Как пользоваться оптическим квадрантом?

Технические характеристики

Таблица 1 – Метрологические характеристики

Наименование характеристики

Значение

1

2

Диапазон измерений углов, °

от 0 до 360

Дискретность цифрового отсчета, “

1

Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений углов, “

±10

Пределы допускаемой абсолютной погрешности квадранта на нулевом значении цифрового индикатора:

–    при установке на плоскую поверхность, ”

–    при установке на цилиндрическую поверхность, ”

±5

±10

Цена деления шкалы основного уровня, “

15

Цена деления шкалы поперечного уровня, ‘

4

Цена деления наружной шкалы, °

1

Отклонение от параллельности оси ампулы поперечного уровня и опорной плоскости основания, ‘, не более

2

Несовпадение нулевых показаний цифрового индикатора и наружной шкалы, ‘, не более

15

Шероховатость опорной поверхности основания и углового паза, мкм, не более

Ra 0,63

Отклонение от плоскостности опорной поверхности основания, мм, не более

0,007

Отклонение от параллельности линии пересечения плоскостей, образующих угловой паз, опорной поверхности основания, “, не более

10

Наименование характеристики

Значение

Условия по эксплуатации:

– температура окружающего воздуха, °С

от -10 до +40

– верхний предел относительной влажности, %

80

Длина основания квадранта, мм, не более

140

Габаритные размеры квадранта, мм, не более

– длина

165

– ширина

120

– высота

165

Масса, кг, не более

– квадранта

3,4

– комплекта с укладкой

6

Электропитание:

– литиевые элементы питания (4 шт.) типоразмера АА, с напряжением, В

1,5

– стабилизированное постоянное напряжение, В

6

– максимально допустимый ток нагрузки, А, не менее

0,2

Ток потребления, мА, не более

100

Наработка на отказ, ч

1000

Средний срок службы, лет

10

Принцип работы, классификация и разновидности

Для угловых измерений используют, кроме оптических, также и механические устройства. Измерения механическими квадрантами производятся при помощи поворачивающегося зубчатого сектора, на лицевой плоскости которого наносится измерительная шкала. Искомый угол наклона совмещают с ближайшим делением шкалы, после чего выполняют отсчёт показания.

При простоте устройства, механические квадранты обладают рядом эксплуатационных ограничений. Основными из них являются:

  1. Предельный измерительный диапазон — от 0 до 90°, причём углы должны располагаться только в вертикальной плоскости.
  2. Точность измерения сильно зависит от состояния измерительных поверхностей: их износа, загрязнения и т. д.
  3. Измерение производится только после передвижения прибора на требуемое расстояние, в процессе чего могут появиться дополнительные погрешности.
  4. Самостоятельная регулировка механического квадранта невозможна, необходимы специальные поверочные устройства.

В отличие от механических квадрантов, в приборах оптического действия используют визуальный принцип совмещения плоскостей – обычный или в виде цилиндра. При этом ориентируются на показания тарированной ампулы, внутри которой находится пузырёк с воздухом. По месторасположению этого пузырька относительно измерительной шкалы делают заключение о значении угла и направлении наклона измеряемой плоскости или поверхности. Особенность применения оптического квадранта – необходимость в его дополнительной фиксации.

Оптические квадранты серии КО производятся отечественной приборостроительной промышленностью. Обычно они имеют производственный ресурс до 6000 часов, и различаются своими эксплуатационными характеристиками.

Основные технические характеристики модели КО-1:

  • Диапазон измеряемых углов, ° ±90;
  • Цена деления основной шкалы, ° 1;
  • Наибольшая длина измерительного основания, мм – 148.

Основные технические характеристики модели КО-10:

  • Диапазон измеряемых углов, ° ±180;
  • Цена деления основной шкалы, ° 1…5;
  • Наибольшая длина измерительного основания, мм – 165.

Основные технические характеристики модели КО-30м:

  • Диапазон измеряемых углов, ° ±120;
  • Цена деления основной шкалы, ° 1;
  • Наибольшая длина измерительного основания, мм –155

Основные технические характеристики модели КО-60м:

  • Диапазон измеряемых углов, ° ±120;
  • Цена деления основной шкалы, ° (регулируемая) 0,5…1,0;
  • Наибольшая длина измерительного основания, мм –155

Индекс «м» в обозначении оптического квадранта означает, что устройство оснащено магнитным захватом. Для остальных моделей фиксация выполняется вручную.

Число после буквенного обозначения модели означает цену деления шкалы угломера в минутах (за исключением модели КО-1, где она приведена в градусах).

Квадрант ко 10 – надежный и удобный

Цена деления квадранта Ко10 составляет 10”, позволяет измерять углы в диапазоне 0-360, по сравнению с моделью КО-1 дает более точные данные.

Он одинаково функционирует при любом свете, но в отличие от более современных моделей только при температурном режиме от + 40 до — 10 градусов и не более 80% влажности. Предел абсолютной погрешности изделия составляет ±10.

Конструкция включает:

  • основание,
  • оптический элемент,
  • внешний кожух, оснащенный окуляром,
  • уровни.

Надежный корпус защищает оптику и механические детали. Отечественные модели оснащаются оптическими микрометрами с двусторонним отсчетом, что исключает эксцентриситет лимба.

Эффективное устройство для расчетов

Технический прогресс, а также возрастающая сложность задач оказали влияние на эволюцию оптико-механических приборов, в том числе на оптический квадрант – инструмент, где угломер совмещен с уровнем. Такое средство измерения состоит из надежного корпуса, составных элементов, оптики. Его функциональность основана на том, что горизонтальная линия независимо от степени отклонении основания задается при помощи продольного уровня цилиндрической формы. Определение выполняется при помощи расчетной системы прозрачного лимба из стекла. Как правильно пользоваться квадрантом определенной модели, можно узнать из паспорта инструмента.

Современные производители выпускают три вида оптических квадрантов, обладающие разными ценами делений – 2, 10, 60, которые позволяют выполнять измерения с большей точностью, чем устройства древнейших предшественников.

СТЕННОЙ КВАДРАНТ

В числе прототипов современных угломерных инструментов – квадрант. Его неподвижную конструкцию сооружали для астрономических исследований на стенах обсерваторий, как правило, в одной плоскости с меридианом. В средние века таким образом измеряли высоту планет над горизонтом при помощи градуированной дуги.

Такие изделия были громоздкими, но сложность их возведения вознаграждалась точностью результатов. История сохранила такие огромные настенные квадранты, которые использовали в странах Востока известные ученые ал-Бируни, Насир ад-Дина ат-Туси, Улугбека. Позже их заменили меридианными кругами.

КВАДРАНТ МЕХАНИЧЕСКИЙ

Измерения в дооптрической астрономии проводились механическими угломерными инструментами. Конструкции таких моделей основывались на формировании отвесной линии, получаемой при помощи струны, отягощенной грузом, или специального стержня.

Груз крепился на конец струны. Если струна располагалась вертикально, его могли поместить в воду или масло, чтобы повысить точность результатов. Современные геодезисты редко используют механический квадрант, предпочитая вести расчеты при помощи оптических и лазерных моделей.

Существует два типа прибора:

  • механический;
  • оптический.

Механический квадрант с уровнем используют для установки и определения угла наклона в вертикальной плоскости (угловой диапазон – 0-90 градусов). Конструктивно инструмент представляет собой рамку, опорные площадки которой взаимноперпендикулярны. Кроме того, конструкция включает направляющую дугу, зубчатый сектор и движок с ампулой. Зубчатый сектор необходим для того, чтобы выставлять направляющую дугу под конкретным углом к опорным площадкам. Дискретность этого сектора 0-25. Движок с ампулой находится на дуге и приводится в движение с помощью маховика. Месторасположение ампулы фиксируют при помощи винта и гайки, которые имеются на движке.Используя механический квадрант, можно установить заданный угол наклона. Для этого на шкале зубчатого сектора выставляют приблизительное значение необходимого угла (уменьшенное и кратное 0-25). Вращая маховик движка, добиваются совпадения его риски с отметкой шкалы направляющей дуги, соответствующей требуемому значению угла. Далее инструмент размещают таким образом, чтобы его опорные площадки были на контрольной площадке установки. Наклоняя площадку установки, ловят момент, когда ампула будет в среднем положении, что будет означать – угол установлен.

Для чего используют квадрант ?

Для измерения угла наклона прибор располагают опорной площадкой на соответствующую площадку установки. Движок ставят ближе к отметке 0-25 (если значение угла от 0 до 7-50) или к нулю (если углы 7-50-15-00). Направляющую дугу поднимают, отжав указатель риски, до тех пор, пока ампула не переместится к зубчатому сектору. Квадрант необходимо устанавливать так, чтобы было совпадение краев опорной площадки с рисками, имеющимися на контрольной площадке установки.Прежде чем начинать работу с квадрантом, следует провести проверку нулевой установки и перпендикулярности опорных площадок. Проверка нулевой установки: опорную площадку квадранта со значком от 0 до 7-50 устанавливают на контрольную площадку установки, совмещая риски движка и указателями с нулевыми шкалами. Далее переворачивают квадрант на 180 градусов. Если ампула смещается от середины на величину, превышающую половину малого деления, то ее при помощи винта и гайки отводят в направлении середины на половину смещения и повторяют проверку.Перпендикулярность опорных площадок проверяется следующим образом: по шкалам ставят угол 7-50, а квадрант располагают на установке любой опорной площадкой, и перемещают ампулу к середине. Далее квадрант переустанавливают другой опорной площадкой. Ампула при этом не должна сместиться от середины более чем на два малых деления.Квадрант имеет достаточно широкую область использования. Так же как и индикаторный нутромер, механический квадрант применяют в строительстве, на заводах, в научно-исследовательских институтах и других сферах народного хозяйства. 

Описание

Квадранты изготавливаются трех модификаций: КО-10 (с ценой деления 10″), КО-60 и КО-бОМ (с ценой деления 60″).

Принцип действия квадранта заключается в том, что отсчет угла наклона основания относительно оси уровня производится по стеклянному лимбу с помощью отсчетного микроскопа. Квадрант работает как при естественном, так и при искусственном освещении.

Оптическая схема квадранта КО-10 (рисунок 1).

Лучи света от зеркала (16) через защитное стекло (15) попадают в светопровод (7) и направляются им на лимб (14) и шкалу (3). Лучи, передающие изображение штрихов шкалы и штрихов лимба (нижнее в поле зрения), через сетку (2) с индексом, через призмы (1) и (19) проходят в объектив, состоящий из линз (4) и (5). Лучи, передающие изображение штрихов диаметрально противоположной части лимба (верхнее поле зрения), призмой (17), клиньями (18) микрометра и призмой (19) направляются также в объектив. Объектив через призму (13) и разделительный блок, состоящий из призмы (11) и клиньев (8) и (12), передаёт изображение штрихов шкалы и двух диаметрально противоположных частей лимба в фокальную плоскость окуляра. Окуляр состоит из линз (9) и (10). Лучи, передающие изображение шкалы, отражаются зеркальным участком грани призмы (11). Лучи, передающие нижнее изображение штрихов лимба, отражаются зеркальным участком клина (12), а зеркальная грань клина (8) отражает лучи, передающие верхнее изображение штрихов. Линия раздела между верхним и нижним изображениями штрихов образуются границей серебрения на клине (12). Пластина (6) компенсирует разность верхнего и нижнего изображений штрихов лимба, возникающую в разделительном блоке. Клинья (18) совместно образуют плоскопараллельную пластинку. Сдвигом клиньев перпендикулярно оптической оси меняется толщина пластинки, и этим достигается правильность показаний отсчетного устройства.

2

Рисунок 1 – Оптическая схема квадранта КО-10 Конструктивно квадрант состоит из следующих основных частей: оптического устройства, наружного кожуха с окуляром, блока уровней, основания. Общий вид квадранта КО-10 представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 – Общий вид квадранта К0-10 Оптическая схема квадрантов КО-бО и КО-бОМ (рисунок 3).

Пучок лучей, попадая в светофильтр (1), проходит далее через оптический лимб (2), линзы объектива (3), сетку с коллективом (4) и линзы окуляра (5). Поле зрения наблюдается в зелёном свете.

А “ плоскость делений лимба;

Б – плоскость делений сетки

Рисунок 3 – Оптическая схема квадранта КО-бО / КО-бОМ

Конструктивно квадрант КО-бО состоит из следующих основных частей: основания

(КО-бОМ – с магнитом), корпуса, крышки, микроскопа отсчётного, зеркала, уровня основного,

уровня поперечного, кожуха, винта закрепительного, винта наводящего, индекса. Общий вид

квадранта КО-бО / КО-бОМ представлен на рисунке 4.

Рисунок 4 – Общий вид квадранта КО-бО / КО-бОМ Для защиты квадранта от несанкционированного доступа производится пломбировка одного винта на крышке с уровнем, идентификационная наклейка размещается на боковой стороне корпуса, справа.

Геометрический квадрант

Геометрический квадрант с отвесом.

Геометрический квадрант представляет собой панель в четверть круга, обычно из дерева или латуни. Отметки на поверхности могут быть напечатаны на бумаге и приклеены к дереву или нарисованы прямо на поверхности. Маркировка медных инструментов была нанесена прямо на медь.

Самые ранние образцы морского судоходства были найдены около 1460 года. Они не были градуированы по градусам, а имели широту наиболее распространенных пунктов назначения, прямо написанную на . При использовании навигатор будет плыть на север или юг, пока квадрант не укажет, что он находится на широте пункта назначения, разворачивается в направлении пункта назначения и плывет к пункту назначения, сохраняя курс на постоянной широте. После 1480 года многие инструменты стали выпускать с градуировкой конечностей в градусах.

Вдоль одного края располагались две достопримечательности, образующие алидаду . Отвеса было приостановлено по линии от центра дуги в верхней части.

Чтобы измерить звезды, наблюдатель будет смотреть на звезду через прицел и удерживать квадрант так, чтобы плоскость инструмента была вертикальной. Отвес разрешили повесить вертикально , а линия указывает на чтение на дуги градаций . Не было ничего необычного в том, что второй человек снимал показания, в то время как первый концентрировался на наблюдении за прибором и удерживании его в нужном положении.

Точность прибора была ограничена его размером и влиянием ветра или движения наблюдателя на отвес. Навигаторам на палубе движущегося корабля эти ограничения может быть трудно преодолеть.

Солнечные наблюдения

Рисунок заднего квадранта наблюдения. Этот инструмент использовался как посох, чтобы измерить высоту солнца, наблюдая за положением тени на инструменте.

Чтобы не смотреть на солнце, чтобы измерить его высоту, навигаторы могли держать инструмент перед собой так, чтобы солнце было сбоку. Благодаря тому, что направленная к солнцу визирная лопасть отбрасывала свою тень на нижнюю визирную лопатку, можно было выровнять инструмент по солнцу. Следует позаботиться о том, чтобы определить высоту центра Солнца. Это можно сделать, усреднив высоту верхней и нижней тени в тени.

Квадрант заднего обзора

Для измерения высоты солнца был разработан задний сектор наблюдения.

В таком квадранте наблюдатель наблюдал за горизонтом через визирную лопасть (C на рисунке справа) через щель в горизонтальной лопатке (B). Это обеспечило горизонтальное положение инструмента. Наблюдатель переместил теневую лопасть (A) в положение на градуированной шкале так, чтобы ее тень выглядела совпадающей с уровнем горизонта на горизонтальной лопасти. Этот угол был высотой солнца.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие
межгосударственные стандарты:

ГОСТ
8.016-81 Государственная система обеспечения единства измерений.
Государственный первичный эталон и государственная поверочная схема для средств
измерений плоского угла

ГОСТ
12.2.007.0-75 Система стандартов безопасности труда. Изделия
электротехнические. Общие требования безопасности

ГОСТ 380-2005
Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки

ГОСТ
1435-99 Прутки, полосы и мотки из инструментальной нелегированной стали.
Общие технические условия

ГОСТ 2386-73 Ампулы уровней.
Технические условия

ГОСТ 2789-73
Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики

ГОСТ
2875-88 Меры плоского угла призматические. Общие технические условия

ГОСТ 8026-92 Линейки
поверочные. Технические условия

ГОСТ
9038-90 Меры длины концевые плоскопараллельные. Технические условия

ГОСТ
9378-93 Образцы шероховатости поверхности (сравнения). Общие технические
условия

ГОСТ 9392-89 Уровни рамные
и брусковые. Технические условия

ГОСТ 10905-86
Плиты поверочные и разметочные. Технические условия

ГОСТ 25557-2006 (ИСО
296:1991) Конусы инструментальные. Основные размеры

Примечание
– При
пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных
стандартов по указателю «Национальные стандарты», составленному по состоянию на
1 января текущего года, и по соответствующим информационным указателям,
опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то
при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим
(измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то
положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей
эту ссылку.

Поверка

осуществляется в соответствии с ГОСТ 8.393-2010 «ГСИ. Квадранты оптические. Методы и средства поверки».

Перечень основных средств поверки:

Наименование

Основные метрологические характеристики

Образцы шероховатости

Яа=1,25 мкм, Ra=0,63 мкм, ПГ(-17%; +12%)

Плоская стеклянная пластина ПИ 60

КТ 2

Линейка лекальная ЛД-1-200

КТ 2

Меры длины концевые плоскопараллельные

0,994 / 0,995 / 1,000 / 1,01 / 1,001 мм; КТ 2

Плита поверочная

630×400; КТ 0

Уровень брусковый

150-0,10; ПГ±0,03 мм

Г оловка делительная оптическая ОДГЭ-5

ПГ±5″

Автоколлиматор АК-0,5У

ПГ± 3″

Мера плоского угла призматическая тип 4

8 граней, 1 разряд

Меры длины концевые плоскопараллельные

(5,12 – 100) мм 4 разряд; (50 – 1000) мм 3 разряд

Г оризонтальный оптиметр ИКГ

ПГ± 0,0003 мм

Диоптрийная трубка

±5 дптр, ПГ±0,5 дптр

Как пользоваться квадрантом?

Последовательность работы с квадрантом оптического исполнения рассмотрим на примере наиболее совершенной конструкции типа КО-60м.

Оптический квадрант включает в себя:

  1. Основание, в которое вмонтирован призматический магнит.
  2. Вертикальный корпус.
  3. Уровень для поперечного отсчёта показаний.
  4. Защитную крышку, предохраняющую от случайного попадания посторонних частиц в измерительную зону.
  5. Измерительное зеркало.
  6. Отсчётный микроскоп.
  7. Продольный уровень.
  8. Фиксирующий винт.
  9. Опорную панель.
  10. Винт наводки.
  11. Измерительный нониус.

Основание прибора выполнено из пластинки шлифованной инструментальной стали и снабжено полуцилиндрическим пазом для возможности установки квадранта на цилиндрическую поверхность. Слева и справа от этого паза имеются плоские магнитные захваты. Корпус крепится к основанию при помощи трёх винтов, а внутри его неподвижно размещено отсчётное устройство в виде лимба со шкалой и диск с защитной крышкой, где нанесена основная тарировочная шкала. С противоположной стороны отсчётное устройство защищено сплошной панелью. В защитной крышке предусмотрено технологическое отверстие, предназначенное для производства поверочных операций. При повседневной эксплуатации прибора это отверстие заглушено пластиковой пробкой.

Выше продольного уровня вертикально расположен тубус отсчётного микроскопа, а также измерительное зеркало и сменные измерительные уровни. При помощи зеркала производится визуальный контроль за положением воздушного пузырька продольного уровня. Зеркало имеет возможность вращения вокруг вертикальной оси, установленной в корпусе.

При пользовании оптическим квадрантом типа КО-60м прибор располагают на измеряемой поверхности и считывают по показаниям в окуляре микроскопа деления стеклянного лимба. Перед этим продольный и поперечный уровни последовательно выставляют таким образом, чтобы пузырёк с воздухом располагался примерно посередине измерительной шкалы. Далее, при помощи винта точной настройки положение основания оптического квадранта корректируют.

Примерно аналогичным образом производится эксплуатация и остальных типов оптических квадрантов.

Применение рассмотренной измерительной техники целесообразно в геодезической практике, строительстве, а также в лабораториях машиностроительных предприятий, где ведётся поузловая сборка продукции. Точность отсчётов, выполненных с применением оптических квадрантов, гарантируется лишь после их систематических поверок в сертифицированных лабораториях (адреса таких центров обычно сообщаются производителем в техническом паспорте на изделие).

Ламельный фрезер. Как выбрать лучший?

Как выбрать стеклорез?

Как пользоваться квадрантом?

Давайте представим, что у нас в разработке есть небольшое приложение для речного судоходства, чтобы можно было отслеживать и прокладывать новые маршруты движения круизных судов по реке. Это нужно для организатора круизов, чтобы он мог изменять маршрут прямо на своем компьютере и при этом получать точные характеристики и вычисления по эффективности созданного маршрута.

Судовой маршрут по реке можно представить в виде множества отрезков и точек, в которых отрезки соединяются. Наша задача, чтобы в этом приложении была возможность добавлять и удалять как точки, так и отрезки маршрута. Поэтому при построении судового маршрута у нас будут 3 важные составляющие:

  • геозона — место, где пролегает круизный маршрут;
  • точка, обозначающая момент остановки или изменения направления корабля;
  • отрезок между точками.

Смысл вроде ясен. Но как здесь пользоваться квадрантом? Чтобы воспользоваться квадрантом, нужно в дерево квадрантов внести вероятное поведение всех элементов модели маршрута (точка, отрезок, геозона). В этом случае наш заказчик сможет в своем приложении прокладывать маршрут по уже запрограммированным точкам, при этом будет происходить автоматический пересчет всего маршрута. Выделенный нашим заказчиком элемент будет автоматически выводить привязанные к нему другие элементы. Например, по точке будут определяться ближайшая геозона и ближайшие отрезки.

Вот что примерно должно получиться по факту:

В нашем случае получается, что дерево квадрантов — это и есть судоходный маршрут. Построенное дерево квадрантов обеспечивает быстрый доступ к его элементам, в нашем случае — это отрезки и точки.

Схематичный код нашего дерева квадрантов:

class QuadTree {

Использование


Использование секстанта для определения высоты Солнца над горизонтом

Изображение в секстанте совмещает два вида. Первый — вид неба через зеркала. Второй — вид горизонта. Секстант используют, регулируя рычаг и установочный винт до тех пор, пока нижний край изображения светила не коснётся горизонта. Точный момент времени, в который проводится измерение, засекает помощник с часами. Затем угол возвышения считывается со шкалы, верньера и установочного винта и записывается вместе со временем.

После этого нужно преобразовать данные с помощью некоторых математических процедур. Самый простой метод — нарисовать равновозвышенный круг используемого астрономического объекта на глобусе. Пересечение этого круга с линией навигационного счисления или другим указателем даёт точное местоположение.

Секстант — чувствительный инструмент. Если его уронить, то дуга может погнуться. После падения он может потерять точность.

Регулировка

Астро-компас АК-59 образца 1988 года, применяемый штурманом в последних советских антарктических экспедициях в конце 1980-х годов на самолётах ИЛ-14

Ввиду чувствительности инструмента сбить его настройку очень легко. Поэтому необходима частая подстройка.

Есть четыре основных ошибки, устраняемые подстройкой.

Ошибка большого зеркала
Большое зеркало не перпендикулярно плоскости лимба. Для проверки нужно установить алидаду приблизительно на 60°, и держа секстант горизонтально на вытянутой руке лимбом от себя, заглянуть в большое зеркало. Отражённое изображение лимба должно составлять продолжение его прямо, без излома. Если это не так, нужно настроить большое зеркало, чтобы отражение дуги лимба в зеркале продолжало её гладко и непрерывно.
Ошибка малого зеркала
Малое зеркало не перпендикулярно плоскости лимба. Для проверки нужно посмотреть через секстант на звезду. Затем вращать установочный винт вперед и назад, так чтобы провести отражённое изображение поверх неотражённого. Если отражённое изображение проходит точно поверх неотражённого, ошибки нет. Если отражённое изображение смещено в сторону — малое зеркало не перпендикулярно плоскости лимба. Впрочем, эта ошибка не слишком существенна для работы.
Ошибка параллельности
Ось телескопа (монокуляра) не параллельна плоскости лимба. Для проверки нужно совместить в секстанте изображения двух звезд расположенных под углом 90° или более и плавно перемещать секстант так, чтобы совмещенное изображение звезд переходило из одной стороны области видимости в другую. Если звезды разделяются, то ось телескопа (монокуляра) не параллельна плоскости лимба и секстант нуждается в подстройке.
Ошибка индекса
При нулевом положении алидады большое и малое зеркала должны быть параллельны друг другу. Для проверки следует установить алидаду на ноль и посмотреть на горизонт. Если линии прямо видимого и отраженного горизонтов совпадают — ошибки нет. Если один выше другого, нужно отрегулировать положение большого зеркала. Наиболее точно ошибку индекса можно измерить наблюдая звезду или совмещая края солнечного диска – прямовидимого и дважды отражённого.

Использование в разных отраслях

Оптические модели квадрантов созданы для измерений:

  • астрономических,
  • геофизических,
  • космических,
  • картографических,
  • строительных,
  • проектных,
  • сельскохозяйственых,
  • машиностроительных,
  • научно-исследовательских.

Высокоточные инструменты позволяют определить:

  • угловые значения шаблонов,
  • углы заточки крупных инструментов для резки,
  • степень наклона опорных плит.

РЕГУЛИРОВКА

До получения расчетов при помощи оптического квадранта ко 60 необходимо проверить нулевую отметку, перпендикулярность опорных площадок. Для этого инструмент измерения располагают на поверхности и вращают диск так, чтобы пузырьки ампулы продольного уровня находились посередине.

Перевернув прибор на 180 градусов, с помощью наводящего винта добиваются того же результата. При правильной регулировке абсолютные значения обоих измерений будут одинаковыми, но отличаться по знакам.

При расположении средства измерения на высоте, когда не видно или неудобно следить за пузырьками лимба, можно использовать зеркало, отражающее изображение уровня. Если отклонение от нуля превышает ±20”, требуется юстировка, которую надо проводить по следующему порядку:

  • выворачиваются винты,
  • снимается щиток,
  • с помощью спецключа ослабляются гайки,
  • юстировочные винты вращаются по очереди до совмещения нулевых рисок лимба с сеткой микроскопа,
  • щиток возвращается на место,
  • гайки закрепляются.

При несовпадении расчетных делений юстировка повторяется.

История

Птолемей в квадранте

Квадрант в турецкой иллюстрации

Один из самых ранних счетов квадранта происходит от Птолемея Альмагеста около 150 г. н.э. Он описал «плинтус» , которые могли бы измерить высоту солнца в полдень, проецируя тень колышка на градуированной дугу 90 градусов. Этот квадрант отличался от более поздних версий инструмента; он был больше и состоял из нескольких движущихся частей. Версия Птолемея была производной от астролябии, и целью этого элементарного устройства было измерение угла меридиана Солнца.

Средневековые исламские астрономы усовершенствовали эти идеи и построили секторы по всему Ближнему Востоку в обсерваториях, таких как Марах , Рей и Самарканд . Сначала эти квадранты обычно были очень большими и неподвижными, и их можно было поворачивать на любой азимут, чтобы определить высоту и азимут любого небесного тела. Поскольку исламские астрономы добились успехов в астрономической теории и точности наблюдений, им приписывают развитие четырех различных типов квадрантов в средние века и позже. Первый из них, синус-квадрант, был изобретен Мухаммадом ибн Мусой аль-Хорезми в IX веке в Доме Мудрости в Багдаде. Другими типами были универсальный квадрант, хорарный квадрант и квадрант астролябии.

В средние века знания об этих инструментах распространились по Европе. В XIII веке еврейский астроном Якоб бен Махир ибн Тиббон сыграл решающую роль в дальнейшем развитии квадранта. Он был опытным астрономом и написал несколько томов по этой теме, в том числе влиятельную книгу, подробно описывающую, как построить и использовать улучшенную версию квадранта. Квадрант, который он изобрел, стал известен как novus quadrans , или новый квадрант. Это устройство было революционным, потому что это был первый квадрант, в котором не было нескольких движущихся частей, и поэтому он мог быть намного меньше и более портативным.

Еврейские рукописи Тиббона были переведены на латынь и улучшены французским ученым Питером Найтингейлом несколько лет спустя. Благодаря переводу Тиббон, или Профатий Иудей, как его называли на латыни, стал влиятельным именем в астрономии. Его новый квадрант был основан на идее, что стереографическая проекция, определяющая планисферическую астролябию, все еще может работать, если части астролябии сложены в один квадрант. В результате получилось устройство, которое было намного дешевле, проще в использовании и портативнее, чем стандартная астролябия. Работа Тиббона имела широкий охват и оказала влияние на Коперника , Христофора Клавия и Эразма Рейнхольда ; и его рукопись упоминается в Божественной комедии» Данте .

Поскольку квадрант стал меньше и, следовательно, более портативным, его ценность для навигации вскоре стала очевидной. Первое задокументированное использование квадранта для навигации в море датируется 1461 годом Диогу Гомешем . Моряки начали с измерения высоты Полярной звезды, чтобы определить их широту. Такое применение квадрантов обычно приписывают арабским морякам, которые торговали вдоль восточного побережья Африки и часто путешествовали вне поля зрения суши. Вскоре стало более распространено измерять высоту Солнца в данный момент времени из-за того, что Полярная звезда исчезает к югу от экватора.

В 1618 году английский математик Эдмунд Гюнтер дополнительно адаптировал квадрант с изобретением, которое стало известно как квадрант Гюнтера. Этот карманный квадрант был революционным, потому что на нем были нанесены проекции тропиков, экватора, горизонта и эклиптики. Имея правильные таблицы, можно использовать квадрант для определения времени, даты, продолжительности дня или ночи, времени восхода и заката и меридиана. Квадрант Гюнтера был чрезвычайно полезен, но у него были свои недостатки; шкалы применялись только для определенной широты, поэтому использование прибора в море было ограничено.

Технические характеристики

Диапазон измерений углов, … °

0 – 360

Дискретность цифрового отсчета, …”

1

Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений Квадранта, …”

±10

Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерений Квадранта на нулевом значении цифрового индикатора:

– при установке на плоскую поверхность, …”

±5

– при установке на цилиндрическую поверхность, …”

±10

Цена деления шкалы основного уровня, …”

15

Цена деления шкалы поперечного уровня, .’

4

Цена деления наружной шкалы, . °

1

Отклонение от параллельности оси ампулы поперечного уровня и опорной плоскости основания, .’, не более

2

Несовпадение нулевых показаний цифрового индикатора и наружной шкалы, .’, не более

15

Шероховатость опорной поверхности основания и углового паза, мкм, не более

Ra 0,63

Отклонение от плоскостности опорной поверхности основания, мм, не более

0,007

Отклонение от параллельности линии пересечения плоскостей, образующих угловой паз, опорной поверхности основания, …”, не более

10

Электропитание:

– литиевые элементы питания (4 шт.) типоразмера АА напряжением, В

1,5

–    стабилизированное постоянное напряжение, В

–    максимально допустимый ток нагрузки, А, не менее

6

0,2

Ток потребления, мА, не более

100

Длина основания Квадранта, мм, не менее

140

Габаритные размеры, мм, не более

165х120х165

Масса, кг, не более:

– Квадранта

3,4

– комплекта с укладкой

6

Квадрант эксплуатируется в следующих климатических условиях по гр. С3 ГОСТ Р 52931-2008 со следующими уточнениями:

– температура окружающего воздуха, °С

(20 +30)

– верхнее значение относительной влажности при 25 °С, без конденсации влаги, %

80

Время непрерывной работы Квадранта, ч, не менее

8

Средняя наработка на отказ, ч, не менее

1000

Срок эксплуатации, не менее

10 лет

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий