2.3. Устройство и поверки точных и технических нивелиров

Назначение, типы и устройство нивелиров

Геометрическое нивелирование производится с помощью нивелира и реек. Нивелир - прибор для определения превышений горизонтальной ли­нией визирования.

По точности нивелиры делят на высокоточные (Н-05, Н-2), точные (Н-3) и технические (Н-5, Н-10). Число в шифре прибора означает среднюю квадратическую погрешность (в миллиметрах) измерения превышения на 1 км двойного хода (прямо-обратно). Например, с помощью нивелира Н-10 можно измерить превышение между двумя точками, расстояние между кото­рыми равно 1 км, со средней квадратической погрешностью не более 10 мм.

По способу приведения визирной оси в горизонтальное положение раз­личают нивелиры с цилиндрическим уровнем (Н-05, Н-3, Н-5, рис. 2.9...2.12) и нивелиры с компенсатором (Н-2К, Н-ЗК, Н-10К, рис. 2.13, 2.14).

У уровенных нивелиров визирная ось устанавливается горизонтально с помощью скрепленного с трубой цилиндрического уровня, а у нивелиров с компенсаторами — автоматически.

Большинство нивелиров снабжены горизонтальным лимбом, позволя­ющим измерять и откладывать горизонтальные углы, причем лимб можно устанавливать на любой начальный отсчет. В шифре таких нивелиров до­бавлена буква Л. Например, Н-10КЛ.

Нивелиры типа Н-3 относятся к точным нивелирам и могут ис­пользоваться для геометрического нивелирования III и IY классов, техниче­ского нивелирования, а также для выполнения инженерно-геодезических ра­бот.

Нивелиры Н-5, Н-10 относятся к техническим и могут использоваться для технического нивелирования и выполнения инженерно-геодезических работ.

Рис. 2.9 Рис. 2.10

Рис. 2.11 Рис. 2.12

Рис. 2.13 Рис. 2.14

Нивелиры с цилиндрическим уровнем

Такие нивелиры имеют две основные части: трубу и точный ци­линдрический уровень. Трубы нивелиров устроены так же, как трубы теодо­литов, могут давать обратное (Н-3) и прямое (Н-5) изображение. Сетка нитей у нивелиров с цилиндрическим уровнем не имеет юстировочных винтов. Приближенное наведение трубы на рейку выполняется по визиру, а точное - с помощью наводящего винта. Закрепительного винта трубы может не быть (Н-5). В этом случае нивелир снабжается червячной передачей, т.е. беско­нечным наводящим винтом, рукоятки которого выводятся с двух сторон от объектива. Резкое изображение сетки нитей устанавливается с помощью ди­оптрийного кольца окуляра, а наблюдаемого предмета - с помощью кре­мальеры.

Ось вращения прибора устанавливается в отвесное положение прибли­женно по круглому (установочному) уровню с помощью подъемных винтов. Перед отсчетом по рейке визирную ось точно устанавливают в гори­зонтальное положение по цилиндрическому уровню с помощью элевацион- ного винта, изменяющего наклон трубы и оси связанного с ней уровня. Для удобства наблюдения за положением пузырька цилиндрического уровня в нивелире Н-5 служит зеркало. В нивелире Н-3 цилиндрический уровень снабжен системой призм, позволяющих получить совмещенное изображение концов пузырька в поле зрения окуляра (рис. 2.15, а, б). Такой уровень называ­ется контактным. Совмещение (контакт) в поле зрения концов пузырька (рис. 2.16, а), достигаемое с помощью элевационного винта, соответствует положению пузырька уровня в нульпункте (рис. 4.8,6). При этом визирная ось должна располагаться горизонтально.

Цилиндрический уровень обязательно снабжается юстировочными винтами.

Нивелир типа Н-3 (рис. 2.9, 2.10) выпускался под шифром НВ-1, Н-3, 2Н-ЗЛ. Нивелир типа Н-5 (рис. 2.11, 2.12) создан на базе теодолита 2Т30 и вы­пускается под шифром ЗН-5, ЗН-5Л.

Рис. 2.15 Рис. 2.16

Технические характеристики уровенных нивелиров

Название показателей	Н-3	2Н-ЗЛ		ЗН-5Л
Средняя квадратическая погрешность измерения
превышения на 1 км двойного хода, мм	3	3		5
Увеличение трубы, крат	30	32		20
Наименьшее расстояние визирования, м	1,8	1,3		1,2
Цена деления цилиндрического уровня на 2 мм, секунды	15	15		45
Цена деления круглого уровня, минуты	10	5		10
Цена деления лимба, градусы	-	1		1
Точность отсчета по лимбу, минуты	-	6		6

Нивелиры с компенсатором

Такие нивелиры имеют две основные части: трубу и оптико-меха- нический компенсатор наклона оси вращения. Компенсатор работает в не­большом диапазоне (±10...30'). Предварительная установка оси вращения в отвесное положение выполняется с помощью подъемных винтов по кругло­му уровню, цена деления которого должна быть меньше диапазона работы компенсатора. Принципиальная схема работы компенсатора показана на рис. 2.17

рейка

Рис. 2.17

Компенсатор состоит из двух элементов: неподвижного А, скрепленного с корпусом трубы, и подвижного В, свободно подвешенного на ни­тях, лентах или подшипниках. При отклонении оси вращения прибора О₁О₁ от отвесного положения ОО наклоняется труба, а с ней смещается и сетка нитей С. Точка подвеса элемента В выбирается так, чтобы при отклонении оси вращения прибора в сместившееся положение сетки нитей С₁ приходил луч от отсчета а₀, соответствующего горизонтальному положению визирной оси.

Сетка нитей нивелиров с компенсатором обязательно снабжается юстировочными винтами.

Нивелир типа Н-ЗК (рис. 2.13) выпускался под шифром Н-ЗК, Н-ЗКЛ. Нивелир типа Н-10К (рис. 2.14) выпускался под шифром Н-10КЛ, 2Н-10КЛ.

Все эти нивелиры снабжены бесконечным наводящим винтом, а для наблюдения за положением пузырька круглого уровня в процессе работы имеют зеркало.

Нивелир 2Н-10КЛ имеет следующие важные особенности: кнопку-толкатель для проверки работоспособности компенсатора и фиксатор, по­зволяющий отключать компенсатор и тем самым предохранять его от полом­ки при транспортировке.

Технические характеристики нивелиров с компенсатором

Название показателей	Н-ЗК	Н-ЗКЛ	Н-10КЛ	2Н-10КЛ
Средняя квадратическая погрешность измерения
превышения на 1 км двойного хода, мм	3	2	9	5
Увеличение трубы, крат	30	30	22	22
Наименьшее расстояние визирования, м	2	2	1,5	0,9
Диапазон работы компенсатора, минуты	16	20	20	30
Цена деления круглого уровня , минуты	10	20	10	20
Цена деления лимба, градусы	-	1	1	1
Цена деления шкалы микроскопа, минуты	-	10	-	-
Точность отсчета по лимбу, минуты	-	1	6	6

Нивелирные рейки

Нивелиры Н-3 и Н-5 используются в комплекте с двумя рейками типа РН-3, которые выпускаются иод шифром РН-3-3000С, 2РН-3-3000СП, ЗРН- 3-3000СП. Буква С в шифре означает складную рейку, буква П - цифры пря­мого изображения, число 3000 - длину рейки 3 м.

Рейка РН-3-3000С - деревянная двусторонняя шашечная с санти­метровыми делениями. На основной (черной) стороне нулевое деление шка­лы совпадает с пяткой рейки. На дополнительной (красной) стороне оцифровка сдвинута на 4683 мм на первой и на 4783 мм на второй рейке комплек­та. На обеих сторонах реек подписаны все дециметровые деления, изображе­ние цифр обратное.

Рейка 2РН-3-3000СП аналогична предыдущей, но на дополнительной (красной) стороне оцифровка шкалы сдвинута на 3335 мм. Изображение цифр прямое.

Рейка ЗРН-З-ЗОООСП разборная металлическая односторонняя с пря­мым изображением цифр. Рейка состоит из метровых секций. Шкала каждой нечетной секции раскрашена в черный цвет, четной - в красный. При ис­пользовании секций второй рейки длина может быть увеличена до 5 м.

Нивелир Н-10 используется в комплекте с рейками типа PH-10, кото­рые выпускаются под шифром РН-10-3000С (или -4000С), РН-Ю-ЗОООСП (или -4000СП). Эти рейки аналогичны рейкам РН-3. С пяткой рейки на крас­ной стороне совпадает отсчет 4700 или 4800.

Установка прибора в рабочее положение, производство отсчетов по рейкам

Установка нивелира в рабочее положение состоит в горизонтировании прибора и фокусировании трубы по глазу.

Горизонтирование осуществляется приведением оси вращения прибора в отвесное положение по круглому уровню с помощью подъемных винтов. Пузырек круглого уровня не должен выходить за пределы кольца в центре ампулы.

Фокусировка трубы по глазу - это установка резкого изображения сет­ки нитей с помощью диоптрийного кольца.

Трубу нивелира Н-3 наводят на рейку приближенно с помощью визира, добиваются резкости изображения рейки с помощью кремальеры, наводя­щим винтом трубы наводят вертикальную нить сетки на рейку. Пузырек ци­линдрического уровня выводят на середину ампулы. Для этого вращением элевационного винта совмещают концы пузырька уровня, видимые в поле зрения трубы (рис. 2.16). При работе с нивелиром П-5 пузырек цилиндриче­ского уровня приводят в нульпункт с помощью элевационного винта, наблю­дая за уровнем в зеркало.

При работе с нивелирами Н-ЗК и Н-10К после наведения трубы на рей­ку можно сразу брать отсчет. Положение пузырька круглого уровня контро­лируют, наблюдая в зеркало этого уровня.

Отсчет берут по средней горизонтальной нити сетки. Сначала от­считывают подписанное на рейке число дециметров, затем отсчитывают сан­тиметры и на глаз оценивают доли сантиметрового деления с точностью 1 мм. На рис. 2.18 отсчет составляет 13 дм 5 см и З мм. Записывают отсчет в миллиметрах: 1353 и читают: тринадцать - пятьдесят три. Аналогично бе­рут отсчет по красной стороне рейки, например, 6036 и читают: шестьдесят - тридцать шесть.

1353 Рис. 2.18

Геометрическая схема нивелира, поверки нивелиров

В процессе нивелирования визирная ось трубы нивелира должна быть горизонтальна. Для выполнения этого условия оси прибора должны занимать вполне определенное положение. Схемы осей нивелиров разных типов пока­заны на рис. 2.19, 2.20

Нивелир с цилиндрическим Нивелир с компенсатором

уровнем

Рис. 2.19. Рис. 2.20

Перед выполнением поверок нивелир закрепляют на штативе становым винтом и горизонтируют.

В лабораторных условиях студенты поверяют положение круглого уровня и главное условие нивелира. Вертикальность вертикальной нити сет­ки гарантируется заводом-изготовителем.

Поверка круглого уровня

Условие: ось круглого уровня АА должна быть параллельна оси вращения прибора ОО.

Осью круглого уровня называют нормаль к внутренней поверхности крышки ампулы круглого уровня в нульпункте. С помощью подъемных винтов приводят пузырек круглого уровня в нульпункт. Поворачивают трубу нивелира на 180 . Если пузырек уровня ос­тался в нульпункте, то условие выполнено. Если пузырек сместился более чем на одно деление, то производят юстировку уровня. Для этого возвраща­ют пузырек к нульпункту на половину отклонения с помощью подъемных винтов. Окончательно приводят пузырек в нульпункт, вращая юстировочные винты круглого уровня. Эти винты в нивелире Н-3 расположены под уров­нем и вращаются шпилькой. В нивелирах Н-ЗК, Н-5 и Н-10КЛ они располо­жены над уровнем и вращаются отверткой.

Для контроля поверку повторяют.

Поверка главного условия нивелира.

Условие: визирная ось VV трубы нивелира в момент отсчета по рейке должна быть горизонтальна.

Для нивелиров с цилиндрическим уровнем и с компенсатором это ус­ловие формулируется по-разному.

Для нивелиров с цилиндрическим уровнем: визирная ось VV должна быть параллельна оси цилиндрического уровня UU.

Для нивелиров с компенсатором: визирная ось VV должна оставаться горизонтальной при наклоне оси вращения прибора в пределах расчетного угла компенсации.

Поверка главного условия может выполняться различными способами. В лабораторных условиях студенты выполняют эту поверку на специальном стенде способом двойного нивелирования одних и тех же точек, расстояние между которыми около 50 м. Первое нивелирование выполняется из середи­ны (рис. 2.21), т.е. с равными расстояниями от нивелира до реек (плечами), второе - с неравными плечами (рис. 2.22).

В точках А и В устанавливают рейки, между ними точно в середине ус­танавливают нивелир, приводят его в рабочее положение и берут отсчеты по рейкам а₁ и b₁. Вычисляют правильное значение превышения

h₁ = a₁ – b₁

Рис. 2.21

Выполняют второе нивелирование тех же точек. Нивелир устанав­ливают перед передней точкой В на расстоянии 2...2,5 м от неё. Приводят прибор в рабочее положение, берут отсчеты a₂ и b₂ и снова вычисляют пре­вышение

h₂ = a₂ – b₂

Рис. 2.22

По действующим инструкциям допустимая величина угла негоризонталыюсти визирной оси равна 10", что соответствует 2,5 мм погрешности в отсчете по рейке при расстоянии между точками А и В 50 м. В лаборатор­ных условиях этот допуск увеличивают примерно в два раза и полагают:

если разность полученных превышений х = h₁ – h₂ ≤ 4 мм, то условие считают выполненным. В противном случае производят юстировку.

Для этого вычисляют правильный отсчет а₂^' (рис. 4.14)

Например: а₁ = 1578 b₁ = 1225 h₁ = + 353

а₂ = 1420 b₂ = 1090 h₂ = + 330

х = + 23 > 4 мм

а₂' = 1420 + 23 = 1090 + 353 = 1443 .

При юстировке нивелиров с цилиндрическим уровнем правильный от­счет а₂ устанавливают на рейке с помощью элевационного винта. При этом пузырек цилиндрического уровня сойдет с нульпункта. Вращая шпилькой вертикальные юстировочные винты этого уровня, возвращают пузырек в нуль-пункт. Юстировочные винты расположены под крышкой слева от оку­ляра. В нивелире Н-3 за контактом концов пузырька в процессе юстировки наблюдают в окуляр.

При юстировке нивелиров с компенсаторами центр сетки нитей со­вмещают с правильным отсчетом а₃, вращая вертикальные юстировочные винты сетки нитей. В нивелире Н-ЗК эти винты вращают отверткой, в ниве­лире Н-10К - шпилькой. При работе с юстировочными винтами следует помнить правило: сначала ослабляют один винт, затем подтягивают второй; если юстировочных винтов четыре, т.е. два горизонтальных и два вертикаль­ных, то сначала слегка ослабляют горизонтальные винты, а затем вращают вертикальные.

Для контроля поверку повторяют.

Например: а₃ = 1444 b₃ = 1090 h₃ = + 354 х = h₁- h₃ = - 1 мм < 4 мм .

При выполнении поверки главного условия нивелира на учебной прак­тике расстояние между точками А и В выбирают равным 50...75 м.

Удобно выполнять эту поверку на специальном стенде, где превыше­ние между точками А и В равно нулю. В таком случае а₂' = b₂, т. е. на даль­ней рейке сразу устанавливают тот отсчет, который виден на ближней рейке.