2. 4. Уровни и их устройство

Уровни предназначены для установки осей или плоскостей геодезических приборов в вертикальное или горизонтальное положение.

Уровни применяются также в виде самостоятельных устройств при монтаже технологического оборудования и в строительстве.

По своей конструкции различают цилиндрические и круглые (сферические) уровни.

Цилиндрический уровень представляет собой стеклянную трубку (ампулу) 1, верхняя внутренняя поверхность которой отшлифована по дуге определенного радиуса R (рис. 39). В зависимости от назначения уровня радиус кривой бывает от 3,5 до 200 м.

Ампула заполняется нагретой до 60⁰С легкоподвижной жидкостью (серным эфиром или спиртом) и запаивается. После охлаждения жидкость сжимается и в ампуле образуется пространство 2, заполненное парами этой жидкости, которое называется пузырьком уровня. Ампулу помещают в металлическую оправу 4, которая закрепляется на некоторой площадке 5 при помощи шарнирного упора 6 с одного конца и исправительного винта 7 с другого конца оправы. На наружной поверхности ампулы через 2 мм нанесены штрихи. Средний штрих 3 (0) шкалы принимается за нулевой и называется нуль-пунктом уровня. Касательная 8 (ii^/) к внутренней дуге уровня в нульпункте его называется осью уровня.

а)

R

б)

Рис. 39. Схема устройства цилиндрического уровня: а) вид сбоку, б) вид сверху.

Пузырек уровня всегда стремиться занять наивысшее положение в ампуле, поэтому при расположении пузырька симметрично относительно нуль-пункта ось уровня занимает горизонтальное положение. При наклоне оси уровня его пузырек перемещается. Это свойство используют для приведения отдельных частей прибора в горизонтальное или вертикальное положение. Уровни различаются в зависимости от цены деления, чувствительности и конструкции.

Ценой деления уровня τ называется угол наклона оси уровня при смещении его пузырька на одно деление, т.е.

τ = , (58)

где l – линейная величина одного деления уровня; ρ – величина в угл.с.

Линейная величина одного деления, как правило, равна 2 мм, поэтому его цена зависит от радиуса R. Чем больше радиус, тем меньше цена деления уровня

В геодезических приборах используют цилиндрические уровни с ценой деления от 1^// до 2^/. В технических теодолитах цена деления уровней колеблется в пределах 15-60^//. Цена деления служит мерой чувствительности уровня.

Чувствительностью уровня называется способность его пузырька быстро и точно занимать наивысшее положение в ампуле. Минимальный угол наклона оси уровня, при котором еще ощущается перемещение пузырька невооруженным глазом, называется порогом чувствитель-ности. Согласно ГОСТ 2386-73 такое перемещение установлено 0,2 мм. Однако чувствительность уровня зависит не только от радиуса, но и от качества шлифовки внутренней поверхности ампулы, свойств заполняющей жидкости, ее температуры и длины пузырька – чем длиннее пузырек, тем чувствительнее уровень.

Ампулы цилиндрических уровней изготавливают из молибденового стекла, которое имеет преимущество перед обычным стеклом своей твердостью, меньшей шероховатостью шлифованной поверхности и отсутствием различного рода налета на ней.

Ампулы высокой и средней точности заполняют этиловым эфиром или его смесью с этиловым ректифицированным спиртом; ампулы низкой точности – этиловым спиртом.

Нормальная длина пузырька уровня должна составлять 1/3–1/4 часть длины ампулы при температуре 20⁰С. В геодезических приборах используют ампулы: а) – цилиндрические простые (АЦП), б) – компен-сированные (АЦК) и в) – регулируемые (АЦР) (рис. 40).

а) б) в)

Рис. 40. Схемы уровней по способу регулирования длины пузырька

В ампулах АЦП регулировка длины пузырька не предусмотрена, что осложняет работу с теодолитом в экстремальных температурных условиях.

В ампулах АЦК регулировка длины пузырька осуществляется путем помещения внутри ампулы стеклянной трубочки 1 с запаянными концами. Такая стеклянная палочка уменьшает объем жидкости и величину температурных колебаний длины пузырька.

В ампулах АЦР регулировка длины пузырька осуществляется за счет наличия специальной камеры 2, отделенной от основной ампулы стеклянной перегородкой с отверстием внизу. При соответствующем наклоне ампулы часть паров жидкости перемещается в эту камеру или наоборот и тем самым регулируется длина пузырька.

В некоторых теодолитах, например, маркшейдерских используют реверсивные (оборотные) уровни, имеющие одинаковые шкалы на противоположных поверхностях ампулы.

Для повышения точности установки пузырька в нуль-пункте используют контактные уровни. В таких уровнях изображение противоположных концов пузырька при помощи системы призм передаются в поле зрения трубы. Пузырек уровня находится в нуль-пункте, когда изображения концов пузырька уровня совпадают (рис. 41).

Рис. 41. Вид контактного уровня в поле зрения окуляра:

а) изображение концов цилиндрического уровня, находящегося в нуль-пункте;

б) изображение концов цилиндрического уровня, находящегося вне нуль-пункта

Точность установки пузырька в нуль-пункт контактных уровней в 4-5 раз выше, чем в обычных уровнях.

Круглый уровень представляет собой стеклянную сферической формы ампулу 1, помещенную в оправу 2 и отшлифованную по внутренней сферической поверхности определенного радиуса (рис. 42).

Нуль-пунктом 0 круглого уровня является центр 3 концентрических окружностей, нанесенных в середине ампулы. Осью круглого уровня называют нормаль uu₁ к внутренней поверхности ампулы в нуль-пункте.

а) б) в)

2 3

•

1 3 3

Рис. 42. Схема устройства круглого уровня:

а) общий вид; б) вид сбоку в разрезе; в) вид сверху

Круглый уровень используется для предварительной установки основной оси прибора или рейки в отвесное положение. Цена деления круглого уровня равна 5-20^/.