5.1. Будова нівелірів Н-3, Н-3К і нівелірних рейок.
5.2. Знімання відліків з рейки.
5.3. Перевірки нівелірів.
Прилади і обладнання: нівелір Н3 (Н-3К), штатив, комплект рейок, висок.
5.1. Нівелір – це оптико-механічний прилад, призначений для побудови в просторі горизонтального променя. В перекладі слово нівелір означає рівень. За допомогою нівелірів виконують геометричне нівелювання для визначення перевищення між двома точками.
За точністю нівеліри поділяють на високоточні (призначені для нівелювання І та ІІ класів – Н-05, Ni002), точні (застосовуються для нівелювання ІІІ та IV класів – Н-3, Н-3К, Н-3КЛ) та технічної точності (використовуються при виконанні технічного нівелювання – Н-10, Н-10К). За способом установки візирного променя в горизонтальне положення – поділяються на нівеліри з циліндричним рівнем при зоровій трубі (Н-3, Н-10) та на нівеліри з компенсатором (Н-3К, Н-10К).
У назві нівеліра літера „ Н ” означає нівелір, „ К ” – наявність компенсатора кутів нахилу, „ Л ” – наявність лімба горизонтального круга. Цифра в шифрі нівеліра означає середню квадратичну похибку (в міліметрах) на 1 кілометр подвійного нівелірного ходу.
Нівелір Н-3 (Н-3К) призначений для нівелювання ІІІ і ІV класів, але його застосовують і при технічному нівелюванні. Загальний вигляд нівелірів Н-3 та Н-3К показаний на рис. 5.1 та 5.2.
Будова нівеліра Н-3. Основними частинами нівеліра Н-3 (рис. 5.1) є наступні:
1 - піднімальні гвинти – призначені для приведення бульбашки круглого рівня в нуль-пункт;
2 - круглий рівень – призначений для встановлення осі обертання нівеліра в прямовисне положення;
3 - підставка нівеліра;
Рис. 5.1. Загальний вигляд та будова нівеліра Н-3
4 - зорова труба;
5 - візир – призначений для швидкого, приблизного наведення на рейку;
6 - окуляр;
7 - об’єктив;
8 - фокусуючий гвинт (кремальєра) – призначений для отримання чіткого зображення рейки в полі зору зорової труби;
9 - затискний (закріпний) гвинт – призначений для закріплення зорової труби в нерухомому положенні;
10 - навідний (мікрометричний) гвинт – призначений для точного наведення зорової труби на рейку в горизонтальній площині (працює при загвинченому затискному гвинті);
11 - циліндричний рівень – призначений для встановлення лінії візування в горизонтальне положення;
12 - елеваційний гвинт – призначений для приведення кінців бульбашки циліндричного рівня в контакт (нуль-пункт).
Над циліндричним рівнем розташований призмовий пристрій, який передає зображення положення бульбашки в поле зору труби. Таким чином, спостерігачу, в полі зору труби, видно кінці бульбашки рівня і рейку, з якої знімають відлік (рис.5.4). Якщо бульбашка рівня знаходиться в нуль-пункті, то зображення її в полі зору труби утворює в верхній частині один загальний овал.
Будова нівеліра Н-3К. Основними частинами нівеліра Н-3К (рис. 5.2) є наступні:
1 - піднімальні гвинти;
2 - круглий рівень;
3 - дзеркало – для підсвічування круглого рівня;
4 - підставка нівеліра;
5 - зорова тр уба;
6 - окуляр;
7 - об’єктив;
8 - фокусуючий гвинт (кремальєра);
9 - навідний (мікрометричний) гвинт.
Рис. 5.2. Загальний вигляд та будова нівеліра Н-3К
У нівелірі Н-3К відсутні циліндричний рівень і елеваційний гвинт, тому що візирна вісь встановлюється автоматично в горизонтальне положення призмовим компенсатором (при кутах нахилу до 15'). Компенсатор – це пристрій, який автоматично встановлює промінь візування у горизонтальне положення при невеликих нахилах зорової труби.
Нівелірні рейки. Нівелірна рейка служить робочою мірою вимірювання перевищень. За точністю вони поділяються на високоточні (РН-05), точні (РН-3) та технічні (РН-10). Літери означають – „ Р ” – рейка, „ Н ” – нівелірна, цифри – вказують середню квадратичну похибку (в міліметрах) на 1 кілометр подвійного нівелірного ходу. Для нівелювання І, ІІ та ІІІ класів використовуються суцільні рейки з круглим рівнем. У складних рейках після цифр додається літера „ С ” (РН-10С).
Рис. 5.3. Рейка РН-10 для нівеліра з оберненим зображенням:
а) чорний бік; б) червоний бік
Рейка РН-10 (рис. 5.3) – двостороння, шашкова, ціна поділки 10 мм. Являє собою дерев’яний брусок шириною 8-10 см, товщиною 2-3 см, виготовлений з сухої деревини. З боків рейки закріплені дві ручки (2). Кінці рейки для міцності оковують металевими пластинами (1). На одному боці нанесені чорні і білі поділки (чорний бік), на іншому – червоні і білі (червоний бік). Поділ виконаний у вигляді дециметрів, розділених на 10 частин. Кожний дециметр підписаний двозначним числом (3). Початок кожного дециметра фіксується тонким горизонтальним штрихом (4), від якого будується п’ятисантиметрова фігура у вигляді літери „ E ” (5). На чорному боці поділки починаються від нуля, який суміщений з нижнім кінцем рейки. На червоному боці поділки зміщені і починаються наприклад з 4683, 4783, 4883. Число з якого починаються відліки на червоному боці рейки називається п’яткою рейки. П’ятка рейки обчислюється як різниця відліків знятих з червоного і чорного боків рейки. В залежності від того, яке зображення будує зорова труба нівеліра дециметрові підписи можуть бути прямими або оберненими (перевернутими). Як правило виготовляють рейки три- і чотирьохметрові. Рейка РН-3 має аналогічну конструкцію і додатково обладнана круглим рівнем.
5.2. В полі зору труби (рис. 5.4) видно: вертикальний штрих (1) сітки ниток; середній (2), верхній (3) і нижній (4) – горизонтальні штрихи сітки ниток; а також кінці бульбашки циліндричного рівня (5) і рейку з поділками (6).
Рис. 5.4. Поле зору труби нівеліра Н-3
Перед зніманням відліку з рейки необхідно:
1) встановити нівелір на штатив і за допомогою піднімальних гвинтів вивести бульбашку круглого рівня на середину (в нуль-пункт);
2) приблизно навести зорову трубу на рейку за допомогою візиру та зафіксувати напрям наведення закріпним гвинтом;
3) досягнути чіткого зображення рейки в полі зору труби за допомогою фокусуючого гвинта;
4) досягнути чіткого зображення сітки ниток в полі зору труби за допомогою діоптрійного кільця окуляра;
5) точно навести зорову трубу на рейку (сумістити вертикальний штрих сітки ниток з центром рейки) за допомогою навідного гвинта;
6) привести бульбашку циліндричного рівня на середину за допомогою елеваційного гвинта. При цьому зображення кінців бульбашки циліндричного рівня в полі зору труби повинні утворити параболу – (5) (рис. 5.4).
Відлік з рейки знімається в міліметрах і складається з чотирьох значущих цифр. Відлік являє собою відстань від нуля шкали рейки до променя даного штриха сітки. Перші дві цифри – номер дециметра, третя – число повних сантиметрових поділок від початку дециметра до даного штриха, четверта – десяті долі наступної сантиметрової поділки (знімаються на око). В нашому випадку маємо на рис. 5.4 – за верхнім штрихом – 0472, за середнім – 0559, за нижнім – 0646 мм.
За допомогою віддалемірних штрихів сітки ниток можна визначати віддалі від нівеліра до рейки. Віддалемірні відстані вираховують як різниці між відліками за нижнім та верхнім штрихами (в нівелірів з прямим зображенням навпаки – верхній мінус нижній), помножених на коефіцієнт віддалеміра (К=100). В нашому випадку на рис. 5.4: D=(646-472)×100=17400 мм = 17,4м.
Геометричне нівелювання для визначення перевищень між точками може виконуватись двома способами: нівелюванням з середини (при рівності плеч) та нівелюванням вперед (при нерівності плеч). Перевищення між точками визначається як різниця між відліками на задню та на передню рейки (детальніше геометричне нівелювання розглянуто в лабораторній роботі 8).
5.3. Під перевірками розуміють контроль правильності взаємного положення осей і частин приладу. У випаду виявлення невідповідності її усувають шляхом юстирування (виправлення). Схема основних осей нівеліра показана на рис. 5.5.
Рис. 5.5. Схема основних осей нівеліра з циліндричним рівнем і елеваційним гвинтом
Основні геометричні осі нівеліра наступні:
Візирна вісь зорової труби VV1 – уявна пряма лінія, яка проходить через центр сітки ниток і оптичний центр об’єктива.
Вертикальна вісь обертання нівеліра ZZ1 – уявна пряма лінія, яка проходить через центр обертання зорової труби та підставки.
Вісь циліндричного рівня UU1 – уявна пряма лінія, яка проходить за дотичною до внутрішньої поверхні ампули рівня в точці нуль-пункту.
Вісь круглого рівня КК1 – уявна пряма лінія, яка з’єднує центр сферичної поверхні і точку нуль-пункту.
Перевірки нівеліра Н-3
Перевірка круглого (сферичного) рівня. Вісь круглого рівня КК1 повинна бути паралельною осі обертання нівеліра ZZ1.
Виконання перевірки. За допомогою трьох піднімальних гвинтів бульбашку круглого рівня приводять в нуль-пункт і повертають нівелір на 1800. Якщо бульбашка залишилась на середині, то умова виконана, а якщо бульбашка виходить за межу круга рівня, то виконують виправлення.
Виправлення. На половину дуги відхилення бульбашку повертають до нуль-пункта виправними гвинтами рівня. Після виправлення перевірку повторюють знову.
Перевірка сітки ниток. Горизонтальна нитка сітки ниток зорової труби повинна бути перпендикулярною до осі обертання нівеліра ZZ1.
Виконання. Приводять нівелір в робоче положення і на відстані 20-30 м підвішують нитковий висок. Наводять зорову трубу на нитку виска. Якщо вертикальна нитка сітки співпадає з ниткою виска, то умова виконана. Якщо вертикальна нитка сітки не співпадає з ниткою виска, то виконують виправлення.
Виправлення. Відкручують ковпачок в окулярній частині зорової труби і відпускають три гвинти, за допомогою яких кріпиться окуляр до труби. Після цього повертають сітку ниток так, щоб вертикальна нитка співпала з лінією виска. Далі закріплюють гвинти. Після виправлення перевірку повторюють знову.
Перевірка головної умови нівеліра. Вісь циліндричного рівня UU1 повинна бути паралельною візирній осі зорової труби VV1.
Виконання перевірки. Перевірка виконується подвійним нівелюванням: з середини та вперед. На місцевості закріплюють дві точки А та B на відстані одна від одної приблизно 70-80 м (рис. 5.6, а). Нівелір встановлюють строго посередині між точкам А і B та знімають відліки з чорних боків рейок встановлених на цих точках – а1чор і b1чор за середнім штрихом сітки ниток. Після цього рейки на точках повертають навколо своєї осі та знімають відліки за червоними боками рейок – а1чер і b1чер. За знятими відліками обчислюють перевищення за чорним та червоним боками: від відліку за задньою рейкою віднімають відлік за передньою рейкою, тобто:
(5.1)
За остаточне значення перевищення h1 беруть середнє з обчислених перевищень за чорним та червоним боками.
Рис. 5.6. Перевірка головної умови нівеліра:
а) нівелювання при рівності плеч; б) нівелювання при нерівності плеч
Після цього нівелір переносять та встановлюють ближче до задньої рейки так, щоб відстань до неї була приблизно 5...10 м (рис. 5.6, б). Знімають відліки на задній і передній рейках за чорним – а2чор та b2чор та червоним – а2чер та b2чер боками. Після чого обчислюють перевищення за чорним та червоним боками:
(5.2)
За остаточне значення перевищення h2 беруть середнє з обчислених перевищень за чорним та червоним боками.
Перевищення h1 визначене за нівелюванням з середини буде правильним, оскільки в такому випадку компенсується похибка за непаралельність осі циліндричного рівня до візирної осі. Тому обчислюють похибку за формулою:
. (5.3)
Якщо │х│ £ 4 мм, то умова перевірки виконана, якщо │х│ > 4 мм, то виконують виправлення.
Виправлення.
|
. (5.4)
За допомогою елеваційного гвинта середню нитку сітки встановлюють на обчислений відлік bочор. В цьому випадку бульбашка циліндричного рівня зійде з нуль-пункту. Повертають виправні гвинти циліндричного рівня так, щоб бульбашка знову стала в нуль-пункт. Після виправлення перевірку повторюють.
Перевірки нівеліра Н-3К
Перевірки круглого рівня і сітки ниток нівеліра Н-3К виконують і виправляють так само, як нівеліра Н-3.
Перевірка головної умови для нівеліра з компенсатором формулюється так: візирна вісь нівеліра, встановленого в робоче положення, повинна бути горизонтальною. Виконується перевірка головної умови як і для нівеліра Н-3. Виправлення негоризонтальності виконується верхнім та нижнім виправними гвинтами сітки ниток шляхом переміщенням її середнього штриха на правильний відлік b0.
Перевірка міри компенсації кутів нахилу осі нівеліра. Компенсація кутів нахилу повинна бути повною.
Виконання перевірки. Встановлюють нівелір посередині створу між рейками, що розміщені на відстані 80-100м. Визначають перевищення між ними п’ятьма прийомами, при положеннях бульбашки круглого рівня, як показано на рис. 5.7.
Рис. 5.7. Положення бульбашки круглого рівня при визначенні похибки компенсації
1 прийом – бульбашка круглого рівня знаходиться в нуль-пункті;
2 прийом – бульбашка відхиляється до об’єктива (при наведенні на задню рейку);
3 прийом – бульбашка відхиляється до окуляра (при наведенні на задню рейку);
4 прийом – бульбашка відхиляється праворуч (при наведенні на задню рейку);
5 прийом – бульбашка відхиляється ліворуч (при наведенні на задню рейку).
Перевищення h1 визначене в першому прийомі (бульбашка у нуль-пункті) вважається правильним. З перевищень визначених у 2, 3, 4, 5 прийомах (при положеннях бульбашки рівня не в середині) знаходять середнє:
. (5.5)
Після чого знаходять різницю:
. (5.6)
Якщо Δh≤ 5 мм, то умова перевірки виконана.
Виправлення.
|
Приклади типових завдань:
Завдання 1.
Вивчити будову нівеліра. Привести його в робоче положення. Взяти відліки з рейки.
Розв’язок:
Вивчити розміщення і призначення основних частин нівеліра. Привести нівелір в робоче положення, як описано в питанні 2, та зняти відлік з рейки. Замалювати в зошит поле зору зорової труби та знятий відлік.
Завдання 2.
Виконати перевірки нівеліра.
Розв’язок:
Виконати перевірки приладу, як описано в питанні 3. Виконання перевірки головної умови нівеліра оформити як показано в таблицях 5.1 та 5.2.
