Нивелир с компенсатором устройство

Точный нивелир Н-3К (рис. 37, а) относится к нивелирам с самоустанавливающейся линией визирования. Приближенное горизонтирование нивелира осуществляется по круглому уровню 1 с помощью подъемных винтов, имеющих укрупненный шаг резьбы. Для юстировки линии визирования (при поверке основного геометрического условия) в оправе сетки нитей имеются два юстировочных винта, позволяющие перемещать сетку нитей в вертикальном направлении. При грубом наведении нивелира на рейку зрительная труба достаточно легко поворачивается рукой и фиксируется в нужном положении без зажимного винта. Точное наведение трубы осуществляется вращением одной из двух головок 2 бесконечного наводящего винта. Закрепительного винта нивелир не имеет. Фокусирование зрительной трубы осуществляется кремальерой 3.

Увеличение зрительной трубы составляет 30 × . Труба нивелира перископическая, поэтому высота прибора должна измеряться относительно оптического центра объектива.

Нивелир снабжен призменным компенсатором оптико-механического типа. Оптическая схема прибора приведена на рис. 37, б. Между объективом 1 с фокусирующей линзой 3 и сеткой нитей 5 с окуляром 6 размещены подвешенная на скрещивающихся стальных нитях 8 призма 7 (чувствительный элемент компенсатора) и скрепленная с корпусом зрительной трубы 2 призма 4. Нити подвески скрещиваются в центре тяжести 9. Гашение колебаний подвесного устройства компенсатора обеспечивается воздушным демпфером 10 поршневого типа. Геометрические параметры оптической схемы зрительной трубы подобраны таким образом, что при наклоне трубы на некоторый угол произойдет его компенсация, т.е. визирный луч вновь займет горизонтальное положение.

Компенсатор нивелира Н-3К работает при углах наклона оси вращения прибора в пределах ±15¢, нивелира 2Н-3КЛ – ±25¢; точность установки визирной оси в горизонтальное положение соответственно ±0,5² и ±0,2².

Технический нивелир Н-10КЛ(рис. 38, а) – прибор с самоустанавливающейся линией визирования. Зрительная труба нивелира 3 – 4 прямого изображения, включая компенсатор и другие оптические детали, заключена в термоизоляционный кожух. Нивелир имеет горизонтальный круг 1 с ценой деления лимба 1°; точность отсчета по индексу составляет 0,1°.

Нивелир не имеет наводящего винта, зрительную трубу наводят на рейку вращением верхней части прибора рукой. Предварительная установка нивелира осуществляется подъемными винтами по круглому уровню 5 с ценой деления 10¢. Для исправления положения визирной оси имеются юстировочные винты сетки нитей.

Призменный компенсатор нивелира обеспечивает установку визирной оси в горизонтальное положение при наклоне подставки в пределах +20¢ с точностью до 1¢. Оптическая схема зрительной трубы нивелира приведена на рис. 40, б. Луч света через объектив 6 попадает на отражающие грани большой пентапризмы 7, изменяя его направление на 90°, после чего поступает на чувствительный элемент 11 компенсатора маятникового типа. Претерпев в призме 7 двукратное отражение, луч попадает в малую пентапризму 8, которая, изменив его направление еще раз на 90°, направляет в систему линз окуляра 9, 10. Пентапризмы укреплены неподвижно, прямоугольная призма, заключенная в подвижную раму, подвешена на двух подшипниках. Фокусировка зрительной трубы осуществляется перемещением призмы 8 в вертикальной плоскости при помощи кремальеры 2.

Модифицированная модель нивелира 2Н-10КЛ отличается наличием в его конструкции ряда технических новшеств: литой кожух уменьшенных габаритов, бесконечная передача наводящего винта, арретир и кнопкотолкатель компенсатора, визир на кожухе, увеличенный шаг подъемных винтов и др. Это позволило существенно повысить точность определения превышений этим нивелиром.

Взятие отсчетов по рейкам

При производстве геометрического нивелирования каждому нивелиру придаются две однотипные нивелирные рейки, которые служат мерными приборами для определения превышений.

При нивелировании IV класса и технического нивелирования обычно используют 3-4 метровые двусторонние (черная и красная стороны) шашечные рейки с сантиметровыми делениями. На основной (черной) стороне рейки деления возрастают от нуля, а на дополнительной (красной) стороне они смещены на 4687 или 4787 мм. Следовательно, разность отсчетов по обеим сторонам рейки являются постоянной величиной, что используется для контроля взятия отсчетов.

Для облегчения взятия отсчетов первые пять шашек дециметровых делений на рейке объединены в виде буквы Е (рис. 39, а). Дециметровые деления на рейке подписывают цифрами в перевернутом виде. При наблюдении в трубу такого нивелира в поле зрения изображения цифр возрастают сверху вниз (рис. 39, б). Для нивелиров с трубами прямого изображения применяют рейки с нормальным изображением.

При нивелировании для взятия отсчетов рейки устанавливают отвесно нулем вниз на вбитые в землю колышки (см. рис. 39, а) либо на переносные башмаки или костыли. В отвесное положение рейку устанавливают по круглому уровню, закрепленному на рейке. Если уровень отсутствует, то при отсчете по рейке менее 1000 мм ее устанавливают в отвесное положение «на глаз», а при больших отсчетах – покачиванием рейки вдоль линии визирования симметрично ее вертикального положения; при этом наименьший отсчет по рейке соответствует ее отвесному положению.

Отсчеты по рейке берут по средней горизонтальной нити сетки с точностью до мм; при этом число миллиметров оценивается на глаз. На рис. 39, б отсчет по рейке равен 1075 мм.

Указания по оформлению отчета по лабораторной работе. Отчет по лабораторной работе оформляется в рабочей тетради и должен охватывать все вопросы задания. Краткая пояснительная записка должна сопровождаться необходимыми схемами и рисунками, к основным из которых относятся следующие:

1. Принципиальная схема нивелира с уровнем при зрительной трубе, на которой следует показать цветной тушью основные оси нивелира и дать их определения.

2. Нивелир Н-3; на рисунке (или ксерокопии) выносками показать основные детали прибора.

3. Поле зрения нивелира Н-3; взять отсчеты по рейке (по трем нитям).

Защита отчета по работе производится в форме собеседования с членами каждой бригады.

§ 25. Лабораторные занятия №7. Поверки нивелиров

Задачавыполнения лабораторной работы – уяснить сущность основных геометрических условий, предъявляемых к конструкции нивелиров различных типов, научиться выполнять их поверки и юстировки.

Приборы и принадлежности: нивелиры типов Н-3 и Н-10, нивелирные рейки.

Общие положения

Полученный прибор закрепляют на штативе или кронштейне становым винтом.

При осмотре нивелира в первую очередь обращают внимание на исправность всех его частей, плавность движения при вращении подъемных, закрепительных и наводящих винтов, отсутствие коррозии, механических повреждений и других дефектов. Оценивают контрастность и четкость одновременного изображения штрихов сетки и концов пузырька цилиндрического уровня, качество изображения при визировании на рейку, устанавливаемую на различных расстояниях от прибора.

После осмотра нивелира и регулировки механических деталей выполняют его поверки и юстировки.

Конструкция нивелира как прибора для геометрического нивелирования, обеспечивающего горизонтальное положение визирного луча при измерениях, должна удовлетворять следующим геометрическим условиям:

1. Ось круглого уровня должна быть параллельна оси вращения нивелира.

2. Горизонтальный штрих сетки нитей должен быть перпендикулярен оси вращения нивелира.

3. Визирная ось зрительной трубы при измерениях должна занимать горизонтальное положение.

При выполнении поверок и юстировок нивелиров и изложении их результатов в отчете по лабораторной работе студент должен придерживаться следующей последовательности действий:

1. Наименование выполняемой поверки.

2. Формулировка поверяемого геометрического условия.

3. Последовательность действий при выполнении поверки; допуски, позволяющие считать поверяемое условие выполненным.

4. Порядок юстировки прибора.

В отчете по лабораторной работе должно быть приведено краткое описание выполнения поверок и юстировок в рекомендуемой последовательности с поясняющими рисунками и конкретными результатами измерений.

Сайт посвященный измерительным приборам…

Разбираемся в нивелирах с компенсатором

Для работ по измерению перепадов точек земной поверхности (нивелирования), а также для определения горизонтальных направляющих при ремонтных, монтажных, строительных любительских и профессиональных работ предназначен этот геодезический инструмент – нивелир. Этот прибор является одним из самых несложных в использовании среди всего геодезического инструментария.

Основная классификация выделяет три класса нивелиров:

• оптические – конструкция содержит визирную трубу прямого или прямого и обратного изображения на проградуированной сетке;
• лазерные – их работа заключается в проецировании горизонтального и вертикального красного луча на плоскости;
• цифровые – высокотехнологичные профессиональные инструменты, реализующие возможность автоматических замеров по штрих-кодам, нанесенным на специальную рейку.

Ведущие сферы применения: дорожные и дорожно-строительные работы, метрическая и картографическая съемка местности, топогеодезия, геологическая разведка, ремонтно-монтажные и бытовые измерения.

В один из подклассов оптических и лазерных приборов выделяются нивелиры с компенсатором.

Устройство нивелира с компенсатором

Весьма упрощенно оптический нивелир можно рассматривать как подзорную трубу: корпус, окуляр оператора и объектив. Система оптико-механических компонентов позволяет увидеть увеличенное изображение нивелирной рейки на фоне жестко закрепленной сетки нитей.

В корпус нивелира встроены две стеклянные призмы (входная и выходная), а также зеркальная поверхность, закрепленная на нитях-торсионах и постоянно находящаяся в «плавающем» по горизонтали положении при незначительном наклоне нивелира.

Визирная ось устройства для оператора совпадает с центром перекрестия сетки нитей и всегда должна быть перпендикулярна оси вращения трубы.

Лазерные нивелиры с компенсатором принципиально отличаются от оптических — они не имеют традиционной оптической системы и оборудованы самовыравнивающимся компенсатором:

• автоматическим магнитным — гашение колебаний осуществляется за счет магнитного поля закрепленных на компенсаторе магнитов;
• автоматическим электронным – выравнивание компенсатора осуществляется следящими приводами, в случае критическим отклонений происходит сигнализация и автоматическая настройка параметров.

Устройство нивелира с компенсаторами в случае возникновения проблем требует ремонта и настройки в специализированных мастерских и сервисных центрах.

Принцип действия

Входящее через линзу объектива изображение преломляется поверхностью входной стеклянной призмы, отражается в зеркале и через преломляющие грани выходной призмы фиксируется на плоскости окуляра и в дальнейшем на сетчатке глаза оператора. Эта оптическая система называется автоматическим компенсатором, который может быть воздушным и магнитным. Схема работы нивелира с компенсатором достаточно проста и в то же время надежна.

Если бы оптическая ось нивелира при отклонении не совпадала с горизонтом, то при измерении превышения высот между точками на земной поверхности были бы допущены существенные ошибки. Для исправления этой ситуации и предназначена система компенсатора: свободно расположенные ленточки-торсионы постоянно выравнивают зеркало в горизонтальную плоскость независимо от угла наклона визирной трубы и сохраняют ось визирования параллельной горизонту.

Преимущества и недостатки

Автоматические компенсаторы угла наклона имеют существенные преимущества перед используемыми издавна цилиндрическими уровнями:

• нет необходимости постоянного контроля уровня отклонения прибора от горизонтального или вертикального положения;
• работа становится более стабильной;
• измерения выполняются быстрее и обеспечивают более точные и надежные показатели.

Из недостатков можно назвать:

• возможность сбоя компенсирующей системы, невозможность устранения неполадок на месте;
• наличие блокиратора, который не позволит выполнять измерения при превышении допустимых значений отклонений;
• нестабильная работа и существенные отклонения в показаниях прибора компенсатором с магнитным демпфером вблизи линий электропередачи: побочные электромагнитные наводки оказывают серьезное влияние.

В настоящее время нивелиры с компенсаторами гораздо более востребованы и распространены, нежели приборы с цилиндрическими уровнями.

Как выбрать?

Ориентироваться на выбор прибора с магнитным или воздушным демпфером следует исходя из:

• видов предполагаемых работ;
• требуемой точности измерений – погрешность определения превышения высоты на тысячу километров, определяющее кратность изображения увеличение зрительной трубы;
• места проведения измерений, климатических условий и возможности возникновения побочных магнитных полей, мешающих корректной работе магнитного компенсатора;
• класса защиты корпуса, предохраняющий прибор от неблагоприятных климатических осадков и пылевых загрязнений;
• внешнего вида устройства и качества комплектующих компенсаторной системы, которое, увы, при покупке визуально оценить невозможно, но можно полагаться на известность торговой марки: мировые бренды дают гарантию использования только качественных и надежных компонентов.

Не последним фактором приобретения нивелира с компенсатором является и его стоимость, и тут следует помнить: надежные и точные нивелиры известных производителей не могут стоить дешево.

Модельный ряд

Наиболее популярные торговые марки геодезических нивелиров среди покупателей:

• Bosch – оптические нивелиры этой фирмы снабжены магнитными компенсаторами, позволяющими быстро гасить колебания вследствие наклона (Bosch GOL 20D-32D, стоимостью 8500-14000 руб.);
• ADA – оптические и лазерные нивелиры, предназначенные для гражданских инженерно-строительных работ и съемочных измерений. ADA Basis A00117 — весьма популярный в бытовых работах оптический нивелир, имеет устанавливающий линию визирования точно в горизонт автоматический компенсатор (стоимость около 5500 руб.);
• Condtrol – лазерные нивелиры отличаются мультипризменной конструкцией компенсатора. Новое поколение профессиональных устройств – Xliner Duo Condtrol, позволяющее строить плоскости с большим углом развертки (до 160°). Конструкция компенсатора исключает поломку системы при падении прибора или механическому воздействию на него. Купить модели этой линейки можно по цене от 9000 руб.;
• и множество других компаний: LaserLiner, Umarex, X-Line, GeoBox и прочие.

Нивелиры с компенсаторами продолжают совершенствоваться с каждым годом, с каждой новой выпущенной моделью: они становятся все более надежными, точными и удобными в эксплуатации.

Одними из самых известных и популярных в своей области, простых в обращении и точных геодезических приборов считаются оптические нивелиры. Основной принцип, задействованный в конструкциях вообще всех видов нивелиров, заключается в передаче на расстояние горизонтального луча, необходимого для его практического применения. Этот принцип применяется через осуществление взаимосвязи геометрических условий и оптической системы в конструкции прибора. По всей видимости, и способ измерений с применением этого инструмента получил его наименование, а именно геометрическое нивелирование.

Оптические нивелиры позволяют нам:

• измерять превышение между точками относительно горизонтального луча, проходящего через визирную ось трубы;
• определять отклонение от горизонтального луча измеряемых плоскостей и всевозможных поверхностей;
• устанавливать высотные отметки точек относительно отсчетной системы координат (абсолютной, условной).

Классификация оптических нивелиров

В современном приборостроении и геодезии соответственно выпускаются и применяются оптические нивелиры, которые можно позволить классифицировать на два вида:

• оптико-механические;
• оптико-электронные, еще их называют цифровыми.

И в тех и других устройствах существующие системы наблюдения и ориентирования имеют одинаковую связь между оптикой и геометрией. Ориентирование обеспечивается через визирную ось относительно отвесной линии. Наблюдение осуществляется через зрительную трубу и механизм наведения. А вот отличие между ними заключается в отсчетных системах соответственно визуальной и электронной.

Оптические нивелиры также различают по степени точности. Среди них можно выделить:

• высокоточные;
• точные;
• технической точности.

В соответствии с государственными стандартами к высокоточной группе относятся приборы со среднеквадратической погрешностью не более 0,5мм при проведении одного километра двойного хода. К ним относятся ранее изготовленные оптико-механические нивелиры Ni-002 (Цейс), Н-0,5 и современные цифровые, например SDL-1X (SOKKIA).

К точным нивелирам относятся инструменты со среднеквадратической погрешностью (СКП) до 3-х мм и наименованиями Н-3, Н-3К и многие современные марки ведущих иностранных производителей.

Технической точности считаются инструменты со среднеквадратической ошибкой не более десяти миллиметров, например, такой, как Н-10КЛ.

Еще, все производимые сегодня оптические нивелиры в зависимости от приведения визирного луча к горизонтали можно разделить на два вида:

• с цилиндрическим установочным уровнем визирной оси, которая выводится в горизонтальное положение так называемым элевационным винтом, соединенным с уровнем (Н-3);
• с самоустанавливающимся визирным лучом при помощи компенсаторов, автоматически выставляющих его в горизонтальную плоскость (Н-3К).

Все современные приборы сейчас изготавливаются большей частью с компенсаторами, позволяющими увеличивать производительность труда полевых работ.

Устройство оптического нивелира

Классическое устройство нивелира можно показать на такой широко используемой марке приборов как Н-3. В его составе необходимо выделить основные узлы, показанные на рисунке.

Рис. 1. Устройство.

На рисунке можно увидеть следующие детали и узлы оптического нивелира:

• зрительная труба, предназначенная для наведения на рейку (1);
• окуляр, часть оптической системы, предназначенная для наблюдения (2);
• объектив, часть оптической системы, предназначенная для получения увеличенного изображения объектов (3);
• трегер или другими словами подставка для размещения в нем самого прибора (4);
• подъемные винты, служащие приведению инструмента в рабочее состояние, совпадающее с отвесной линией (5);
• пластина, нижняя часть подставки, предающая жесткости всей ее конструкции и устойчивости подъемных винтов (6);
• закрепительный винт прибора, предназначенный для фиксации зрительной трубы после грубого наведения на рейку (7);
• цилиндрический уровень, соединенный с трубой и служащий для установления визирного луча в горизонтальное положение (8).
• место установки юстировочных винтов, предназначенных для исправления положения цилиндрического уровня (9);
• визир, расположенная сверху трубы деталь для ориентировочного наведения на рейку (10);
• фокусировка (кремальера), предназначенный для фокусирования (придания резкости изображению) механизм, (11);
• наводящий (микрометренный) винт, служащий точному наведению зрительной трубы на рейку (12);
• круглый уровень, показывающий положение прибора относительно отвесной линии (13);
• юстировочные винты круглого уровня, для исправления положения уровня (14);
• элевационный винт, выводящий цилиндрический уровень на середину и связывающий его с визирным лучом (15).

Основные геометрические условия

Для работоспособности оптического нивелира требуется соблюдение геометрических условий, предусмотренных конструкцией самого прибора. Геометрическая схема прибора, в упрощенном виде представлена на приведенном ниже рисунке.

Рис.2. Геометрическая схема.

Элементы геометрической схемы представляют совокупность невидимых вертикальных и горизонтальных линий основных узлов и деталей инструмента:

• (N – N) – вертикальная линия, представляющая ось круглого уровня;
• (V – V) – линия, изображающая вертикальную ось вращения прибора;
• (Z – Z) – визирный луч, проходящий через центр окуляра и объектива;
• (L – L) – горизонтальная ось цилиндрического уровня;
• (K – K) — вертикальная ось автоматического компенсатора.

Основные детали и конструкции оптических нивелиров геометрически связаны между собой и их элементами (осями). Все конструктивные геометрические условия приборов проверяются во время проведения поверок нивелира. К ним относятся:

• поверка круглого уровня, ее условие состоит в параллельности оси круглого уровня и невидимой оси вращения прибора;
• поверка сетки нитей, ее условие состоит в вертикальности оси сетки нитей;
• поверка по определению угла і, суть которой заключается в параллельности визирного луча и горизонтальной оси цилиндрического установочного уровня;
• поверка компенсатора, ее условие состоит в горизонтальности визирного луча.

Дополнительные принадлежности

Для проведения измерений с помощью оптических нивелиров используются дополнительные принадлежности:

Штативы необходимы для установки и жесткого крепления конструкции прибора, приведение его в рабочее положение и собственно выполнение измерений. Нивелирные штативы бывают деревянные, фиберглассовые, алюминиевые и обычно они легкие по весу и с меньшими головками крепления.

Рейки могут быть различной длины, изготовлены из разного материала с разграфленной шкалой на их поверхностях. В обозначения нивелирных реек, например РН-3-3000СП, входят:

• сокращенное наименование (РН – рейка нивелирная);
• первая цифра (3), означающая точность измерений в мм;
• второе число (3000) означает длину в мм;
• СП – сокращение означающее: складную конструкцию и прямое изображение.

Существуют различные виды реек:

• деревянные складные двухсторонние;
• алюминиевые выдвижные, с накладным круглым уровнем ;
• инварные, повышенной точности.

Длина реек колеблется в пределах от одного до пяти метров. Деления на них бывают миллиметровые с одной стороны и сантиметровые Е-образные с другой или с обеих сторон сантиметровыми одновременно, но с чередованием цвета (красная, черная). Они могут быть штриховыми и с инварной проволокой для цифровых нивелиров. Вся градуировка на рейках, нанесенная краской, перед вводом ее в эксплуатацию должна быть исследована и соответствовать требованиям предельных отклонений метрового отрезка и длин делений шкал.