Устройство и поверки нивелира

Нивелиры по способу установки визирной оси в горизонтальное положение выпускают в двух исполнениях: с цилиндрическим уровнем при зрительной трубе и с компенсатором углов наклона.

Принципиальная схема нивелира представлена на рис. 5.41.

Нивелиры с элевационным винтом имеют четыре оси (рис. 5.41):

· вертикальная ось нивелира ZZ₁ (ось вращения алидадной части);

· визирная ось зрительной трубы VV₁;

· ось цилиндрического уровня U _г U _г;

· ось круглого уровня U _в U _в.

Основным требованием к взаимному расположению частей нивелира является требование параллельности оси U _г U _г цилиндрического уровня и визирной оси VV₁ зрительной трубы.

Рис. 5.41. Принципиальная схема нивелира с элевационным винтом:

1 - контактный цилиндрический уровень при зрительной трубе; 2 - корпус зрительной трубы; 3 - элевационный винт, предназначенный для изменения наклона визирной оси относительно вертикальной оси; 4 - линейка, соединяющая зрительную трубу и цилиндрический уровень с осью вращения нивелира; 5 - пружинящая пластинка с резьбовым отверстием для станового винта; 6 - подъемный винт; 7 - подставка (трегер); 8 - закрепительный винт; 9 - круглый уровень.

Малогабаритный оптический нивелир ЗН-5Л относится к нивелирам технической точности с элевационным винтом (рис.5.42). Применяют его при создании высотного обоснования топографических съемок, на строительных площадках, при проведении изысканий и т. п.

На верхней части корпуса находится визирное устройство 3, которое служит для предварительного наведения зрительной трубы на рейку. Зрительная труба нивелира и цилиндрический уровень вместе размещены внутри общего корпуса 2 верхней части прибора для уменьшения влияния одностороннего нагрева на точность нивелирования. Нивелир имеет зрительную трубу прямого изображения с внутренней фокусировкой. Фокусирование зрительной трубы осуществляют кремальерой, а четкого изображения сетки нитей добиваются вращением диоптрийного кольца окуляра 6.

С помощью зеркала 4 наблюдают за положением пузырька цилиндрического уровня, а белый экран 7 подсвечивает цилиндрический уровень снизу. Зрительную трубу нивелира вместе с цилиндрическим уровнем можно наклонять в вертикальной плоскости относительно нижней части корпуса с помощью элевационного винта.

Головки бесконечного наводящего винта 12 расположены по обе стороны прибора, что делает удобной работу как правой, так и левой рукой.

Между алидадной частью и подставкой расположен горизонтальный лимб 9, который можно установить в требуемое положение. При вращении зрительной трубы прибора горизонтальный лимб остается неподвижным. Цена деления лимба равна 1º. Для предварительной установки вертикальной оси уровня в отвесное положение используют круглый уровень 8.

Рис. 5.42. Общий вид нивелира 3Н - 5Л:

1 - объектив зрительной трубы; 2 - корпус; 3 - механический визир; 4 - зеркало; 5 - юстировочный винт цилиндрического уровня; 6 - окуляр зрительной трубы; 7 - экран подсветки уровня; 8 - круглый уровень; 9 - кольцо лимба; 10 - подъемный винт; 11 - подставка; 12 - головки наводящего винта.

Рис. 5.43. Принципиальная схема нивелира с компенсатором:

1 - объектив зрительной трубы; 2 - фокусирующая линза; 3 -прямоугольная подвижная призма компенсатора, подвешенная на двух парах скрещивающихся нитях; 4 - неподвижная призма компенсатора; 5 - пластинка сетки нитей; 6 - окуляр; 7 - ограничитель, предохраняюший нити компенсатора от обрывов; 8 - успокоитель колебаний призмы 3 поршневого типа (демпфер); 9 - круглый уровень.

В нивелирах с компенсаторами (рис. 5.43) в рабочем положении - когда вертикальная ось ZZ₁ занимает отвесное положение - ограничиваемом максимальным компенсируемым наклоном зрительной трубы, визирная ось VV₁ должна занимать горизонтальное положение. Кроме того, ось круглого уровня U _в U _в, по которому устанавливается ось вращения ZZ₁ алидадной части нивелира в отвесное положение, должна быть параллельна этой оси. Соблюдение этого условия особенно необходимо в нивелирах с компенсаторами наклона. Для удобства работы с нивелиром ставится требование, чтобы горизонтальная нить в зрительной трубе, которая используется для отсчитывания по рейке, располагалась перпендикулярно вертикальной оси нивелира ZZ₁.

Оптический нивелир ЗН-ЗКЛ (рис. 5.44) предназначен для геометрического нивелирования с помощью визирного луча, автоматически устанавливающегося горизонтально при помощи компенсатора наклоне зрительной трубы. Диапазон работы компенсатора равен ±15'.

 

Рис. 5.44. Общий вид нивелира 3Н - 3КЛ:

1 - бленда на объектив; 2 - корпус зрительной трубы; 3 - кремальера фокусирующая; 4 - оптический визир; 5 - корпус; 6 - окуляр зрительной трубы; 7 - круглый уровень; 8 - алидадная часть; 9 - кольцо лимба; 10 - подставка; 11 - подъемный винт 12 - головки наводящего винта.

Как отмечалось ранее, он относится к нивелирам технической точности. Зрительная труба позволяет получить прямое изображение, а горизонтальный лимб - измерять и строить на местности горизонтальные углы. Цена деления лимба 1º, а цена деления круглого установочного уровня 5'.

В нижней части корпуса нивелира размещены вертикальная ось и механизм наводящего винта для точного наведения прибора по азимуту. Головки бесконечного наводящего винта 12 находятся с двух сторон. Закрепительный винт отсутствует, но имеется фрикционное сцепление вертикальной оси и втулки, поэтому нивелир можно наводить на рейку наводящим винтом без ограничения угла поворота. Горизонтальный лимб 9 вращают рукой. Во время измерения горизонтального угла лимб остается в неподвижном состоянии.

Приведение вертикальной оси нивелира в отвесное положение выполняется подъемными винтами 11 при помощи установочного уровня.

Взаимное расположение осей нивелира должно соответствовать принципу измерения превышения. Чтобы такое соответствие обеспечивалось, выполняют поверки геометрических условий нивелира в следующей последовательности.

Поверка круглого (установочного) уровня: ось круглого уровня должна быть параллельна оси нивелира.

Устанавливают уровень между двумя подъемными винтами и, действуя подъемными винтами, приводят пузырек в нульпункт. Поворачивают верхнюю часть нивелира на 180°. Если после этого пузырек остался в нульпункте, то условие выполнено. В противном случае выполняют юстировку уровня. Для контроля действия повторяют.

Перед последующими поверками нивелир приводят в рабочее положение, т.е. устанавливают ось вращения в отвесное положение.

Поверка правильности установки сетки нитей: вертикальная нить сетки должна быть параллельна оси нивелира.

В защищенном от ветра месте на тонком шнуре подвешивают отвес. В 15-20 м от отвеса устанавливают нивелир и совмещают один из концов вертикальной нити сетки с отвесом. Если другой конец нити отходит от отвеса не более чем на ширину нити, то условие выполнено. При несоблюдении условия ослабляют крепежные винты окулярной части зрительной трубы и после поворота сетки за счет люфта в отверстиях для винтов, удерживающих оправу сетки в корпусе трубы, добиваются соблюдения условия поверки.

Для контроля действия повторяют, после чего сетку закрепляют.

Поверка главного геометрического условия: ось цилиндрического уровня должна быть параллельна визирной оси.

Способ 1. Поверка производится двойным нивелированием одной и той же линии с разных ее концов. Линия длиной 70 - 80м закрепляется кольями А и В (рис. 5.45, а), а нивелир устанавливают в середине между ними. Если визирная ось параллельна оси уровня, то по задней и передней рейкам, отвесно установленным на точках А и В, будут получены верные значения отсчетов а₁ и b₁ найдено правильное (действительное) превышение

h₁ = а₁ - b₁.

Если же визирная ось составляет с осью уровня некоторый угол ν, то будут прочитаны отсчеты

а₂ = а₁ + Δ а₁ и b₂ = b₁ + Δ b₁,

где Δ а₁ и Δ b₁ - их погрешности.

Рис. 5.45. Схема поверки главного геометрического условия

При Δ а₁ ≠ Δ b₁ превышение

h₁'= а₂ - b₂ = (а₁ + Δ а₁) - (b₁ + Δ b₁)

будет содержать погрешность. Но при равных расстояниях от нивелира до задней и передней реек Δ а₁ = Δ b₁ и искомое пре вышение

h₁'= а₂ - b₂ = а₁ - b₁ = h₁

не будет содержать погрешности.

Затем устанавливают нивелир окуляром над точкой А (рис.5.45, б), производят установку нивелира по круглому уровню в рабочее положение и измеряют высоту прибора i с помощью рейки (отвесное расстояние от верха колышка до центра окуляра).

В точке В устанавливают рейку. Берут отсчет по рейке b₄, предварительно приводя пузырек цилиндрического уровня в нульпункт, вращением элевационного винта. Вычисляют превышение

h₂ = i - b₄

и сравнивают его с верным превышением h₁.

Если визирная ось и ось цилиндрического уровня не параллельны, то расхождение в превышениях h₂ и h₁ будет превышать 5 мм при расстоянии S=100 м.

Тогда чтобы добиться выполнения условия, надо, сохранив нивелир над точкой А, сделать следующее:

• действуя элевационным винтом, установить на рейке верный (свободный от погрешности Δ b₄) отсчет b₃, который определяют по формуле

b₃ = i - h₁;

• привести пузырек цилиндрического уровня в нульпункт при помощи двух вертикальных исправительных винтов уровня.

После этого поверку повторяют.

Способ 2. Точки А и В нивелируют дважды по способу «вперед». При этом сначала нивелир устанавливают над точкой А, измеряют его высоту i₁ и берут отсчет b₁ по рейке, поставленной отвесно в точке В. Вычисляют превышение

h_1'= i₁ - b₁.

Затем нивелир устанавливают над точкой В, измеряют его высоту i₂ и берут отсчет b₂ по рейке, поставленной в точке А. В этом случае превышение

h₂'= i₂ - b₂.

Поскольку расстояния от нивелира до реек здесь были одинаковыми, отсчеты b₁ и b₂ содержат одинаковую погрешность х = Δ b₁ = Δ b₂. Действительные превышения на станциях h₁ и h₂ можно получить, исключив из отсчетов эту погрешность х, т. е.

h₁'= i₁ - (b₁ - х) и h₂'= i₂ - (b₂ - х),

но так как h₁ = -h₂ (по абсолютному значению превышения равны), то

i₁ - b₁ + х = - i₂ + b₂ - х,

а погрешность, обусловленная непараллельностью визирной оси и оси цилиндрического уровня,

х = 0,5 [ (b1+ b2) - (i1 + i2)].

(5.35)

Погрешность считается допустимой, если х не превышает 5 мм на 100 м расстояния между нивелиром и рейкой. Если погрешность х окажется больше указанного предела, то, сохраняя нивелир над точкой В, вычисляют правильный отсчет b₀ по рейке, установленной в точке А:

b₀ = b₂ - х.

При помощи элевационного винта среднюю нить сетки зрительной трубы наводят на отсчет b₀. При этом пузырек цилиндрического уровня уходит с контакта. Затем, действуя вертикальными исправительными винтами цилиндрического уровня, совмещают изображения концов пузырька уровня «на контакт». Для контроля после этого поверку повторяют.

Погрешность за несоблюдение главного условия можно выразить углом ν (вертикальный угол, образованный визирной осью зрительной трубы и горизонтальной линией), который не должен быть более 10".

Значение угла ν вычисляют по формуле

ν" = [(i1 + i2) - (b1+ b2)]ρ"/2S,

(5.36)

где S - расстояние между точками А и В.

Угол ν измеряют не менее трёх раз. Расхождение между значениями угла ν не должны превышать 5". Если расхождение допустимо, то вычисляют среднее арифметическое значение угла ν.

Поверки нивелира с компенсатором выполняют по следующей программе.

1.Поверка установочного круглого уровня - ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира.

Отклонение пузырька уровня от нульпункта при повороте на 180° не должно быть более одного деления уровня.

2.Поверка положения сетки нитей производится так же, как у нивелира с уровнем.

3.Поверка главного условия нивелира - в пределах работы компенсатора визирный луч зрительной трубы должен быть горизонтальным.

Поверка производится так же, как и поверка главного условия нивелира с уровнем (см. рис. 5.45, а,б).

Юстировка выполняется установкой верного отсчета при помощи вертикальных исправительных винтов сетки нитей.

4. Определение погрешности недокомпенсации. Устанавливают нивелир посередине в створе между рейками на расстоянии 100 м. Нивелир устанавливают на штативе так, чтобы один из подъемных винтов был в створе нивелир - рейка. Определяют превышения на станции последовательно при разных положениях пузырька круглого уровня (наклоны к объективу, к окуляру, влево и вправо), но в пределах работы компенсатора. Наклоны нивелира выполняются при помощи подъемных винтов. Если средние значения превышений, полученные при разных положениях пузырька круглого уровня, отличаются от среднего при положении пузырька уровня в нульпункте более чем на 1 мм, то нужно регулировать компенсатор в условиях мастерской.