Будова і перевірки нівелірів

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 – а₁^чор і b₁^чор за середнім штрихом сітки ниток. Після цього рейки на точках повертають навколо своєї осі та знімають відліки за червоними боками рейок – а₁^чер і b₁^чер. 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 – а₂^чор та b₂^чор та червоним – а₂^чер та b₂^чер 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.

А

Безпомилковий відлік b₀^чор обчислюють за формулою:

 

. (5.4)

 

За допомогою елеваційного гвинта середню нитку сітки встановлюють на обчислений відлік b_о^чор. 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.

А

В разі невиконання даної умови виправлення виконують в оптичній майстерні.

 

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.