Метод последовательных приближений неудобен тем, что процесс центрирования и горизонтирования прибора (установка прибора в рабочее положение) является сравнительно затратным по времени. При этом центрирование прибора нарушается при выполнении горизонтирования и наоборот, горизонтирование прибора не соблюдается при выполнении его центрирования. Завершение установки прибора в рабочее положение требует, как правило, подвижек самого прибора на головке штатива, для чего необходимо ослаблять становой винт. И часто после закрепления станового винта происходит небольшое смещение прибора на штативе, что приводит, обычно, к нарушению уже выполненного центрирования. Такие неудобства при установке прибора в рабочее положенине, особенно при выполнении точных и высокоточных работ, когда требуется выполнять центрирование с ошибкой, например, не более 0,5 мм, требуют довольно длительного времени. Кроме того, остается неизвестной остаточная погрешность центрирования, влияющая на точности измерений.
При аналитическом центрировании [24] (в основном это относится к электронным тахеометрам, о которых будет говориться в следующей главе) отпадает необходимость точного механического центрирования, которое вызывает трудности при установке прибора в рабочее положение. Достаточно только грубо выполнить центрирование (с возможной погрешностью даже до 30-40 мм, что как раз не очень трудно), выполнить горизонтирование прибора и измерить фактическую погрешность центрирования (децентрировку). Далее выполняют измерение величин, предусмотренных назначением прибора и редуцируют (исправляют) измеренные величины с учетом полученной величины децентрировки, т.е. учитывают систематические погрешности, вызванные неточностью центрирования, и вводят их в результаты измерений. В данном случае точность измерений определяется как точностью самого прибора, так и точностью определения величины элементов центрирования, которая может обеспечиться достаточно высокой, на уровне «ничтожной погрешности».
Устройство (оптико-электронный центрир) совместно с электронной схемой обработки информации измерительного прибора позволяет автоматически вычислять поправки в измеренные величины и вводить их в результаты измерений.
Измерение горизонтальных углов и углов наклона
Горизонтальные углы измеряют способом приёмов, способом повторений и способом круговых приёмов (рис. 5.12) при двух положениях колонки теодолита: круг лево (КЛ) – вертикальный круг расположен слева от наблюдателя; круг право (КП) – вертикальный круг расположен справа от наблюдателя.
Здесь мы рассмотрим только приведённые способы измерения углов. При высокоточных измерениях существуют и другие способы.
Измерение горизонтального угла при одном из положений колонки (КП или КЛ) называется полуприёмом. Два полуприёма составляют полный приём. Наблюдения можно начинать с любого полуприёма.
Способ приёмов
1. Установить теодолит в рабочее положение.
2. Пользуясь прицельным приспособлением, размещённым на зрительной трубе, навести его светлый крест на наблюдаемую точку В. Зажать (легко) зажимные винты сначала колонки, затем – зрительной трубы. Вращением кремальеры фокусирующей системы, наблюдая в трубу, добиться чёткого изображения объекта.
3. Наводящими винтами колонки и зрительной трубы переместить изображение наблюдаемой точки на вертикальную нить сетки нитей недалеко от центрального перекрестия (либо вывести изображение точки точно в центр сетки нитей).
4. Взять отсчёт по шкале горизонтального круга (см. табл. 5.2, отсчёт 117º 36,5').
5. Открепить колонку и зрительную трубу и выполнить наведение на точку С (по аналогии с наведением на т. В: пп. 2-4). Отсчёт – 236º 01,0'.
6. Перед сменой круга ослабить зажимной винт подставки и повернуть колонку в любую сторону (на 1о – 2о). Затем этот винт снова закрепить.
7. Ослабить зажимные винты колонки и зрительной трубы, перевести трубу через зенит и повернуть колонку на 180о. Такое положение колонки соответствует измерениям во втором полуприёме.
В теодолите Т15, например, не имеется наводящего устройства в подставке. Однако такую же функцию выполняет у него курковый зажим. Перед сменой круга необходимо нажать на курок зажима и слегка повернуть колонку. Затем снова отпустить зажим нажатием на вторую защелку.
8. Выполнить последовательно все действия по пп. 2-5 с записью отсчётов в журнал.
Рис. 5.12. Измерение горизонтальных углов:
а – способ приёмов; б – способ повторений; в – способ круговых приёмов.
Вычисления в журнале заключаются в определении разностей отсчётов на правое (С) и левое (В) направления:
236º01,0' – 117º36,5' = 118º24,5' (КЛ);
58º43,5' – 300º18,5' = (58º43,5' + 360º) – 300º18,5' = 118º25,0' (КП).
Таблица 5.2
Журнал измерения горизонтальных углов способом приёмов.
Журнал измерения углов наклона
| № стан-ции | №№ то-чек | КП КЛ | Отсчёты по ГК | Разность отсчётов | Среднее значение угла | Отсчёты по ВК | Место нуля МО | Значение угла наклона |
| В | 117º36,5' | +1º36,5' | -0,75' | +1º37,25' | ||||
| КЛ | 118º24,5' | |||||||
| С | 236º01,0' | - 3º20,0' | -1,0' | - 3º19,0' | ||||
| А | 118º24,75' | |||||||
| В | 300º18,5' | - 1º38,0' | ||||||
| КП | 118º25,0' | |||||||
| С | 58º43,5' | +3º18,0' |
При получении отрицательного результата к меньшему значению следует прибавить 360º.
Можно вычислить и угол β', дополняющий угол β до 360о. Для этого из отсчёта на левое (В) направление необходимо вычесть отсчёт на правое (С) направление:
(117º36,5' + 360º) – 236º01,0' = 241º 35,5';
300º18,5' – 58º43,5' = 241º35,0'.
Если разность в значениях горизонтального угла, полученного в полуприёмах, не будет превышать двойной точности теодолита, то вычисляют среднее значение угла из полуприёмов.
Если разность будет больше допустимой, то измерение угла необходимо выполнить заново.
42.2. Способ повторений
Принцип измерения углов способом повторений (рис. 5.12 б) заключается в многократном (n раз) откладывании угла на шкале горизонтального круга, т.е. производится n раз суммирование горизонтального угла. Затем полученную сумму делят на число n, что даёт значение искомого угла. Действия по измерению угла выполняются по следующей схеме (теодолит установлен в рабочее положение).
Таблица 5.3
Журнал измерения горизонтальных углов способом повторений
| № стан-ции | №№ точек | КП КЛ | Число повто-рений | Отсчёты по ГК | Значение угла в полуприёме | Среднее значение угла |
| В | 33º16,0' | |||||
| КЛ | 55º53'30'' | |||||
| С | 200º56,5' | |||||
| А | 55º53'45'' | |||||
| В | 214º49,5' | |||||
| КП | 55º54'00'' | |||||
| С | 22º31,5' |
1. Выполнить визирование на т. В и записать полученный на неё отсчёт в журнал (табл. 5.3, отсчёт 33º16,0').
2. Открепить колонку и зрительную трубу и выполнить наведение на т. С. Взять контрольный отсчёт на т. С.
3. Ослабить зажимной винт подставки и выполнить наведение на т. В, пользуясь наводящим устройством подставки. В результате этого отсчёт на т. С переведётся на т. В, поскольку алидада горизонтального круга и сам горизонтальный круг остаются неподвижными друг относительно друга.
Алидада – отсчётное приспособление горизонтального и вертикального кругов. Ось вращения алидады должна совпадать с осью вращения соответствующего круга. В системе вертикального круга алидада всегда остается неподвижной, а вращается относительно неё вертикальный круг, жёстко связанный со зрительной трубой. В системе горизонтального круга подвижными являются и горизонтальный круг и его алидада.
В теодолите Т15, например, после выполнения п. 2 необходимо взвести курок куркового зажима и затем выполнить наведение на т. В, пользуясь теми же наводящими устройствами.
4. Открепить колонку и зрительную трубу и выполнить действия по пп. 1, 2 и 3 n раз (в примере табл. 5.3 – n = 3) и записать последний отсчёт на т. С (200º56,5').
5. Поменять круг и выполнить все действия по пп. 1 – 4.
Обработка журнала заключается в следующем:
- вычислить разности отсчётов в полуприёмах и разделить их на число повторений n:
(200º56,5' – 33º16,0'): 3 = 55º53'30'';
(22º31,5' + 360º – 214º49,5'): 3 = 55º54'00''.
При переходе через 0º (360º) N раз к последнему отсчёту в точке С следует прибавить N 360º. В примере N = 1;
- вычислить среднее значение угла:
(55º53'30 – 55º5400): 2 = 55º53'45''.
Способ круговых приёмов
Этот способ (рис. 5.12 в) используется при измерении углов между несколькими направлениями. Часто такие измерения приходится выполнять при сгущении геодезических и маркшейдерских сетей методом триангуляции. Методика измерений следующая (теодолит установлен в рабочее положение).
1. Устанавливают примерно нулевые индексы лимба и алидады горизонтального круга. Алидаду закрепляют. При свободном лимбе трубу наводят на первую точку, например, при КЛ, и берут на неё отсчёт (0о01'15,6'') – табл. 5.4.
2. Алидаду освобождают (лимб при этом остается неподвижным), зрительную трубу наводят по часовой стрелке поочередно на точки 2, 3, 4, 5 и берут на них отсчёты (66о36'24,3'' и т д.).
3. Заканчивают наблюдение в первом полуприёме наведением на первую точку с регистрацией контрольного отсчёта на неё (0о01'15,0'').
Таблица 5.4
Журнал измерения горизонтальных углов способом круговых приёмов
| №№ точек | Измеренное направление (КЛ) | Измеренное направление (КП) | Средний отсчёт | Приведённое направление | Вычислен-ный угол | βi |
| (0о01'14,6") | ||||||
| 0о01'15,6" | 180о01'14,4" | 0о01'15,0" | 0о00'00,0" | |||
| 66о36'24,3" | 246о36'22,8" | 66о36'23,6" | 66о35'09,0" | 66о35'09,0" | β1 | |
| 138о05'08,7" | 318о05'08,3" | 138о05'08,5" | 138о03'53,9" | 71о28'44,9" | β2 | |
| 181о42'36,0" | 1о42'35,1" | 181о42'35,6" | 181о41'21,0" | 43о37'27,1" | β3 | |
| 272о16'42,4" | 52о16'41,0" | 272о16'41,7" | 272о15'27,1" | 90о34'06,1" | β4 | |
| 0о01'15,0" | 180о01'13,6" | 0о01'14,3" | (0о) 360о00'00,0" | 87о44'32,9" | β5 |
5. Второй полуприём (здесь – КП) выполняется при другом положении круга с первой точки, но против часовой стрелки. То есть по сравнению с первым полуприёмом второй наблюдаемой точкой будет последняя, 5-я, (см. столбец 3), последовательность отсчётов: 1, 5, 4, 3, 2, 1.
После окончания измерений вычисляют коллимационную погрешность, по величине которой оценивают точность измерений.
Вычисляют средние значения направлений (столбец 4) из отсчётов на каждую точку при КЛ и КП с записью их значений по одному из полуприёмов (в примере – для КЛ).
В столбце 4 вычисляют средний отсчёт на исходное направление на точку 1 (0о01'14,6") и в столбце 5 вычисляют приведённые направления по отношению к полученному среднему направлению на первую (начальную) точку. Приведённое направление будет равно разности средних направлений по отношению к среднему направлению на начальную точку.
При необходимости вычисляют горизонтальные углы (столбец 6) как разности соответствующих приведенных направлений.
Измерение углов наклона
Весьма важной характеристикой вертикального круга, а также параметром, определяющим работу теодолита, является место нуля (МО) вертикального круга. Поясним этот параметр на схеме, представленной на рис. 5.13.
Рис. 5.13. Измерение угла наклона.
Предположим, что при положении «круг лево» отсчёт на точку местности по вертикальному кругу составил ВК(КЛ). Предположим также, что ноль вертикального круга смещён от положения горизонтальной плоскости на величину МО. При принятой на рисунке оцифровке и её знаках то же самое можно проследить и при положении «круг право». Разность отсчётов даёт значение угла наклона
ν = ВК(КЛ) – МО; ν = МО - ВК(КП) (5.5)
С учётом формул (5.5) можно записать, что
МО = 0,5[ВК(КЛ) + ВК(КП)](5.6)
Последовательность измерения угла наклона (при установленном в рабочее положение теодолите).
При измерениях углов наклона теодолитами без компенсатора при вертикальном круге после грубого визирования на точку В (или С) с помощью прицельного приспособления зрительной трубы обязательно выполнить установку пузырька цилиндрического уровня на середину. Это можно сделать любым подъёмным винтом подставки, который позволит это выполнить максимально быстро и с меньшими его поворотами. В теодолитах с компенсатором выполнять такую установку уровня не требуется.
1. Выполнить наведение на т. В или С (рис. 5.12 а) при КЛ, переместив изображение точки наводящими винтами колонки и зрительной трубы на горизонтальную нить сетки нитей вблизи от центрального перекрестия (либо точно в центр сетки нитей). Взять отсчёт по шкале вертикального круга (КЛ: т. В - +1º36,5'; т. С - - 3º18,0') – см. табл. 5.2.
2. Поменять круг (на КП) и выполнить действия по п. 1. Отсчёты также записать в журнал.
Вычисления заключаются в определении места нуля (МО) вертикального круга по формуле (5.6).
Таким образом,
МОВ = 0,5 (КЛВ + КПВ) = 0,5 (+1º36,5' – 1º38,0') = - 0,75' = - 45";
МОС = 0,5 (КЛС + КПС) = 0,5 (- 3º20,0' + 3º18,0') = - 1,0' = - 60".
Допускаются расхождения в значениях места нуля не более двойной точности отсчёта по вертикальному кругу. В этом случае определяют значения углов наклона без усреднения величины МО по формулам (5.5).
В примере:
ν В = +1º36,5' – (-0,75') = +1º37,25' = +1º37'15";
νС = - 3º20,0' – (-1,0') = - 3º19,0' = - 3º19'00".
Обычно значения углов наклона вычисляют только при КЛ (при КП – контрольное вычисление) и записывают в соответствующей строке журнала.
Значение места нуля вертикального круга стремятся сделать равным или очень близким к нулю. О выполнении такой работы см. в § 46.
Поверки теодолитов
К основным поверкам теодолитов относится установление выполнения следующих условий.
Условие 1. Ось цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга должна быть перпендикулярна к оси вращения теодолита.
Условие 2. Вертикальный штрих сетки нитей должен находиться в вертикальной (коллимационной) плоскости.
Коллимационная плоскость определяется плоскостью, образованной визирной осью зрительной трубы при её вращении вокруг оси 2-2 (рис. 5.2).
Условие 3. Место нуля вертикального круга должно быть близким к нулю и постоянным.
Условие 4. Визирная ось зрительной трубы должна быть перпендикулярна к горизонтальной оси её вращения.
Условие 5. Горизонтальная ось вращения зрительной трубы должна быть перпендикулярна к вертикальной оси вращения теодолита.
Установление выполнения указанных выше условий называют поверкой.
Условие 1 проверяют в начале каждого рабочего дня, а также при необходимости и в течение рабочего дня. При использовании теодолита для ориентировки или при разбивочных работах на монтажных горизонтах – на каждой станции.
Условие 2 проверяют перед выполнением разбивочных работ, при створных измерениях, при выполнении ориентировок, перед измерениями в ходах съемочного обоснования и др.
Условие 3 поверяют перед измерениями углов наклона (тригонометрическое нивелирование), перед ориентировками, при визировании на близкие цели.
Условие 4 проверяют одновременно с проверкой условия 3 перед выполнением указанных выше работ.
Условие 5 проверяют периодически в соответствии с инструкцией по эксплуатации прибора, но не реже одного раза в 2 месяца, а также после известных наблюдателю механических воздействий, происшедших во время работы с теодолитом либо во время его транспортировки или хранения.
Перед поверками теодолит необходимо установить в рабочее положение. Поскольку измерение горизонтальных углов при указанных поверках не производится, то центрирование теодолита не выполняют.
Перед выполнением любой поверки (2, 3, 4 и 5) поверка условия 1 обязательна.
Поверка 1. (Выполнение условия 1).
1. Установить ось цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга по направлению на два любых подъёмных винта подставки (рис. 5.14). Вращением этих винтов в противоположные стороны привести пузырёк уровня точно на середину.
2. Повернуть колонку на 180о (это можно выполнить «на глаз» по симметрии частей колонки либо по отсчётам шкалы горизонтального круга).
Если пузырёк уровня отклонился не более чем на два деления ампулы, то условие считают выполненным. В этом случае поверку следует проконтролировать по двум другим подъёмным винтам подставки.
3. Если пузырёк уровня отклонился более чем на два деления, то половину этого отклонения следует исправить подъёмными винтами подставки, вращая их одновременно в противоположные стороны, а другую половину – юстировочными винтами уровня, перемещая его хвостовик вверх или вниз, в зависимости от положения пузырька.
После выполнения юстировки поверку повторяют на других подъёмных винтах.
Рис. 5.14. Первая поверка теодолита
| Юстировочные винты уровня находятся на одном из его концов. Ими зажат хвостовик уровня. Кроме того, многие уровни снабжены и боковыми юстировочными винтами. При выполнении юстировки необходимо слегка ослабить боковые юстировочные винты, |
а затем отпустить один из юстировочных винтов и подкрутить второй. Этим обеспечивается жёсткое положение хвостовика после выполнения каждого шага юстировки. После выполнения поверки и юстировки боковые винты уровня следует снова зажать.
Часто встречаются случаи, когда после выполнения п. 2 поверки пузырёк полностью уходит в один из концов ампулы, т.е. ось уровня весьма заметно отклонена от горизонтального положения. В такой ситуации не регистрируется величина полного отклонения пузырька. Для оценки полного отклонения пузырька необходимо подъёмными винтами привести пузырёк уровня на середину, при этом следует стараться поворачивать оба винта на один и тот же угол и считать число n таких поворотов. После этого надо возвратить пузырёк назад на половину (n /2) таких же оборотов подъёмных винтов, а юстировочными винтами уровня привести пузырёк на середину ампулы. Такие действия выполняют до тех пор, пока исправляемое положение пузырька уровня не достигнет регистрируемой по ампуле величины.
Поверка 2. (Выполнение условия 2).
Для поверки условия 2 визируют верхний конец вертикальной нити сетки нитей на какую-либо точку и наводящим винтом зрительной трубы переводят изображение точки в нижнюю часть вертикальной нити. Если изображение точки при этом смещается не более чем на 1/3 ширины биссектора сетки нитей, то условие 2 считают выполненным. В противном случае ослабляют крепёжные винты сетки и проворачивают её до необходимого положения. После этого крепёжные винты закручивают и повторяют поверку этого условия.
Вертикальность нити сетки можно проверить и по нити отвеса, подвешенного на расстоянии 5 – 10 м от теодолита.
Перпендикулярность вертикальной и горизонтальной нитей сетки гарантирует предприятие-изготовитель.
Поверка 3. (Выполнение условия 3).
1. На местности выбирают несколько (3 – 4) точек примерно на горизонте прибора и определяют по всем выбранным направлениям значения места нуля (МО) вертикального круга – см. § 45.
Если колебания МО превышают допустимую величину, а также само значение МО существенно больше 0, то условие 3 считают не выполненным.
Значительные колебания МО говорят о неисправности теодолита либо системы вертикального круга. Исследование неисправности и ремонт производится только в специализированной мастерской.
Если колебания МО допустимы, но величина МО больше 0, то обычно выполняют исправление МО.
Если значение МО большое, но стабильное, то, вообще говоря, можно пользоватся и этим значением. Но удобнее, когда оно близко к 0, в этом случае угол наклона примерно равен отсчёту по вертикальному кругу при КЛ.
2. Вычисляют значение угла наклона на какую-либо из выбранных точек по формуле (5.6).
3. У теодолитов Т30 наводящим винтом зрительной трубы устанавливают значение полученного угла наклона (при этом пузырёк цилиндрического уровня при алидаде горизонтального круга должен находиться в середине ампулы), а затем вертикальными юстировочными винтами сетки нитей перемещают изображение точки на горизонтальную нить сетки либо в её центр.
У теодолитов Т15 устанавливают изображение точки в центр сетки нитей, а установочным винтом цилиндрического уровня алидады вертикального круга устанавливают отсчёт, соответствующий измеренному углу наклона. В этом случае пузырёк уровня алидады вертикального круга отклонится от среднего положения. Тогда юстировочными винтами уровня его необходимо возвратить в центр ампулы.
Поверку необходимо повторить по другой точке.
Поверка 4. (Определение коллимационной погрешности с).
1. Выполнить визирование вертикальной нитью при двух положениях круга (КП1 и КЛ1) на удалённую точку, находящуюся примерно на горизонте прибора.
2. У теодолита Т30 ослабить зажимной винт подставки наводящего устройства и повернуть горизонтальный круг на 180о. Затем этот винт зажать и повернуть колонку в первоначальное положение.
У теодолита Т15 поворот горизонтального круга на 180о осуществляется с помощью куркового зажима.
3. Выполнить п.1 для той же точки и получить отсчеты КП2 и КЛ2.
Значение коллимационной погрешности получают по формуле
с = 0,5 [(КП1 – КЛ1 ± 180о) + (КП 2 – КЛ2 ± 180о)]. (5.7)
Если значение коллимационной погрешности превышает допустимую величину (для Т30 – 1´, Т15 – 0,5´), то выполняют юстировку.
4. Вычисляют правильный отсчёт а на точку
а = 0,5 (КП2 + КЛ2 ± 180о). (5.8)
5. Наводящим винтом алидады горизонтального круга устанавливают правильный отсчёт на лимбе ГК. При этом изображение точки сместится вбок с центра сетки нитей (с вертикальной нити) на величину с.
6. Боковыми юстировочными винтами сетки нитей совместить её центр (или вертикальную нить) с изображением точки.
Поверку необходимо повторить по другой точке.
Поверка 5. (Выполнение условия 5).
1. Теодолит установить недалеко от высокого объекта (например, стены здания). В верхней части стены необходимо выбрать какую-либо заметную точку так, чтобы визирование на неё производилось при наклоне визирной оси к горизонту примерно на 30о (рис. 5.15).
2. При КП и КЛ визируют на точку и сносят её изображение на стену примерно на уровень высоты прибора. В этом месте лучше закрепить лист бумаги. Положение спроецированной точки на листе бумаги отмечают и измеряют между полученными метками расстояние m (в мм).
3. Вычисляют угловую погрешность
, (5.9)
Рис. 5.15. Пятая поверка теодолита.
где М – расстояние от теодолита до стены (переведенное в мм); ρ' = 3438'.
Предельная величина угла i не должна быть больше 0,5´. При значениях указанного угла больших 0,5´ исправление производят в мастерской.
Нивелиры
Слово нивелир произошло от французского слова niveau (уровень) или тоже французского слова nivalis (нивелировать). Вообще понятий слова нивелирование много. Здесь же имеется в виду – определение высот точек с помощью горизонтального визирного луча. Поэтому в данном параграфе будет рассматриваться конструкция прибора, создающего горизонтальный луч визирования.
В обозначение отечественных нивелиров входит буква Н и число, указывающее среднюю квадратическую погрешность измерения превышения на 1 км двойного хода. Например, Н-05, Н-1, Н-2, Н-3, Н-10 – соответственно 0,5, 1, 2 мм и т.п.
Кроме того, в обозначение могут входить и другие элементы, определяющие особенности конструкции прибора. Впереди основного обозначения в различных модификациях указывают номер 2, 3 и т.п. После основного обозначения буквы: Л – прибор снабжён лимбом, с помощью которого можно с точностью отсчёта до 6 угловых минут измерять горизонтальные углы; К – в конструкцию прибора входит компенсатор, позволяющий удерживать визирную ось зрительной трубы в горизонтальном положении, П – со зрительной трубой прямого изображения.
Высокоточным нивелиром является Н-05. При визировании на расстояния до 50 м от нивелира до рейки ошибка визирования составляет 0,1 – 0,3 мм. Цена деления цилиндрического уровня на 2 мм равна 10". Цена деления шкалы оптического микрометра 0,05 мм.
К специальным нивелирам повышенной точности относятся нивелиры Н-1 и Н-2. Нивелиры Н-2 Уральского оптико-механического завода (УОМЗ) снабжаются (по отдельному заказу) микрометренной насадкой, что позволяет повысить точность нивелирования до 1 мм на 1 км двойного хода.
К точным нивелирам относят нивелиры Н-3. С помощью нивелира Н-3 выполняют нивелирование в сетях III и IV классов.
Н-10 – технический нивелир.
Это отечественные нивелиры. На рынке имеется большой выбор приборов такого назначения, от оптико-механических до электронных, а также электронных нивелиров со штрих-кодовой рейкой для автоматического снятия отсчётов. Обо всём этом немного будет сказано дальше.
Устройство нивелира
Нивелир с уровнем при зрительной трубе (рис. 5.16) состоит, из подставки 3 с тремя подъёмными винтами 4, с помощью которых совместно с круглым уровнем 5 нивелир устанавливают в рабочее положение, наводящего и зажимного устройств, элевационного винта 8, при вращении которого зрительная труба 1 может в небольших пределах поворачиваться в вертикальной плоскости в шарнире 6.
Зрительная труба 1 и цилиндрический уровень 2 жёстко скреплены друг с другом. При юстировке положения оси Б-Б уровня эта ось может на небольшие углы поворачиваться относительно оси зрительной трубы в шарнире 7 при вращении в ту или другую сторону юстировочного винта 9, расположенного в хвостовике уровня.
Фокусирование изображения предмета производится кремальерой 11, при вращении которой перемещается отрицательный компонент объектива зрительной трубы (фокусирующая линза). Чёткое изображение сетки нитей получают вращением окулярного колена 10. То есть настройка зрительной трубы нивелира для наблюдений такая же, как и зрительной трубы теодолита.
В поле зрения трубы нивелира выведены специальной оптической системой противоположные концы пузырька цилиндрического уровня (устройство контактного уровня см. в § 38).
Нивелиры с компенсаторами не имеют цилиндрического уровня при зрительной трубе, а содержат только установочный (круглый или цилиндрический) уровень, находящийся на корпусе прибора. Приведение визирной оси нивелира в рабочее положение производится автоматически при приведении в рабочее положение установочного уровня. Принципиальная схема компенсатора маятникового типа нивелира Н-10К приведена на рис. 5.17. Для примера на этом же рисунке показана схема нивелира 2Н-10Л с цилиндрическим контактным уровнем при зрительной трубе.
3Н-3КЛ (УОМЗ)
3Н-5Л (УОМЗ)
| 
Рис. 5.16. Устройство нивелира.
|
В нивелире 2Н-10Л установка визирной оси в горизонтальное положение осуществляется с помощью контактного цилиндрического уровня, оптическая система которого передаёт изображение концов пузырька в плоскость сетки нитей.
В таком же по классу точности нивелире Н-10КЛ отсутствует фокусирующая линза, а её функцию выполняет прямоугольная призма компенсатора, свободно подвешенная на жёстких нитях в опорах качения (маятниковый компенсатор). Фокусирование осуществляется перемещением этой призмы по направляющим в вертикальном направлении. В этом случае изменяется длина хода оптических лучей в оптической системе нивелира, в результате чего изображение предмета накладывается на плоскость сетки нитей, где нанесены штрихи.
Над призмой установлен неподвижно блок из двух пентапризм (большой и малой пентапризм), которые создают вместе с прямоугольной призмой ломаный ход лучей от объектива к сетке нитей и окуляру. Изображение получается прямым (земная зрительная труба).
Нивелиры с компенсаторами значительно облегчают работу при измерениях, поскольку при их использовании отпадает необходимость в приведении визирной оси в горизонтальное положение самим наблюдателем. Одним их недостатков нивелиров с компенсаторами является сложность работ в условиях вибрации почвы (грунта) от работы механизмов либо от проходящего рядом транспорта.
Рис. 5.17. Устройство нивелира с компенсатором.
Нивелир 2Н-10Л (а). Нивелир Н-10КЛ (б).
Нивелирные рейки
В комплект нивелира входят две нивелирные рейки, представляющие собой бруски или жёсткие металлические профилированные полосы с нанесёнными на них делениями (обычно сантиметровыми или пятимиллиметровыми). Для точного и технического нивелирования используют деревянные рейки РН-3 и РН-10 с сантиметровыми делениями, нанесёнными с двух сторон, каждая из которых окрашена в свой цвет (чёрная и красная шкалы). Буква С в обозначении рейки говорит о том, что рейка складная. Для точного нивелирования используют не складные, а цельные (с односторонней или двухсторонней шкалами либо с односторонней, но двойной шкалой). Высокоточное нивелирование выполняют только с использованием специальных реек типа РН-05 с инварной полосой, на которую нанесены две смещённые шкалы с делениями 5 мм. Инварная полоса имеет устройство для натяжения силой 20 кг. Длина любого интервала шкал такой рейки нанесена с ошибкой не более 0,05 мм. Рейка снабжена круглым уровнем с ценой деления 10', служащим для установки рейки в вертикальное положение.
Инвар – это сплав железа и никеля, имеющий весьма малый коэффициент линейного расширения в большом диапазоне температур окружающего воздуха.
Рейки для точного и высокоточного нивелирования могут иметь различную длину, от 1,5 до 4,0 м, что позволяет расширить возможности их использования в различных условиях, в том числе и при работе внутри помещений при проведении специальных инженерно-геодезических работ.
Концы реек окованы металическими пластинами, чем обеспечивается защита пятки реек от повреждений и сохранность начального отсчёта.
На чёрной стороне рейки, используемой для технического или точного нивелирования, нулевой отсчет совпадает с её пяткой. Наименьшее деление другой шкалы всегда больше наибольшего деления чёрной шкалы. Тем самым невозможно перепутать в записях отсчётов чёрный и красный отсчёты). Например, для реек длиной 3 м наименьший красный отсчёт равен 4787 мм (4,787 м). Красные шкалы двух комплектных реек смещены друг относительно друга на 100 мм, например 4787 и 4687. Это позволяет контролировать работу наблюдателя на станции. Контроль работы на станции часто обеспечивают и другим способом. Для точного нивелирования, например, изготавливают цельную рейку, деления красной стороны которой больше основных делений на 10%. Одному сантиметру деления чёрной шкалы соответствует деление 1,1 см красной. Таким образом, превышения, получающиеся по красным шкалам комплектных реек, должны в 1,1 раза отличаться от превышений, полученных по чёрным шкалам.
Для высокоточных и точных измерений в горных условиях разработаны нивелирные рейки с термодатчиками, установленными на внутренней стороне инварной полосы (4 термодатчика).
Для выполнения привязок к стенным маркам, а также при работе в стесненных условиях используют подвесные инварные рейки длиной 1,2 м. Для работы в шахтах, тоннелях, а также в условиях слабой освещённости шкалы реек выполняют светоотражающими. При этом шкалы могут освещаться как со стороны наблюдателя, так и непосредственно реечником.
