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 т_км:для нивелира Н-05 т _км= 0,5мм, для нивелира Н-3 т _км= 3мм, для нивелира Н-10 т _км = 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 т _км= 3мм; Н-10КЛ нивелир с компенсатором и лимбом, т _км = 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 (т _км = 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 20^x, 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 20^x. 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 = f _об /f _ок

Трубы геодезических приборов имеют увеличение от 15 до 50^Х.

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

m_υ = 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 ии ₁касательная 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 uu ₁, 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