
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文檔簡介
知識(shí)目標(biāo)技能目標(biāo)了解精密水準(zhǔn)儀的構(gòu)造及特點(diǎn)了解水準(zhǔn)尺的構(gòu)造及特點(diǎn)初步掌握精密水準(zhǔn)儀的使用方法能夠操作精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行觀測(cè)讀數(shù)能描述精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺的構(gòu)造特點(diǎn)及要求第24講精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺1精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/2024一、精密水準(zhǔn)儀與水準(zhǔn)尺
我國水準(zhǔn)儀系列按精度分類有S03、S1、S3、S10型等。S是“水”字的漢語拼音第一個(gè)字母,S后面的數(shù)字表示每公里往返平均高差的偶然中誤差。1.精密水準(zhǔn)儀構(gòu)造特點(diǎn)(1)高質(zhì)量的望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)(2)堅(jiān)固穩(wěn)定的儀器結(jié)構(gòu)(3)高精度的測(cè)微器裝置(4)高靈敏度的管水準(zhǔn)器(5)高性能的補(bǔ)償器裝置(自動(dòng)安平)第24講精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺2精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/20243精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/20242.精密水準(zhǔn)尺構(gòu)造特點(diǎn)(1)空氣溫度和濕度變化,水準(zhǔn)標(biāo)尺因瓦合金帶分劃間的長度保持穩(wěn)定或僅有微小的變化。(2)水準(zhǔn)標(biāo)尺的分劃十分正確與精密,分劃的偶然誤差和系統(tǒng)誤差都應(yīng)很小。(3)水準(zhǔn)標(biāo)尺在構(gòu)造上保證全長筆直,并且尺身不易發(fā)生長度和彎扭等變形。(4)在精密水準(zhǔn)標(biāo)尺的尺身上附有圓水準(zhǔn)器裝置。(5)標(biāo)尺分劃的形式和顏色與水準(zhǔn)標(biāo)尺的顏色相協(xié)調(diào)。一般精密水準(zhǔn)標(biāo)尺都為黑色線條分劃,和淺黃色的尺面相配合、有利于觀測(cè)時(shí)對(duì)水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃精確照準(zhǔn)。4精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/2024(6)在精密水準(zhǔn)測(cè)量作業(yè)時(shí),水準(zhǔn)標(biāo)尺應(yīng)豎立于特制的具有—定重量的尺墊或尺樁上。精密水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃的分格值有10mm和5mm兩種。分格值為10mm的精密水準(zhǔn)標(biāo)尺,如圖(a)所示。它有兩排分劃,尺面右邊一排分劃注記從0~300cm,稱為基本分劃,左邊一排分劃注記從300~600cm,稱為輔助分劃,同一高度的基本分劃與輔助分劃讀數(shù)相差一個(gè)常數(shù),稱為基輔差(301.55cm),通常又稱尺常數(shù),水準(zhǔn)測(cè)量作業(yè)時(shí)可以用以檢查讀數(shù)的正確性。5精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/2024分格值為5mm的精密水準(zhǔn)尺,如圖(b)所示。它也有兩排分劃,但兩排分劃彼此錯(cuò)開5mm,所以實(shí)際上左邊是單數(shù)分劃,右邊是雙數(shù)分劃,也就是單數(shù)分劃和雙數(shù)分劃各占—排,而沒有輔助分劃。木質(zhì)尺面右邊注記的是米數(shù),左邊注記的是分米數(shù)。整個(gè)注記從0.1~5.9m,實(shí)際分格值為5mm,分劃注記比實(shí)際數(shù)值大了一倍,所以用這種水準(zhǔn)標(biāo)尺所測(cè)得的高差值必須除以2才是實(shí)際的高差值。6精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/20243.WildN3精密水準(zhǔn)儀1一望遠(yuǎn)鏡目鏡;2一水準(zhǔn)氣泡反光鏡;3—傾斜螺旋;4—調(diào)焦螺旋;5一平行玻璃板測(cè)微螺旋;6一平行玻璃板旋轉(zhuǎn)鈾;7一水平微動(dòng)螺旋;8—水平制動(dòng)螺旋;9一腳螺旋;10—腳架。7精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/2024讀數(shù):精平儀器后,轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微器螺旋使望遠(yuǎn)鏡目鏡中看到的楔形絲夾準(zhǔn)水準(zhǔn)標(biāo)尺上148讀數(shù)對(duì)應(yīng)的分劃線,即使148分劃線平分楔角,再在測(cè)微器目鏡中讀出測(cè)微器讀數(shù)653(即6.53mm),故水平視線在水準(zhǔn)標(biāo)尺上的全部讀數(shù)為148.653cm。8精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/2024(1)精密水準(zhǔn)儀的傾斜螺旋裝置(2)精密水準(zhǔn)儀的測(cè)微器裝置
光學(xué)測(cè)微器由平行玻璃板、測(cè)微器分劃尺、傳動(dòng)桿和測(cè)微螺旋等部件組成。平行玻璃板傳動(dòng)桿與測(cè)微分劃尺相連。9精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/2024測(cè)微原理:測(cè)微分劃尺上有100個(gè)分格,它與10mm相對(duì)應(yīng),即每分格為0.1mm,可估讀至0.01mm。每10格有較長分劃線并注記數(shù)字,每兩長分劃線間的格值為1mm。當(dāng)平行玻璃板與水平視線正交時(shí),測(cè)微分劃尺上初始讀數(shù)為5mm。轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微螺旋時(shí),傳動(dòng)桿就帶動(dòng)平行玻璃板相對(duì)于物鏡作前俯后仰,并同時(shí)帶動(dòng)測(cè)微分劃尺作相應(yīng)的移動(dòng)。平行玻璃板相對(duì)于物鏡作前俯后仰,水平視線就會(huì)向上或向下作平行移動(dòng)。若逆轉(zhuǎn)測(cè)微螺旋,使平行玻璃板前俯到測(cè)微分劃尺移至10mm處,則水平視線向下平移5mm;反之,順轉(zhuǎn)測(cè)微螺旋使平行玻璃板后仰到測(cè)微分劃尺移至0mm處,則水平視線向上平移5mm。10精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/20244.國產(chǎn)S1型精密水準(zhǔn)儀
S1型精密水準(zhǔn)儀是北京測(cè)繪儀器廠生產(chǎn)的,其外形如圖所示。儀器物鏡的有效孔徑為50mm,望遠(yuǎn)鏡放大倍率為40倍,管狀水準(zhǔn)器格值為10″/2mm。轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微螺旋可使水平視線在5mm范圍內(nèi)作平移,測(cè)微器分劃尺有100個(gè)分格,故測(cè)微器分劃尺最小格值為0.05mm。
11精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/2024望遠(yuǎn)鏡目鏡視場(chǎng)中所看到的影像如圖所示,視場(chǎng)左邊是水準(zhǔn)器的符合氣泡影像,測(cè)微器讀數(shù)顯微鏡在望遠(yuǎn)鏡目鏡的右下方。12精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/2024讀數(shù):在圖中,使用測(cè)微螺旋使楔形絲夾準(zhǔn)198分劃,在測(cè)微器讀數(shù)顯微鏡中的讀數(shù)為250,即2.50mm,水準(zhǔn)標(biāo)尺上的全部讀數(shù)為198250(或198.250cm)。13精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/20245.補(bǔ)償式自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀原理:光學(xué)補(bǔ)償儀
當(dāng)儀器的視準(zhǔn)軸水平時(shí),在十字絲分劃板o的橫絲處得到水準(zhǔn)標(biāo)尺上的正確讀數(shù)A,當(dāng)儀器的垂直軸沒有完全處于垂直位置時(shí),視準(zhǔn)軸傾斜了α角,這時(shí)十字絲分劃板移到o1,在橫絲處得到傾斜視線在水準(zhǔn)標(biāo)尺上的讀數(shù)A1,而來自水準(zhǔn)標(biāo)尺上正確讀數(shù)A的水平視線并不能進(jìn)入十字絲分劃板o1,這是由于視準(zhǔn)軸傾斜了α角,十字絲分劃板位移了距離a,在離十字絲分劃板g的地方安置一種光學(xué)元件,將來自水平標(biāo)尺上讀數(shù)A的水平視線通過光學(xué)元件偏轉(zhuǎn)β角(或平移a)而正確地落在十字絲分劃板o1的橫絲處,這時(shí)來自傾斜視線的光線通過該光學(xué)元件將不再落在十字絲分劃板o1的橫絲處,這種光學(xué)元件叫光學(xué)補(bǔ)償儀。
o1A
ααaβoA1g14精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/2024二、精密水準(zhǔn)儀的檢驗(yàn)(1)水準(zhǔn)儀的檢視;(2)概略水準(zhǔn)器(圓水準(zhǔn)器)的檢校;(3)光學(xué)測(cè)微器隙動(dòng)差和分劃值的測(cè)定;(4)i角誤差檢校等。
對(duì)于新購貨的儀器還需要進(jìn)行調(diào)焦透鏡運(yùn)行誤差的測(cè)定;傾斜螺旋隙動(dòng)差、分劃誤差和分劃值的測(cè)定;自動(dòng)安平儀器補(bǔ)償誤差和磁致誤差的測(cè)定。用于跨河水準(zhǔn)測(cè)量的儀器,要進(jìn)行符合水準(zhǔn)器分劃值的測(cè)定。15精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/20241.光學(xué)測(cè)微器隙動(dòng)差和分劃值的測(cè)定(1)測(cè)微器分劃值的測(cè)定
利用一根分劃值經(jīng)過精密檢定的特制分劃尺和測(cè)微器分劃尺進(jìn)行比較求得。將特制分劃尺豎立在與儀器等高的—定距離處,旋轉(zhuǎn)測(cè)微螺旋,使楔形絲先后對(duì)準(zhǔn)特制分劃尺上兩相鄰的分劃線,這時(shí)測(cè)微器分劃尺移動(dòng)了L格。現(xiàn)設(shè)特制分劃尺上分劃線間隔值為d,測(cè)微器分劃尺一個(gè)分格的值為g,則g=d/L16精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/2024(2)光學(xué)測(cè)微器隙動(dòng)差的測(cè)定
主要是比較旋進(jìn)測(cè)微螺旋和旋出測(cè)微螺旋,照準(zhǔn)特制分劃尺上同一分劃線在測(cè)微器分劃尺上的讀數(shù),如果讀數(shù)差Δ超過2格時(shí),表明測(cè)微器效用不正確,其主要原因是由于測(cè)微器裝置不完善。為了避免這種誤差的影響,—般規(guī)定在作業(yè)時(shí)只采用旋進(jìn)測(cè)微螺旋進(jìn)行讀數(shù)。Δ過大時(shí),應(yīng)送工廠修理。17精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/20242.視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)軸相互關(guān)系的檢驗(yàn)與校正
水準(zhǔn)儀的水準(zhǔn)軸與視準(zhǔn)軸應(yīng)保持平行且在同一平面關(guān)系。水準(zhǔn)儀的水準(zhǔn)軸與視準(zhǔn)軸一般既不在同一平面內(nèi),也不互相平行,而是兩條空間直線,
i角誤差:水準(zhǔn)軸與視準(zhǔn)軸在垂直面上投影的交角
φ角誤差(交叉誤差):水準(zhǔn)軸與視準(zhǔn)軸在水平面上投影的交角。18精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/2024(1)i角誤差的檢驗(yàn)與校正
原理:利用i角對(duì)水準(zhǔn)標(biāo)尺上讀數(shù)的影響與距離成比例這一特點(diǎn),從而比較在不同距離的情況下,水準(zhǔn)標(biāo)尺上讀數(shù)的差別而求出i角。
方法:
在較平坦的場(chǎng)地上選擇一定長度3s(如61.8m)的直線段,三等分,得四點(diǎn),其中兩端點(diǎn)J1、J2設(shè)為儀器站,中間點(diǎn)A、B設(shè)為立標(biāo)尺點(diǎn)。如圖所示。19精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/2024
在J1測(cè)站上,照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺A和B,讀數(shù)為a1和b1,當(dāng)i=0時(shí),水平視線在水準(zhǔn)尺上的正確讀數(shù)應(yīng)為a1’和b1’,所以由于i角引起的誤差分別為Δ和2Δ。同樣,在J2測(cè)站上,照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺A和B,讀數(shù)為a2和b2,正確讀數(shù)應(yīng)為a2’和b2’,其誤差分別為2Δ和Δ。在測(cè)站J1和J2上得到A、B點(diǎn)的正確高差分別為:20精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/2024不顧及其他誤差影響,則應(yīng)相等有:2Δ=(a2-b2)-(a1-b1)即:2Δ=h2-h12Δ=(h2-h1)/2由圖可得:
若s=61.8/3=20.6m,則有:i′=10Δ
規(guī)范規(guī)定,精密水準(zhǔn)儀i角大于15′應(yīng)校正。21精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/20243.傾斜螺旋隙動(dòng)差和分劃值的測(cè)定
原理:在精密水準(zhǔn)測(cè)量中,傾斜螺旋的作用是在水準(zhǔn)標(biāo)尺上讀數(shù)前將水準(zhǔn)氣泡影像精確符合,以達(dá)到視準(zhǔn)軸的精確整平。按傾斜螺旋法進(jìn)行跨河水準(zhǔn)測(cè)量時(shí),要用傾斜螺旋測(cè)定視線的微小傾角,因此,必須測(cè)定其分劃值。傾斜螺旋旋進(jìn)和旋出在分劃鼓上的讀數(shù)之差,為傾斜螺旋的隙動(dòng)差,用以判斷傾斜螺旋效用的正確性。水準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定,傾斜螺旋隙動(dòng)差對(duì)于一、二等精密水準(zhǔn)測(cè)量應(yīng)小于2.0”。否則認(rèn)為傾斜螺旋效用不正確,在作業(yè)中應(yīng)嚴(yán)格地只準(zhǔn)用旋進(jìn)傾斜螺旋使水準(zhǔn)氣泡兩端精密符合。
22精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/2024檢定:
在檢定室內(nèi)進(jìn)行。檢定前2~3h將儀器置于室內(nèi)檢驗(yàn)儀的臺(tái)座上,檢驗(yàn)室內(nèi)的溫度應(yīng)使其在2~3h內(nèi)不超過20C的變化。檢驗(yàn)時(shí),由往測(cè)和返測(cè)構(gòu)成一個(gè)測(cè)回,往測(cè)按旋進(jìn)方向使用傾斜螺旋,在返測(cè)時(shí)傾斜螺旋的旋轉(zhuǎn)方向與往測(cè)時(shí)相反。水準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定,檢驗(yàn)要進(jìn)行兩個(gè)測(cè)回。23精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/20244.調(diào)焦透鏡運(yùn)行誤差的測(cè)定
原理:
由于調(diào)焦透鏡運(yùn)行誤差使調(diào)焦透鏡運(yùn)行不正確,對(duì)于內(nèi)對(duì)光望遠(yuǎn)鏡來說,就是在調(diào)焦時(shí),儀器的等效光心移動(dòng)的軌跡是一條直線,不管這條直線是與主光軸的方向重合,或是與主光軸的方向成一微小的交角,對(duì)同一直線上不同距離的目標(biāo)調(diào)焦時(shí),視準(zhǔn)軸都保持同一方向不變,因此對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量并無不利影響。如果在調(diào)焦時(shí),等效光心移動(dòng)的軌跡不是一條直線,則說明調(diào)焦透鏡移動(dòng)時(shí)有晃動(dòng)現(xiàn)象,對(duì)同一直線上不同距離的目標(biāo)調(diào)焦時(shí),視準(zhǔn)軸的方向?qū)l(fā)生變化,這就對(duì)觀測(cè)時(shí)讀數(shù)帶來誤差影響。檢定:24精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/20245.自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀補(bǔ)償誤差的測(cè)定
原理:自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀的補(bǔ)償器是否能完全、正確給出由于儀器垂直軸傾斜而產(chǎn)生的補(bǔ)償量主要取決于補(bǔ)償器的性能,往往由于補(bǔ)償器裝配技術(shù)不完善等原因,使補(bǔ)償器對(duì)垂直軸傾斜無法給出正確的補(bǔ)償量,不是補(bǔ)償不足,就是補(bǔ)償過量。在圖中,α是儀器及望遠(yuǎn)鏡傾斜角值,αk是補(bǔ)償器給出的補(bǔ)償傾斜值,Δα是無法補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償剩余誤差部分,在單一方向觀測(cè)時(shí)讀數(shù)影響為Δrα
,則對(duì)一個(gè)測(cè)站觀測(cè)高差的影響顯然為2Δrα
25精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/2024
為了消除這種系統(tǒng)誤差的影響,在測(cè)站上可以采用定人法整平圓水準(zhǔn)器,也就是奇數(shù)站照準(zhǔn)后視方向整平圓水準(zhǔn)器,偶數(shù)站照準(zhǔn)前視方向整平圓水準(zhǔn)器,使傾斜視線在相鄰測(cè)站上作相反方向的傾斜,從而在相鄰兩測(cè)站上觀測(cè)高差之和中抵消這種誤差影響,因此.每一測(cè)段的水準(zhǔn)測(cè)量路線安排成偶數(shù)站的規(guī)定是必要的。檢驗(yàn):是通過比較的方法進(jìn)行的。在精密測(cè)定高差的兩點(diǎn)上,使儀器在不同方向傾斜時(shí),測(cè)定兩點(diǎn)的高差,用這些高差與精密測(cè)定的高差相比較,來判明其補(bǔ)償性能,顧及到檢驗(yàn)的誤差,其差值在規(guī)定的范圍內(nèi),就認(rèn)為補(bǔ)償器性能是良好的。26精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/20246.精密水準(zhǔn)標(biāo)尺的檢驗(yàn)
按水準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定,在作業(yè)前應(yīng)檢驗(yàn)的項(xiàng)目:(1)標(biāo)尺的檢視;(2)標(biāo)尺上的圓水準(zhǔn)器的檢校;(3)標(biāo)尺分劃面彎曲差的測(cè)定;(4)標(biāo)尺名義米長及分劃偶然中誤差的測(cè)定;(5)標(biāo)尺尺帶拉力的測(cè)定;(6)一對(duì)水準(zhǔn)標(biāo)尺零點(diǎn)不等差及基輔分劃讀數(shù)差的測(cè)定。對(duì)于新購置的水準(zhǔn)標(biāo)尺還需進(jìn)行標(biāo)尺中軸線與標(biāo)尺底面垂直性等項(xiàng)目的檢驗(yàn)27精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/2024(1)水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃面彎曲差的測(cè)定
原理:水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃尺面如有彎曲,觀測(cè)時(shí)將使讀數(shù)失之過大。水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃面的彎曲程度用彎曲差來表示,彎曲差愈大,表示愈彎曲。所謂彎曲差f:通過分劃面兩端點(diǎn)的直線中點(diǎn)至分劃面的距離。
影響:設(shè)彎曲的分劃面長度l,分劃面兩端點(diǎn)間的直線長度,則尺長變化Δl=l–L,則尺長變化與彎曲差f的關(guān)系式為:Δl=8f2/3l設(shè)標(biāo)尺的名義長度l=3m;測(cè)得f=4mm,則Δl=0.014mm,影響每米分劃平均真長為0.005mm,對(duì)高差的影響是系統(tǒng)性的。28精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/2024測(cè)定:
在水準(zhǔn)標(biāo)尺的兩端點(diǎn)引張一條細(xì)線,量取細(xì)線中點(diǎn)至分劃面的距離,即為標(biāo)尺的彎曲差。水準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定,對(duì)于線條式因瓦水準(zhǔn)標(biāo)尺,彎曲差f不得大于4mm,超過此限值時(shí),應(yīng)對(duì)水準(zhǔn)標(biāo)尺施加尺長改正。29精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/2024(2)標(biāo)尺名義米長及分劃偶然中誤差的測(cè)定
原理:按水準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定,精密水準(zhǔn)標(biāo)尺在作業(yè)開始之前和作業(yè)結(jié)束后應(yīng)送專門的檢定部門每米真長的檢驗(yàn),取一對(duì)水準(zhǔn)標(biāo)尺的檢定成果的中數(shù)作為一對(duì)水準(zhǔn)標(biāo)尺平均每米真長。平均米真長偏差:一對(duì)水準(zhǔn)標(biāo)尺的平均每米真長與名義長度1m之差,以f表示,則:f=平均米真長-1m用于精密水準(zhǔn)測(cè)量的水準(zhǔn)標(biāo)尺,水準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定,如果一對(duì)水準(zhǔn)標(biāo)尺的平均米真長偏差大于0.1mm,就不能用于作業(yè)。當(dāng)一對(duì)水準(zhǔn)標(biāo)尺平均米真長偏差大于0.02mm,則應(yīng)對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量的觀測(cè)高差施加每米真長改正δ,從而得到改正后的高差h’,即:h’=h+δ=h+fh
式中,h以m為單位,f以mm/m為單位。
30精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺5/9/2024
水準(zhǔn)標(biāo)尺的分米分劃誤差,也應(yīng)由專門的檢定單位進(jìn)行檢驗(yàn),其值應(yīng)不大于0.1mm。在作業(yè)期間可用一級(jí)線紋米尺對(duì)一對(duì)水對(duì)標(biāo)尺的平均米真長作監(jiān)測(cè),而不作觀測(cè)成果的改正用。檢定:用鋅白銅制成的一級(jí)線紋米尺檢定。其長度略長于一米,尺的兩邊都刻有分劃線,一邊分劃間隔為1mm,另一邊分劃間隔為0.2mm,測(cè)定水準(zhǔn)標(biāo)尺每米分劃間隔時(shí),用0.2mm的分劃,可估讀到0.02mm,尺上附有一對(duì)可以移動(dòng)的放大鏡,用以觀察尺面的細(xì)小分劃。尺面中央還裝有溫度計(jì)。
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