11.3. Високоточні нівеліри й рейки, їх дослідження

Нівелювання І класу виконують глухими нівелірами з контактним рівнем і мікрометром з плоскопаралельною пластинкою для відлічування часток поділок на рейці. Вимоги до нівелірів: 1) збільшення труби не менше 44 ^х; 2) ціна поділки рівня – не більше як 12"; 3) ціна поділки барабана мікрометра - 0,05 мм; 4) зображення кінців бульбашки контактного рівня передається в поле зору труби.

Із сучасних нівелірів рекомендуються прилади Н-05, Н-3, Nі-004.

Нівелювання II класу виконують також глухими нівелірами з рів­нем при трубі; у них дещо менше збільшення труби (40^х), а інші харак­теристики такі самі, як і в нівелірах, призначених для нівелювання 1 класу. Це нівеліри НА-1, Н-1, Н-2, НВ, Nі-004, Ni-007.

У нівелюванні 1 й II класів застосовують штрихові інварні рейки. На інварній смузі рейки нанесено дві шкали, зміщені одна до одної на 2,5 мм. Ціна поділки шкал 5 мм. На основній шкалі написи напівдециметрових поділок від 0 до 60, на додатковій - від 60 до 119. Рейки мають круглі рівні з ціною поділки 10-12'. Натяг інварних смуг - 20 кг. При нівелюванні рейки встановлюють на костилі.

Зорова труба високоточних нівелірів має внутрішнє фокусування; її фокусна відстань близько 410 мм, коефіцієнт віддалеміра -100, найменша відстань візування - 4,2 м.

Об'єктив труби складається з трьох складних оптичних компонен­тів. З них перші два закріплено в передній частині труби, третій - фокусуюча лінза - знаходиться в її середині. Фокусуючу лінзу можна пе­ресувати за допомогою кремальєрного пристрою.

Окуляр труби складається з двох оптичних компонентів. В середи­ні труби закріплено скляну пластинку з нанесеною на неї сіткою ниток (рис.11.4.)

Для точного суміщення кінців бульбашки контактного рівня у високоточних нівелірах є елеваційний гвинт (рис.11.5). Якщо його угвинчувати, об'єктив труби переміщуватиметься вниз, а якщо вигвинчу­вати – підні-матиметься вгору. За один оберт гвинта труба нахиляєть­ся на кут майже 2'. Найбільший кут нахилу може сягати 15-18'.

Розглянемо, як за допомогою мікрометра з плоско-паралельною пластинкою відлічують частки поділок на рейці. На рис. 11.6 схематично зображено: візирну вісь труби нівеліра О₁О₂; плоскопаралельну пластинку і найменшу поділку рейки N₁N₂ у двох випадках. У випад­ку 1 найближчий штрих рейки N₂ знаходиться зверху візирної осі, а у випадку II найближчий штрих рейки N₁ розміщений внизу візирної осі. Як видно з рисунка, висоту h візирної осі у цих двох випадках ви­значають за формулами:

h = N₂ – Δ₁ = N₂ – (50 – δ₂) = N₂ + δ₂ – 50;

h = N₁ + Δ₂ = N₁ + (δ₁ - 50) = N₁ + δ₁ – 50,

де 50 - відлік за барабаном мікрометра, коли пластинка знаходиться у вертикальному поло­женні (взагалі на барабані 100 поділок, і він робить тільки один оберт); δ - відлік за бара­баном, коли зображення штриха N₁ за допомо­гою плоскопаралельної пластинки суміщено із середньою ниткою сітки ниток; δ₂ - відлік за барабаном, коли суміщено штрих N₂.

При обертанні барабана мікрометра за хо­дом годин-никової стрілки поділки на ньому збільшуються.

Рис.11.4. Сітка ниток труби нівеліра і зображення бульбашки рівня

Отже, відліки за барабаном мікромет­ра з плоско-паралельною пластинкою знімають так. Ставлять барабан на відлік 50 (пластинка при цьому займає вертикальне положення) і записують у журнал номер найближчого штри­ха до середньої нитки сітки ниток. Потім обертанням барабана сумі­щають зображення цього штриха із середньою ниткою сітки. Беруть відліки за барабаном і додають до номера штриха рейки (в тих самих одиницях).

На рис. 11.4 зображено поле зору трубки високоточного сучасного нівеліра: крім віддалемірних ниток сітки (нижня й верхня сітки), серед­ня нитка з одного боку має клиновий бісектор, за яким дуже точно суміщають зображення штриха рейки із середньою ниткою сітки. Це роблять за допомогою гвинта оптичного мікрометра нівеліра: зобра­ження штриха рейки при належному суміщенні повинно бути продовженням середньої нитки сітки і симетричним щодо клинового бісек­тора. У полі зору труби видно також зображення кінців бульбашки високоточного контактного циліндричного рівня. За допомогою елеваційного гвинта нівеліра, який знаходиться під трубою збоку окуляра, бульбашку рівня переводять в нуль-пункт (у цьому разі кінці бульбаш­ки знаходяться в контакті), а потім знімають відліки за рейкою і бараба­ном мікрометра.

Визначення кута і. Основна умова, якій повинен відповідати ніве­лір, - це дотримання паралельності візирної осі труби та осі цилін­дричного рівня при трубі. Щоб визначити кут і, нівелювання викону­ють двічі на відстані d = 50 м (рис.11.7). З великою точністю вимірюють висоту інструмента v₁, v₂, і двічі беруть відлік за рейкою U₁,U₂.

З рисунка виводять два рівняння, за якими визначають перевищен­ня між нівеліром і рейкою:

h = v₁ + d tg i – U₁ = U₂ – d tg i – v₂;

Дослідження нівеліра. Перед виїздом на польові роботи нівелювальник виконує такі операції:

1) оглядає нівелір;

2) перевіряє і досліджує установочні рівні;

Рис.11.5.Схема високоточного нівеліра з рівнем

Рис.11.6. До відліку за мікрометром

3) перевіряє і виправляє циліндричний рівень. Третя перевірка складається з двох частин. Спочатку встановлюють нівелір приблизно за 50 м від рейки так, щоб один піднімальний гвинт знаходився в пло­щині, що проходить через візирну лінію труби, а два інших - по обидва боки від нього. Вісь обертання нівеліра установочними рівнями приво­дять у прямовисне положення і, сумістивши елеваційним гвинтом зображення кінців бульбашки рівня, роблять відлік по рейці. Поворота­ми піднімальних гвинтів у різні боки на 2-3 повних оберти приводять нівелір до бокового нахилу, стежачи за тим, щоб відлік по рейці не змінювався. Операцію повторюють, нахиляючи обома піднімальними гвинтами. Якщо в обох випадках кінці бульбашки рівня не розходять­ся або однаково зміщуються, то рівень встановлено правильно; якщо вони розходяться в різні боки більш як на одну поділку, то установку рівня виправляють боковими виправними гвинтами. Друга частина перевірки полягає у визначенні кута і;

4) визначає ціну поділки циліндричного рівня;

5) визначає ціну поділки відлікового барабана мікрометра з плоскопаралельною пластинкою.

Дослідження рейок. Перш ніж розпочати польові роботи, викона­вець робить такі перевірки і дослідження рейок:

1) оглядає рейки зовні;

2) визначає ціну поділки круглого рівня на екзаменаторі;

3) перевіряє за допомогою динамометра натяг інварної смуги;

4) визначає прогин рейки;

5)визначає довжину інтервалів між напівдециметровими поділками 10-30, 30-50 основної шкали та 70-90, 90-110 додаткової шкали рейки (виконується на компараторі один раз на рік перед початком польових робіт);

6) перевіряє перпендикулярність площини п'ятки до її осі і збіг площини п'ятки з нулем основної шкали рейки;

7) визначає різницю висот нулів рейок;

8)здійснює контрольне визначення довжини інтервалів між напідециметровими поділками 10-30, 30-50 основної шкали та 70-90, 90-110 додаткової шкали рейки за допомогою контрольної лінійки (це роблять перед початком і після закінчення польових робіт);

9)перевіряє правильність установки на рейці круглого рівня (щодня перед початком спостережень).

Нівелювальник, виконуючи польові роботи, чітко дотримується інструкції з нівелювання І, II, ІІІ та IV класів, у якій детально описано перевірки і дослідження нівеліра й рейок.

Рис. 11.7. До визначення кута і.

Класифікація нівелірів. За основу класифікації нівелірів взято дві ознаки: точність вимірювань і конструктивні особливості (табл. 11.1).

За точністю вимірювань нівеліри поділяють на високоточні (Н-05), точ­ні (Н-З) і технічні (Н-10). Цифра шифру біля літери Н (нівелір) вказує на допустиму помилку вимірювання перевищень на 1 км подвійного нівелірного ходу. За конструктивними особливостями нівеліри бува­ють з рівнем при зоровій трубі і компенсатором. У позначенні нівеліра з компенсатором після цифри добавляють літеру К (наприклад Н-ЗК - нівелір точний з компенсатором).

Нівеліри Типу Н-З і Н-10 випускають з рівнем при трубі. У зарубіж­них країнах останніми роками виробляють нівеліри здебільшого з компенсаторами, завдяки чому на 10-15 % підвищується продуктив­ність нівелірних робіт.

Таблиця 11.1.

Характеристика сучасних нівелірів

Основні параметри нівелірів	Н-05	Nі-002	Н-3	Nі-007
Середня похибка перевищення на 1 км подвійного ходу, не більше, мм	0,5	0,2	3	0,6
Збільшення труби, не менше	40х	40х	30х	31,5х
Найменша відстань візування,м	5	1,5	2	2,2
Коефіцієнт віддалеміра	100	100	100	100
Ціна поділки рівня установочного, мінути на 2 мм при трубі, секунди на 2 мм	5	8	10	8
	10	-	15	-
Маса нівеліра, кг	6	6,5	3	3,8
Фокусна відстань об’єктива, мм	401	-	-	-
Ціна поділки шкали оптичного мікрометра, мм	0,05	0,05	0,05	0,05
Довжина зорової труби, см	40	-	17,5	-