Рис, 8.6. Поле зору труби нівеліра h-3

Широке застосування під час топографо-геодезичних робіт знайшли точні оптичні нівеліри H-3. Їх виготовляють у кількох варіантах: H-3 - нівелір з циліндричним рівнем біля зорової труби; H-3Л - з лімбом для вимірю­вання горизонтальних кутів; H-3К - з компенсатором; H-3КЛ - з компенсатором і лімбом.

Нівелір H-3, принципову схему якого подано на рис. 8.4, дає можливість визначати перевищення з квадратичною похиб­кою не більш як 2 мм при відстані до рейок 100м. Зорова труба 1 приладу, яка дає перевернуте зображення, має внутрішнє фокусування, що здійснюється за допомогою гвинта 12. За кри­шечкою 13 розташована сітка ниток.

Бульбашка контактного циліндричного рівня 3 системою призм поділяється пополам уздовж осі ампули і зображення протилежних кінців утворених половинок (напівменісків) 1 передається у поле зору труби (рис. 8.6, а). Суміщене зобра­ження 2, або контакт, напівменісків (рис. 8.6, б) свідчить, що вісь рівня встановлена горизонтально. Контактного зображен­ня кінців бульбашки досягають повільним обертанням елеваційного гвинта 11 (див. рис. 8.4, а).

Сітку ниток приладу складають три горизонтальні та одна вертикальна нитки (рис 8.6,а). Дві ко­роткі крайні горизонтальні ни­тки 3 -далекомірні. Середня ро­боча нитка 4 – головна. На рис. 8.6,б показано поле зору труби нівеліра у момент відліку. У нашому прикладі відлік за середньою ниткою дорівнює 1250. Точність відліків ± 2 мм.

Закріплення зорової труби здійснюють закріпним гвинтом 4; точне наведення труби на рейку проводять за допомогою навідного пристрою 5. Між гвин­тами 5 і 11 розташований круг­лий рівень 10. Підставка нівеліра 6 має підйомні гвинти 7. У цент­ральній частині пружинної пла­стини 9 є втулка 8 з різьбою, в яку угвинчується становий гвинт, що з'єднує нівелір із шта­тивом.

У нівелірів з компенсаторами, наприклад у нівеліра Н-3К, циліндричний рівень замінено на компенсатор - пристрій, за­вдяки якому приведення лінії візування в горизонтальне поло­ження здійснюється автоматично. В результаті відпадає не­обхідність у приведенні бульбашки рівня приладу в нуль-пункт і спостереженні за положенням бульбашки рівня під час відліку по рейці.

Прикладом компенсаторних нівелірів з лімбом може бути технічний нівелір Н-10КЛ (рис. 8.7). Зорова труба 1 приладу дає пряме зображення. У нижню частину нівеліра вмонтовано горизонтальний лімб 2 з градуйованою шкалою поділок через 1° Нівелір дозволяє визначити перевищення із середньою квадратичною похибкою не більше 9 мм на 1 км ходу.

Рис. 8.7. Нівелір Н-І0КЛ

Дедалі ширше застосовуються лазерні нівеліри, в яких гори­зонтально розташований промінь лазера діє на чутливі фото­елементи рейки. Лазерні нівеліри (принцип дії яких такий само, як у інших лазерних геодезичних приладів, що розглянуто у 6.3) дають змогу розширити коло завдань, що вирішуються під час вимірювань.

Цифрові (електронні) нівеліри дають можливість брати відліки за рейками в автоматичному режимі, контролювати результати вимірювань, опрацьовувати їх за допомогою ЕОМ, вмонтованого у прилад, і зберігати їх у накопичувачі. Такі нівеліри значно підвищують продуктивність праці.

З метою визначення ступеня придатності нівеліра до роботи проводять його перевірки.

Основними для нівелірів є три перевірки.

1. Вісь круглого (установочного) рівня nn′ повинна бути паралельною вертикальній осі обертання нівеліра ZZ′ (див. рис. 8.4).

Виконання умови потрібне для приведення приладу в гори­зонтальне положення. Перевірку здійснюють так само, як пе­ревірку циліндричного рівня теодоліта.

2. Горизонтальна нитка сітки ниток повинна бути перпендикулярною до осі обертання приладу. З метою ви­конання перевірки прилад встановлюють на відстані 20 - 25 м від якої-небудь стіни і ретельно приводять у горизонтальне по­ложення. Візують на стіну і позначають на ній точку, яка відповідає центру сітки ниток нівеліра. Нівелір поволі повертають і стежать за горизонтальною ниткою сітки ниток. Як­що кінці нитки відходять від позначеної на стіні точки більш ніж на 0,5 мм, вико­нують її юстирування. Для цього відділяють окулярну частину від корпусу зорової труби і таким чином відкривають оправу з пластинкою, на яку нанесена сітка ниток. Оправа пригвинче­на трьома гвинтами. Відпускають верхній і нижній гвинти на повний оберт, а середній – на чверть оберту. Регулюють поло­ження пластинки, контролюючи її зміщення спостереженням через окуляр, який для цього надівають на трубу. Після закінчення установки пластинки закріплюють спочатку се­редній, а потім верхній і нижній гвинти оправи сітки, а також окулярну частину труби.

3. Вісь циліндричного рівня UU′ повинна бути паралель­ною візирній осі труби WW′ (перевірка головної умови нівеліра). Для виконання перевірки обирають якомога більший горизонтальний майданчик. На відстані 50 - 70 м забивають два кілочки або костилі. Нівелір по окуляру встановлюють над точкою А і приводять його у робочий стан (рис. 8.8,а). Вимірюють рейкою висоту приладу і₁ з точністю до 1 мм Висо­тою нівеліра є відстань від землі (торця кілочка) до центра об'єктива (окуляра). Беруть відлік а₁ по рейці, поставленій на точці В. Потім міняють місцями нівелір і рейку (рис. 8.8,б) і вимірюють і₂ та а₂. Обчислюють похибку x, зумовлену недотриманням головної умови:

x = - .

Якщо абсолютне значення величини х виявиться більшим, ніж 4 мм, то елеваційним гвинтом наводять середню нитку сітки ниток на правильний відлік по рейці (а'₂ = а₂ – х) і виправними гвинтами рівня відновлюють контакт напівменісків бульбашки. Виправні (юстирувальні) гвинти рівня розташовані ліворуч від окуляра і прикриті круглою кри­шечкою. З метою контролю перевірку повторюють.

Рис. 8.8. Перевірка непаралельності осі циліндричного рівня до візирної осі труби

Для нівелірів з компенсаторами перші дві перевірки викону­ють аналогічно, а перевірка головної умови формулюється так: візирна вісь нівеліра з компенсатором, ус­тановленим в робоче положення, повинна бути горизон­тальною. Виконують цю перевірку нівелюванням із середини на рівних і дуже нерівних візирних відстанях (рис. 8.8,в). Нівелір установлюють посередині між двома рейками, розташованими на відстані 50-70 м, беруть відліки a₁ і b₁ по рейках. Потім переносять нівелір на 3-5 м за передню рейку і беруть відліки а₂, b₂. Якщо умова, яку перевіряють, виконана, то переобчисленний відлік по дальній рейці a'₂ має бути таким:

a'₂ = (a₁ – b₁) + b_2.

Якщо a'₂ відрізняється від фактичного відліку а₂ більш ніж на 4 мм, сітку ниток зорової труби за допомогою виправних гвинтів переміщують так, щоб відлік а₂ дорівнював а'₂. Для контролю перевірку повторюють.

Рис. 8.9. Залежність результатів геометричного нівелювання від кривизни Землі та рефракції

Рис. 8.10. Компенсація похибки через негоризонтальність візирного променя

На точність визначення перевищень впливають також кривизна Землі та рефракція (викривлення напряму поширення променів світла під час проходження їх крізь атмосферу), що ілюструє рис. 8.9. Візирний промінь нівеліра збігається з деякою прямою M₁N₁, дотичною до рівневої поверхні MN у точці І. Величину відхилення візирного променя від рівневої поверхні можна обчислити за формулою:

к = ,

де k = МM₁ = NN₁, R - середній радіус Землі, а l - відстань АО ≈ ОВ.

Вплив рефракції виявляється в тому, що візирний промінь, який проходить крізь атмосферу, набуває вигляду деякої кри­вої M₀N₀, спрямованої вдень опуклістю вгору. Величину відхилення візирного променя за рахунок рефракції r обчислю­ють за наближеною формулою:

r = ,

де r = MM₀ = NN_0, R′ - радіус рефракційної кривої (R' ≈ R).

На практиці обчислюють загальне відхилення візирного про­меня f, що є поправкою у отримані результати:

f = k – r = 0,43 .

Величину f враховують, якщо відстань між точками перевищує 300 м.

Нівелювання із середини має переваги перед нівелюванням вперед. По-перше, збільшується удвічі відстань між точками, для яких визначається перевищення. По-друге, компенсуються похибки відліків, які виникають за рахунок можливого відхилення візирної осі нівеліра від гори­зонтального положення. Скажімо, через негоризонтальність положення візирного променя (рис. 8.10) беруть відліки а' і b' замість а і b. Оскільки нівелір розташовано посередині між рей­ками і кут нахилу труби зберігається постійним, похибки х для відліків а і b будуть рівні між собою, тобто

а = а' – х; b = b' – х, звідки

h = a' – b' = а – b.