1.2.2 Нивелир. Его устройство и поверки.

Нивели́р (от фр. niveau — уровень, нивелир) — оптико-механический геодезический прибор для геометрического нивелирования, то есть определения разности высот между несколькими точками. Прибор, устанавливаемый обычно на треножник (штатив), оборудован зрительной трубой, приспособленной к вращению в горизонтальной плоскости, и чувствительным уровнем.

Для приведения нивелира в рабочее положение служат подъёмные винты подставки, для точного горизонтирования визирной оси при взятии отсчёта — элевационный винт.

Маркировка нивелиров, выпускаемых в России, состоит из буквенно-цифрового кода примерно такого вида: 3Н2КЛ. Здесь цифра 3 обозначает модификацию прибора, буква Н — нивелир, цифра 2 — среднеквадратическая погрешность на 1 километр двойного хода в миллиметрах, К — обозначает наличие компенсатора, Л — наличие горизонтального лимба для измерения горизонтальных углов (обычно с точностью порядка одного градуса).

Современные оптические нивелиры оснащены автоматическим компенсатором — устройством автоматической установки зрительной оси прибора в горизонтальное (рабочее) положение. В нивелирах с компенсатором цилиндрический уровень, параллельный оси зрительной трубы, может отсутствовать. В большинстве нивелиров также имеется круглый уровень для грубого горизонтирования инструмента.

Все оптические нивелиры имеют также нитяной дальномер для определения расстояний по рейке. Это связано с необходимостью контролировать равенство плеч при нивелировании способом «из середины».

По точности нивелиры делятся на высокоточные, точные и технические. Высокоточные оптические нивелиры снабжены микрометренной пластиной или съёмной насадкой для взятия отсчётов по штриховой инварной рейке. Для технического нивелирования, а также нивелирования III и IV классов точности обычно применяются шашечные рейки.

Помимо оптических, в последние годы получили распространение цифровые нивелиры. Они используются со специальной штрихкодовой рейкой, что позволяет автоматизировать взятие отсчёта. Цифровые нивелиры обычно оснащены запоминающим устройством, позволяющим сохранять результаты наблюдений.

Также существуют лазерные нивелиры — электронно-механические приборы, в которых используется принцип вращения лазерного луча. Основное достоинство лазерного нивелира — простота в работе, не требующая специальных навыков по настройке прибора, и возможность проведения работ только одним человеком. Такие нивелиры применяются в строительстве. Многие модели имеют также возможность построения наклонных плоскостей и отвесных линий.

Нивелир Н-3; 1- корпус,

2 — мушка,

3,8 — уровни,

4 — наводящий винт,

5 — упругая пластинка,

6 — подъёмные винты,

7 — подставка,

9 — элевационный винт,

10 — опорная площадка,

11 — винт кремальеры,

12 — окуляр,

13 — зрительная труба

Поверки нивелира. Перед поверками нивелира необходимо, во-первых, отрегулировать длину пузырька уровня и, во-вторых, при помощи круглого уровня приближенно привести ось вращения нивелира в вертикальное положение. Без этого нельзя будет увидеть изображение половинок концов пузырька через оптическую систему уровня.

Глухой нивелир НГ должен удовлетворять следующим условиям:

1. Ось цилиндрического уровня должна быть перпендикулярна к оси вращения инструмента.

Приведя при помощи круглого уровня ось вращения нивелира в рабочее положение, устанавливают ось цилиндрического уровня по направлению двух подъемных винтов и, действуя ими, приводят пузырек уровня на контакт изображений половинок его концов, наблюдаемых через призменную систему. Затем поворачивают верхнюю часть инструмента на 180°. Если после этого контакт не нарушится, то условие выполнено. В противном случае, действуя исправительным винтом. при уровне, уменьшают расхождение изображений на половину. Поверку повторяют до тех пор, пока условие будет выполнено, уточняя перед каждым повторением поверки приведение оси вращения нивелира в вертикальное положение при помощи цилиндрического уровня. Повторяя таким образом поверку несколько раз, можно добиться выполнения указанного условия и попутно привести ось вращения инструмента в вертикальное положение. Если при контакте изображений пузырек, наблюдаемый через боковой прорез в коробке уровня, не окажется в середине трубки, то в этом случае нуль пункт уровня следует считать перемещенным в ту точку, которая соответствует контакту изображений, наблюдаемых через призменную систему.

2. Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира, После приведения при помощи поверенного цилиндрического уровня оси вращения нивелира в вертикальное положение пузырек круглого уровня должен находиться в центре окружности на коробке уровня.

Это условие должно быть выполнено заводом, и поэтому круглый уровень нивелира НГ исправительных винтов не имеет. Однако отрегулировать положение пузырька в случае невыполнения названного условия можно, освободив винты, скрепляющие уровень с подставкой, и положив под уровень бумагу или станиоль так, чтобы после закрепления уровня условие выполнялось.

3. Горизонтальная нить сетки должна быть перпендикулярна к оси вращения нивелира.

После приведения оси вращения нивелира в вертикальное положение приводят пузырек уровня на контакт, наводят поверяемую нить сетки на какую-либо точку (или берут отсчет по рейке) и наводящим винтом вращают медленно корпус трубы; нить при этом должна оставаться на данной точке (или отсчет по рейке не должен изменяться). В противном случае юстировку выполняют, как у теодолита. Установив правильно сетку, в дальнейшем при повторении поверок эту можно не повторять.

4. Визирная ось зрительной трубы должна быть параллельна оси цилиндрического уровня.

Поверка выполнения этого условия может быть осуществлена двойным нивелированием одной и той же линии при расстоянии между нивелируемыми точками 40—50 м; линию А В нивелируют дважды по способу вперед, установив нивелир и рейку.

Измерив высоты инструмента i1 и i2 и приводя каждый раз пузырек уровня на контакт изображений, делают по рейке отсчеты b1 и b2. Если бы условие параллельности визирной оси и оси уровня было выполнено, то верные отсчеты по рейке были бы соответственно равны b1’ и b2’. При невыполнении этого условия в оба отсчета войдет ошибка х, определив которую, найдем верные отсчеты

b1’ = b1 – x и b2’ = b2 – x.

Для абсолютного значения превышения h можно написать два выражения:

½h½ = i1 – b1’ = i1 – b1 + x.

½h½ = b2’ – i2 = – i2 + b2 – x,

i1 – b1 + x = – i2 + b2 – x

Найдя ошибку х, вычисляют верный отсчет по второй формуле (а). На этот отсчет и должна быть установлена горизонтальная нить сетки при помощи исправительных винтов. После юстировки поверку повторяют.

Если нивелир устанавливать так, чтобы окуляр трубы при горизонтальном положении визирной оси был впереди колышка на 2—3 см, то, поставив на колышек рейку, можно весьма точно отсчитать по рейке высоту инструмента. Для этого на объектив надевают крышку, сделанную из картона, окрашенного в черный цвет, и имеющую в середине круглое отверстие диаметром 2—3 мм. Наблюдатель, глядя на рейку через отверстие, дает указание помощнику установить на рейке движок из тонкого прозрачного целлулоида с черным горизонтальным штрихом так, чтобы штрих был виден точно в середине отверстия крышки.

После этого, отведя глаз от трубы, наблюдатель делает отсчет по рейке, пользуясь этим штрихом.