметры теодолитов

Под геометрическими параметрами понимается строгое соблюдение геометрического положения каждого элемента теодолита.

Такими параметрами являются:

Положение цилиндрического уровня (располагается перпендикулярно оси грандштока).
Направление линии вращения (вертикальная по отношению к линии самого грандштока).
Ориентация центральной оси визирной трубки (горизонтирована, не зависимо от направления и величины угла поворота).
Ориентация зрительной трубы и грандштока (всегда взаимно перпендикулярны).

Инструкция по приведению теодолита в рабочее положение

Подготовка устройства является очень важным этапом перед проведением измерений.

Центрирование

Действие предполагает предварительный выбор, последующую установку теодолита точно над центром известного геодезического пункта. Обычно его проводят, используя оптический центрир. В иных случаях используют обычный строительный отвес.

Горизонтирование

Предполагает установку горизонтального круга, используя показания уровней в горизонтальное положение.

Его выполняют, завершив дополнительную проверку уровня алидады. Регулировку производят подъёмными винтами.

Фокусировка

Фокусировка устройства предполагает установку чёткого изображения. Точность установки оценивается по чёткости наблюдаемой сетки нитей. Её проводят медленным изменением положения диоптрийного кольца. Перемещение продолжается, пока не будет получено отчётливое изображение каждой нити.

Измерение теодолитом

Измерения горизонтальных и вертикальных углов производят на проверенном устройстве. Перед проведением измерений необходимо проверить плавность движения всех движущихся частей аппарата. Производят поворот алидады устройства, винтов, кремарьеры. Снижение возможных погрешностей достигается при вращении алидады в выбранном направлении. Движения должны быть плавные без резких рывков. Не целесообразно проводить возвратно-поступательные движения.

Перед тем, как приступить к измерениям угла в горизонтальной плоскости, устройство устанавливают вертикально над точкой отсчёта. Затем производят необходимые подготовительные действия. Для получения хороших результатов следует повторить эти действия несколько раз. Это позволит устранить возможные ошибки и неточности, которые могут негативно повлиять на результат измерений.

Процессы измерения углов в разных плоскостях принципиально отличаются. Эти отличия заключаются:

Горизонтальный угол вычисляется как арифметическая разность между измеренными величинами. Вертикальный угол определяется между плоскостью и величиной подъёма зрительной трубы.
Измерение горизонтального угла производится на заранее выбранных участках круга, измерение вертикального производится без проведения перестановок.
Число приёмов определения горизонтальных углов превышает это число для вертикальных углов.

Обработка проведенных измерений заключается в проведении расчётов средних значений. Результат вычитают из других результатов. Таким образом получают «приведенное направление». В качестве подтверждающего контроля точности проведенных измерений используется оценка коллимационной ошибки. Она получается на основании имеющихся паспортных данных о точности теодолита.

Если необходимо получить боле точные вычисления можно воспользоваться методами теории вероятности и математической статистики. Вычислить математическое ожидание и дисперсию.

Правильная эксплуатация

Соблюдение правил эксплуатации теодолита позволит не допустить серьёзных ошибок при проведении измерений. Эти правила включают последовательность действий на различных этапах эксплуатации аппарата:

во время хранения;
при подготовке к работе;
во время проведения измерений;
последовательность оценки полученных результатов;
порядок сборки теодолита после работы.

Особое внимание следует уделять всем этим правилам в особых условиях окружающей среды: температуре, влажности, силе ветра, освещённости. Практически все теодолиты имеют интервал разрешённых для эксплуатации температур от -25 °С до +50 °С любой влажности. Однако следует помнить, что слишком низкие или высокие температуры влияют на точность снимаемых показаний.

Поверки теодолита

Как и любой измерительный прибор, теодолит должен периодически проверяться. Эта операция в метрологии называется поверкой. Периодичность поверки для каждого типа теодолитов устанавливается индивидуально. В каждую поверку входит перечень наиболее важных параметров, влияющих на точность измерений.

К этим параметрам устройств относятся:

механические (отсутствие деформации на основных механических деталях, сохранность шкал измерения, надёжность резьбовых соединений, отсутствие элементов коррозии);
характеристики оптической системы устройства;
геометрические параметры измерительных элементов;
работоспособность цилиндрического или кругового уровня алидады;
величина коллимационной ошибки;
равенство длины всех элементов штатива;
точность положения и фокусировка сетки нитей;

Во время проведения поверок производят регулировку параметров устройства оказавшихся за границами допуска.

Поверки и юстировки теодолита

До начала работы с теодолитом внешним осмотром проверяют его устойчивость на штативе, плавность хода подъемных и наво-дящих винтов, а также прочность фиксации вращающихся частей закрепительными винтами.

Если теодолит получен с завода, после ремонта или от другого специалиста, то до ввода теодолита в эксплуатацию выполняют поверки. В процессе поверок удостоверяются в правильном взаим-ном расположении осей прибора (рис.17, а).

Рис. 17. Схемы (а, б, в, г, д) геометрических осей теодолита.

1. Ось UU цилиндрического уровня горизонтального круга должна быть перпендикулярна оси VV вращения прибора (рис. 17, б).

Поверку выполняют в следующей последовательности. Теодо-лит устанавливают на штативе так, чтобы уровень был располо-жен по направлению двух любых подъемных винтов и, вращая их в разные стороны, приводят пузырек уровня в нуль-пункт, затем поворачивают горизонтальный круг теодолита на 180°. Если пузырек остался на середине или отклонился не более чем на одно деление, то уровень исправен, если более чем на одно деление — неисправен.

Для устранения неисправности пузырек перемещают исправи-тельными винтами уровня к нуль-пункту на одну половину дуги отклонения, а подъемными винтами — на вторую.

После выполнения поверки удостоверяются, что теодолит сох- раняет рабочее положение. Для этого горизонтальный круг пово-рачивают на 90°, приводят пузырек цилиндрического уровня на середину и поворачивают горизонтальный круг в произвольном направлении. Если при различных положениях круга относительно подъемных винтов пузырек остался на середине, то поверка считается выполненной.

2. Визирная ось РР трубы должна быть перпендикулярна оси НН вращения трубы (рис. 17, в).

Поверку выполняют в следующей последовательности. Верти-кальную ось теодолита приводят в отвесное положение. Для этого сначала устанавливают уровень теодолита по направлению двух подъемных винтов и, вращая их в разные стороны, приводят пузырек на середину ампулы. Поворачивают теодолит на 90° и вращением третьего подъемного винта приводят пузырек снова на середину. Наводят трубу на удаленную, ясно видимую точку, закрепляют лимб и берут отсчет а₁ по горизонтальному кругу. Отпускают зажимной винт зрительной трубы и переводят трубу через зенит. Открепляют зажимной винт алидады и, наводя трубу на ту же точку, берут повторный отсчет а₂. Если отсчеты а₁ и а₂ равны или отличаются не более чем на двойную точность отсчетного устройства, то теодолит исправен, если больше — неисправен.

Чтобы устранить неисправность, из отсчетов а₁ и а₂ находят среднее значение: а_ср = (а₁ + а₂)/2. Микрометренным винтом устанавливают на горизонтальном круге средний отсчет а_ср (изображение точки сместится от вертикальной нити). Снимают с окулярного колена трубы колпачок, ослабляют вертикально расположенные винты и вращением боковых исправительных винтов смещают сетку до совпадения перекрестия сетки нитей с точкой визирования. После юстировки закрепляют винты.

Можно измерять угол и при нарушенном соотношении осей. В этом случае отсчеты берут при двух положениях трубы — левом (Л) и правом (П) и из этих отсчетов определяют среднее.

3. Ось НН вращения трубы должна быть перпендикулярна оси VV вращения прибора (рис. 17, г).

Поверку выполняют в следующей последовательности. Теодолит устанавливают на расстоянии 10… 15 м от стены здания. Вертикальную ось вращения приводят в отвесное положение. Трубу наводят на точку, высоко расположенную на здании, и закрепляют горизонтальный круг. Трубу плавно опускают до горизонтального положения. На стене отмечают проекцию точки. Переводят трубу через зенит, опускают закрепительный винт алидады и снова наводят на ту же точку. Проецируют точку на тот же уровень и закрепляют. Если проекции точки совпадают, то теодолит исправен, если не совпадают — неисправен.

Условия этой поверки гарантируются заводом-изготовителем. При нарушении условий прибор направляют в мастерскую для ремонта.

При работе с нарушенным соотношением осей измерения делают только при двух положениях круга. При подъеме трубы до 30° и расстоянии до проектируемой точки до 20 м допускается несов-падение проекций до 30 мм; за окончательный результат принимают среднее из двух наведений.

4. Вертикалъная нитъ АА сетки зрителъной трубы должна быть перпендикулярна оси НН ее вращения (рис. 17, д).

Поверку выполняют в следующей последовательности. Верти-кальную ось вращения теодолита приводят в отвесное положение. На расстоянии 8… 10 м от теодолита закрепляют отвес. Вертикальную нить наводят на отвес. Если вертикальная нить сетки совпадает с нитью отвеса, то теодолит исправен, если отклонилась от отвеса — неисправен.

Чтобы исправить соотношение осей, снимают с окулярного колена трубы колпачок, ослабляют исправительные винты сетки и поворачивают диафрагму так, чтобы вертикальная нить сетки совместилась с нитью отвеса. При нарушении условия поверки визируют только перекрестием сетки нитей.

После выполнения этой поверки повторно делают вторую по-верку.

5. Визирные оси оптических визиров должны быть парал-лельны визирной оси зрительной трубы.

Выполнение этого условия необходимо для удобства работы с теодолитом и сокращения времени визирования на наблюдаемые объекты. Поверку выполняют следующим образом. Визируют зрительной трубой на четкую удаленную точку, которая хорошо видна также и невооруженным глазом. Далее рассматривают эту точку без трубы одним глазом и одновременно рассматривают перекрестие визира другим глазом. Если изображение перекрестия визира совмещается с изображением наблюдаемой точки, то условие выполнено.

Если условие невыполнено, то ослабляют винты, крепящие визир к корпусу зрительной трубы, и поворачивают его в нуж-ном направлении. Затем винты заворачивают.