КЛАССИФИКАЦИЯ И УСТРОЙСТВО НИВЕЛИРОВ И

НИВЕЛИРНЫХ РЕЕК

По точности нивелиры в соответствии с ГОСТ 10528-76 разде­ляют на три типа: высокоточные (типа Н-05) , точные (типа Н-3) и технические (типа Н-10). Цифра в обозначении ниве­лира указывает значение средней квадратической ошибки пре­вышения на 1км двойного хода ткм:для нивелира Н-05 ткм= 0,5мм, для нивелира Н-3 ткм= 3мм, для нивелира Н-10 ткм= 10мм.

По конструктивным особенностям приведения визирной оси в горизонтальное положение различают нивелиры с уровнем при зрительной трубе и нивелиры с компенсатором. Для нивели­ров с компенсатором к обозначению нивелира добавляется буква К. Если нивелир имеет лимб, к его обозначению добавля­ется буква Л.

Например, Н-3К – нивелир с компенсатором, обеспечиваю­щий измерение превышений с ошибкой ткм= 3мм; Н-10КЛ ­нивелир с компенсатором и лимбом, ткм= 10мм.

Установлено, что применение нивелиров с компенсатором позволяет повысить производительность нивелирных работ на 10-15 %, поэтому в геодезическом приборостроении наблюда­ется тенденция замены нивелиров с уровнями нивелирами с компенсаторами. Однако, высокоточный нивелир Н-05 (ткм= 0,5мм) в настоящее время выпускается только с уровнем.

 

 

       
   

 


Рис. 39. Нивелиры:

а – Н-3 и поле зрения его зрительной трубы;

б – Н-3К; в – Н-10 КЛ; 1 – окуляр; 2 – зеркало;

3 – корпус; 4 – наводящий винт; 5 – лимб.

 

 

На рис. 39, а представлен нивелир с уровнем Н-3. Его зри­тельная труба 1 с внутренним фокусированием имеет увеличе­ние 20x, фокусирование трубы производят при помощи кре­мальеры 2. Нивелир снабжен закрепительным 3 и микромет­ренным 4 винтами. Круглый уровень 5 служит для приведения оси вращения нивелира в отвесное положение с помощью подъ­емных винтов. Нивелир имеет контактный цилиндрический уро­вень и элевационный 6винт. Цилиндрический уровень наглухо скреплен со зрительной трубой. Изображения концов цилиндри­ческого уровня через систему призм передаются в поле зрения трубы. Через лупу в поле зрения зрительной трубы нивелира можно видеть одновременно оба конца уровня, разрезанного вертикально по оси. Перед отсчетом по рейке элевационным винтом осуществляют точное совмещение (контакт) концов пузырька уровня, приведя тем самым визирную ось зри­тельной трубы в горизонтальное положение. Именно поэтому уровень в нивелире Н-З называют контактным.

В момент контакта, когда визирная ось занимает горизонтальное положение, и производят отсчеты по рейкам. Например, отсчет с рейки (рис. 39, а) равен 1250.

Нивелир Н-З является достаточно точным и портативным прибором, масса его без укладочного ящика 2кг.

Нивелир Н-ЗК (рис. 39, б)имеет устройство для автомати­ческого приведения визирной оси в горизонтальное положение при наклоне прибора в диапазоне ±15'. В отличие от нивелира Н-З подставка 1 зрительной трубы не имеет закрепительного винта, окончательное наведение трубы производят микромер­ным винтом 2.

Увеличение зрительной трубы нивелира Н-3К составляет 20x. Ось вращения прибора приводится в отвесное положение при помощи круглого уровня 3.

Маятниковый, оптико-механический компенсатор (рис. 40) расположен между сеткой нитей 4 и фокусирующей линзой 1 в сходящемся пучке лучей. Компенсатор состоит из двух пря­моугольных призм 3 и 5. Верхняя призма 3 служит для пере­дачи изображения в плоскость сетки нитей 4, она скреплена с корпусом зрительной трубы. Нижняя призма 5 подвешена на двух парах стальных нитей 2, пересекающихся в центре тяже­сти подвески 6. Воздушный демпфер 7 служит для гашения ко­лебаний призмы.

 


 

 

Рис. 40. Оптическая схема зрительной трубы нивелира Н-3К

 

 

Нивелир Н-10КЛ (рис. 39, в)имеет оптико-механический компенсатор. Чувствительным элементом компенсатора явля­ется прямоугольная призма, подвешенная на шарикоподшип­никовой подвеске, колебания компенсатора гасятся воздушным демпфером. Зрительная труба имеет прямое изображение. На­водящий винт трубы отсутствует. В нижнюю часть нивелира вмонтирован горизонтальный лимб со шкалой через 1°, что расширяет возможности нивелира при решении различных ин­женерных задач в строительстве.

Рейки для нивелирования выпускают согласно ГОСТ 11158-83 трех типов: РН 05, РН 3, РН 10. Буква Р – р­ейка, Н – нивелирная, цифрами, стоящими после букв, обозначают величину средней квадратической погреш­ности в мм на 1км хода. В комплекте к каждому нивелиру даются две однотипные нивелирные рейки.

Рейки РН-3, PH-l0 изготовляют из дерева хвойных пород, цельными и складными. К нижнему концу рейки (пятке) прибивается металлическая пластина толщиной 2мм. Рейки имеют на обеих сторонах шкалы (рис. 41, а), выполненные в виде сантиметровых шашек.

Каждый дециметр шкал оцифрован. С одной стороны шашки наносятся черного цвета на белом фоне (черная сторона), с другой – красные на белом фоне (красная сторона). На черных сторонах реек нуль (начало шкалы) совпадает с пяткой рейки, на красных сторонах с пло­скостью пятки совпадает другой отсчет, например, 4687. Таким образом, начало отсчета по черной и красной сто­ронам смещено на определенную величину. Это сделано для того, чтобы контролировать правильность отсчетов в про­цессе нивелирования. Разность отсчетов по черной и крас­ной сторонам одной и той же рейки – величина постоянная. Отсчеты по рейкам берут по средней нити сетки с округлением до миллиметра.

Для точной установки рейки в отвесное положение к ней прикрепляют круглый уровень или отвес. В рабочем положении рейки удерживают с помощью ручек.

 

 


Рис. 40. Приспособления для нивелирования:

а – рейка РН-10; б – рейка РН-05 в поле зрения трубы;

в – костыль; г - башмак

 

 

Рис. 41. Приспособления для нивелирования:

а – рейка РН-10; б – рейка РН-05 в поле зрения трубы;

в – костыль; г – башмак

 

 

В последнее время на строительстве часто применяют для нивелирования рейки со шкалой, выполненной на лавсановой пленке. Такие шкалы, свернутые в рулон, удобны при транспортировке, для работы их прикреп­ляют к деревянным брускам нужной длины.

Согласно ГОСТ 11158-83 шкалы на рейки РН-З наносятся со следующими предельными погрешностями: отклонения от номинального значения длины наименьшего интервала равны 0,2мм, допустимая разность между средней длиной метра пары реек одного комплекта ­0,8 мм. Рейки могут быть длиной 1,5; 3,0; 4,0м, в особо стесненных условиях, например, при производстве ниве­лирования внутри трубопроводов используют специальные рейки длиной 0,8 и 1,0м.

Рейки РН-05 состоят из деревянного корпуса, на кото­рый натягивают ленту со штрихами через 5мм. Обычно имеются две шкалы – «основная» и «дополнительная». На шкалах подписываются полудециметры. Ленты изго­товляют из сплава (инвара) с низким коэффициентом линейного расширения, что позволяет устранить темпера­турные деформации шкал.

Порядок взятия отсчета с помощью нивелира Н-05 по такой рейке следующий:

после установки нивелира в рабочее положение и на­ведения трубы на рейку, совмещают изображение концов пузырька цилиндрического уровня;

вращая барабан микрометра, наводят биссектор или горизонтальную нить на ближний штрих шкалы (см. рис. 41, б);

отсчитывают полудециметры и полусантиметры, на рис. 41, б – 148;

берут отсчет по барабану микрометра 25, а полный отсчет 14825.

При наблюдениях за осадками зданий и других соору­жений часто вместо реек используют короткие шкалы, которые прикрепляют к стенам или подвешивают на спе­циальные реперы.

При проложении нивелирного хода в точках установки реек забивают колья или металлические штыри, на кото­рые при нивелировании ставят рейки. Для более точного нивелирования рейки устанавливают на костыли или башмаки (рис. 41, в; г).

Костыли выполняют в виде металлических стержней со сферической головкой, на которую ставят рейку. При забивке костыля в грунт на верхнюю часть надевают крышку. Башмак–металлическая пластина толщиной 15-20мм со сферической головкой для установки рейки. Назад

 

 

­ § 34.ОСНОВНЫЕ ЧАСТИ НИВЕЛИРА

 

 

Зрительная труба. В современных геодезических приборах применяют зрительные трубы с внутренней фокусировкой (рис. 42, а). Оптическая схема такой трубы с ходом лучей в ней пока­зана на рис.42, б.

При выполнении работ трубу обычно наводят (визи­руют) на предметы, значительно удаленные от прибора, поэтому предмет АВ всегда находится вне фокусного рас­стояния О1F объектива, а изображение А2В2 предмета, полученное через объектив 1 (см. рис. 42, а), будет дей­ствительным и обратным. Чтобы увеличить это изображе­ние, в трубу вводят окуляр 5.

Окуляр устанавливается таким образом, чтобы рас­стояние сО2 было меньше фокусного расстояния 02F1.В таком случае изображение А3В3 получится мнимым и увеличенным. Между объективом и окуляром ставится плосковогнутая линза 2 (см. рис. 42, а),перемещаемая внутри трубы с помощью кремальеры 3. Изменение по­ложения этой линзы меняет положение фокуса объектива, поэтому она называется фокусирующей линзой.

В окулярной части зрительной трубы, в том месте, где получается действительное изображение предмета A2B2,помещается диафрагма, в отверстие которой вставлена стеклянная пластинка с нанесенной на ней сеткой нитей 4.

Зрительная труба имеет две оси: визирную и оптиче­скую. Прямую, соединяющую оптический центр объектива с центром сетки нитей, называют визирной осью трубы.

 

­

 

Рис. 42. Зрительная труба с внутренним фокусированием:

а – устройство; б – ход лучей; в – увеличение; г – поле зрения

 

Прямую, соединяющую оптические центры объектива и окуляра, называют оптической осью трубы.

Установка зрительной трубы для наблюдения. Перед наведением трубы на предмет окуляр должен быть установлен «по глазу», а изображе­ние предмета совмещено с плоскостью сетки нитей. Для установки окуляра «по глазу» трубу наводят на светлый фон и передвигают окулярную трубочку до тех пор, пока нити сетки не будут четко видны.

Совмещение изображения предмета с плоскостью сетки нитей, т. е. фокусировка, производится перемещением фо­кусирующей линзы в трубе при помощи кремальеры; при этом добиваются такого положения, чтобы изображение предмета получилось резким. Если изображение предмета не совпадает с плоскостью сетки нитей, то при перемеще­нии глаза относительно окуляра точка пересечения ни­тей сетки будет проектироваться на разные точки изобра­жения предмета. Такое явление называется параллаксом. Параллакс сетки нитей устраняется небольшим поворо­том кремальеры.

Увеличение трубы. Увеличением трубы υ на­зывается отношение угла β, под которым изображение предмета А'В' видно в трубу, к углу α., под которым пред­мет АВ виден невооруженным глазом (рис. 42, в), т. е. υ= β/α.

Практически, увеличение трубы принимается равным отношению фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра

 

υ = fоб/fок

 

Трубы геодезических приборов имеют увеличение от 15 до 50Х.

Поле зрения трубы. Пространство, видимое в трубу при неподвижном ее положении, называется полем зрения. Его определяют углом зрения φ (рис.42, г), вер­шина которого находится в оптическом центре объектива, а стороны опираются на диаметр аb сеточной диафрагмы. Величина поля зрения определяется по формуле

 

φ = 38,2º/υ, (34.1)

 

где υ – увеличение трубы.

Из (34.1) следует, что чем больше увеличение трубы, тем меньше ее поле зрения.

В геодезических приборах поле зрения трубы обычно колеблется в пределах от 30' до 2°.

Точность визирования зрительной трубой. Разрешающая способность глаза человека (пре­дельно малый угол, при котором две точки еще восприни­маются раздельно) примерно равна одной минуте дуги. Поэтому погрешность визирования невооруженным гла­зом принимается равной 60".

При рассматривании изображения предмета в зритель­ную трубу погрешность визирования уменьшается обратно пропорционально увеличению трубы υ и равна

 

mυ = 60˝ /υ. (42.2)

 

Уровни. В геодезических приборах применяются уровни двух типов: цилиндрические и круглые.

Цилиндрический уровень (рис. 43, а)представляет собой стеклянную трубку (ампулу) 1, вну­тренняя поверхность которой отшлифована по дуге опре­деленного радиуса. Радиус кривизны в зависимости от назначения уровня бывает от 3,5 до 200м. Стеклянная трубка заполняется нагретым до +60Сº спиртом или эфиром и запаивается. После охлаждения жидкость сжи­мается, и в трубке образуется небольшое пространство, заполненное парами спирта или эфира, которое называют пузырьком уровня. Трубка помещается в металлическую оправу 2. Для регулирования уровень снабжен исправи­тельным винтом 3. На наружной поверхности трубки через 2мм нанесены штрихи. Точка О в средней части ампулы называется нуль-пунктом уровня. Прямая ии1касательная к внутренней поверхности уровня в его нуль-пункте, называется осью уровня.

 


Рис. 43. Цилиндрический уровень:

а – устройство; в – изображение концов

контактного уровня

Пузырек уровня всегда стремится занять наивысшее положение, поэтому, когда концы пузырька расположены симметрично относительно нуль-пункта, ось уровня зани­мает горизонтальное положение. Этим свойством поль­зуются для приведения отдельных частей прибора в гори­зонтальное положение. Уровни различаются в зависи­мости от цены деления, чувствительности и конструкции.

Ценой деления уровня τ называют угол, на который наклонится ось уровня, если пузырек сме­стится на одно деление, т. е.

 

τ = lρ/R

 

Линейная величина одного деления данного уровня l постоянна, поэтому его цена зависит от радиуса R дуги внутренней поверхности трубки. Чем больше радиус, тем цена деления уровня меньше и тем уровень чувствитель­нее, и наоборот. Под чувствительностью уровня пони­мают линейное перемещение пузырька, соответствующее единице угла наклона оси уровня.

Минимальный угол наклона оси уровня, при котором перемещение пузырька можно заметить невооруженным глазом, называется порогом чувствительности. В качестве наименьшего принимают перемещение в 0,1 деление, т. е. 0,2мм. Чувствительность уровня должна соответствовать точности прибора. В технических теодолитах цена деле­ния уровней колеблется в пределах 45-60".

Для более точной установки пузырька в нуль-пункт, а также для большего удобства в работе применяются контактные уровни (рис. 43, в). В них над уровнем уста­навливается система призм, через которую изображение концов пузырька передается в поле зрения глаза наблю­дателя. При перемещении пузырька к нуль-пункту изобра­жения его концов движутся навстречу друг другу. Когда пузырек уровня будет находиться в нуль-пункте, изобра­жения его концов совместятся (см. рис. 43, в). Точность установки пузырька в нуль-пункт в контактном уровне в 5- 6 раз выше, чем у обычных уровней.

Круглый уровень (рис. 44, а)представляет собой стеклянную ампулу 1(рис. 44, б)с отшлифованной внутренней сферической поверхностью определенного ра­диуса. Ампула помещена в металлическую оправу 2.

За нуль-пункт 0 круглого уровня принимается центр окружности, выгравированной в середине верхней по­верхности ампулы. Осью круглого уровня (рис. 44 б,) яв­ляется нормаль uu1, проходящая через нуль-пункт 0 перпендикулярно к плоскости, касательной внутренней поверхности уровня в его нуль-пункте. Круглый уровень имеет, как правило, небольшую чувствительность (цена деления порядка 3-5') и применяется там, где не тре­буется большой точности, а также для предварительной установки прибора. Назад

 

Рис. 44. Круглый уровень:

а – общий вид; б – устройство